Introducción
Los mamuts
lanudos (Mammuthus primigenius)
fueron los últimos supervivientes representantes de un linaje predominantemente
en Eurasia.
Su relación
con otras poblaciones, se determina mediante movimientos de población y un flujo
de genes descubierto mediante estudios de ADN (Barnes et al, 2007.; Debruyne et
al., 2008).
Gran parte de
la historia de M. primigenius está
representado por abundantes muestras, pero generalmente aisladas. Sin embargo, también
se han hallado raros especímenes, articulados, algunos con tejido blando
conservado (Tolmachoff, 1929).
Por desgracia
la mayoría de los especímenes fueron encontrados antes de que se desarrollaran
nuevas tecnologías como la tomografía computarizada y se estudiaron mediante
técnicas tradicionales, que como explico en mi primera entrada de este blog
dañan mucho el fósil, haciendo imposible que se estudien en la actualidad con
las nuevas técnicas, perdiendo información.
Este trabajo
se basa en la evaluación de la edad mediante las características de la
histología dental. Además se centra en especímenes relativamente completos, aplicando
los resultados de la supuesta edad a todo el cuerpo. Al combinar este enfoque
con el uso de la tomografía computarizada de rayos-x (TC), obtenemos nuevos
conocimientos morfológicos y de desarrollo y, en ocasiones conocimientos
tafonómicos.
Dos recientes
descubrimientos de cuerpos congelados y casi completos de crías de mamut lanoso
(Lyuba (Kosintsev et al., 2010) y Khroma (Lazarev et al., 2010)), proporcionan
una oportunidad única para mejorar nuestra comprensión de las primeras etapas
de desarrollo. Tras su estudio, los especímenes quedaron prácticamente intactos
ya que estos estudios se realizaron por métodos no destructivos.
El objetivo
de este estudio es contribuir al conocimiento de la osteología de los mamuts
lanudos e ilustrar el potencial de los métodos de CT.
Fig. 1: Reconstrucción de una manada de Mammuthus primigenius. Fuente:
Blog Dechronization: evolution phylogenetic trees comparative methods.
Material
Lyuba fue
encontrada en la Península de Yamal en 2007 (Kosintsev et al., 2010). Parecía estar en perfecto estado salvo por la
pérdida de la mayor parte del pelaje y todas la uñas.Mediante
un análisis de ADN se confirmó que era un hembra (R. Debruyne, commun
personal., 2010).
Los datos obtenidos durante su estudio indicaban que el cuerpo de esta
hembra mamut había sido cubierto postmortem por ácido láctico productor de
bacterias, lo cual le dio mayor resistencia a sus tejidos.
El análisis
histológico de dos premolares de Lyuba mostraron que ella murió sólo 30-35 días
después de su nacimiento (Rountrey et al., 2012). Perfiles de isótopos estables
y los incrementos de la dentina de los premolares, sugirieron un período de
gestación de aproximadamente 20 meses, lo cual es comparable al de los
elefantes actuales (Rountrey et al., 2012). Los estudios basados en
espectometría de masas (AMS) mediante C14 sitúan su edad alrededor de 41800
años BP (Before Present - hasta hoy
día) (Fisher et al., 2012).
Khroma fue
encontrada en octubre de 2008, al norte de Yakutia (Lazarev et al., 2010),
congelada en el permafrost. Su cabeza, tronco y hombros habían sido expuestos
por el derretimiento estacional y cuervos, y posiblemente zorros árticos,
habían dañado partes expuestas. Pierde la distal y partes medias de la trompa,
la mayoría de los tejidos blandos de la cara dorsal de su cráneo y toda la
joroba de grasa, el resto del cuerpo fue recuperado en buenas condiciones.
Los análisis
de ADN (R. Debruyne, commun personal., 2011) y el análisis de TC determinan que
es una hembra. El análisis de espectometría de masas da como resultado
"infinito", por lo tanto solo se puede decir que su edad es mayor a
45000 años BP.
Métodos:
Para el
estudio del cuerpo congelado de Lyuba se realizo una tomografía computarizada
antes de cualquier disección. A continuación se le sometió a dos necropsias,
para lo cual fue necesario descongelar el cuerpo. Durante estas dos necropsias
se elimina el lado izquierdo de la dentadura para ser estudiado con detalle, se
toman muestras del intestino grueso y delgado, además se examinan las cavidades
pleurales y abdominales.
Puesto que el
cuerpo de Lyuba había sido descongelado, posteriormente se tuvo que someter a
tratamientos químicos para simular el estado de congelación inicial y poder
someterlo a nuevos estudios.
En el caso de
Khorma se realizaron dos conjuntos de tomografías computarizadas utilizando
escáneres médicos. Además se realizaron microescáneres de los dientes de ambos
ejemplares.
Todos los
datos de las exploraciones médicas se guardan y analizan digitalmente. Entre
los métodos de análisis se encuentra la radiodensidad, que consiste en observar
la cantidad de radiación que pasa a través de un volumen estándar de un
material. Se realizan todo tipo de mejoras y limpiezas de las imágenes, incluso
se crean imágenes e impresiones 3D.
Resultados:
Como se describe
en Fisher et al. (2012), la TC realizada
mientras Lyuba estaba congelada muestra una masa sólida de material radiodenso
ocupando la parte media de un conducto nasal en su trompa. En el otro conducto
nasal el material estaba desplazado, se interpretó que el desplazamiento había
sido llevado a cabo por el tratamiento químico que Lyuba recibió.
Durante la necropsia también se encontraron
sedimentos en su cavidad oral, evidentemente eso estaba más relacionado con el
transporte y la exposición del cuerpo que con eventos relevantes del momento de
la muerte, por lo que el material se desechó durante la primera necropsia. En
la segunda necropsia se inspeccionó su cavidad pleural. Los pulmones habían
colapsado y algunos de los conductos bronquiales más grandes se habían roto.
Fuera de estas aberturas se encontraron pequeñas partículas de un material azul
brillante identificado por difracción de rayos-x como vivianita. Este mineral
recubría la cavidad, pleural y todos los tejidos dentro de ella. También fue
encontrado en su cráneo.
Fisher et al.
(2012) sostuvo que el único mecanismo capaz de explicar la distribución de este
material desde el tronco de Lyuba hasta sus bronquios era la aspiración del sedimento.
Con su tráquea y bronquios llenos, no era capaz de respirar hasta tal punto que
murió de asfixia.
La vivianita
de grano fino como el de las vías respiratorias de Lyuba, se forma comúnmente en
ambientes lacustres pobres en oxígeno (Manning et al., 1991). Este dato nos
proporciona una pista para la escena en la que murió.
En el caso de
Khroma, su TC también muestra una columna de sedimentos obstruyendo su tráquea
que se extiende hacia su cavidad oral y fosas nasales (Fig. 2).Por lo que se
concluye la misma causa de la muerte, asfixia. Esta muerte coincide con el buen
estado de salud del que gozaban Lyuba y
Khroma en el momento en el que murieron.
FOTO 2. Sedimento está presente en la región
oral, región faríngea, y la tráquea de Khroma (su pulmones fueron barridos
antes de la recuperación). Fuente: Fisher et al., 2014.
Lyuba y
Khroma son momias con esqueletos articulados, elementos cartilaginosos, músculo,
grasa, tejido conectivo, órganos y dermis. Debido a que estos animales murieron poco
después de su nacimiento sus esqueletos seguían desarrollándose en el momento
de la muerte, lo que nos proporciona una idea de la ontogenia de los mamut.
Para poder
llegar a conclusiones se comparan los cuerpos de Lyuba y Khroma. La diferencia
más clara entre los dos individuos es el mayor desarrollo en Khroma, esto se
observa en la parte más posterior de la espina de la escápula (figura. 3).
Interpretamos esto como una mineralización más avanzada en Khroma que en Lyuba,
debido a la mayor edad de Khroma en el momento de la muerte (aproximadamente
dos meses, en lugar de un mes aproximadamente para Lyuba).
En el cuerpo de Lyuba se observa una asimetría
en la parte anterior, evidencia de las fuerzas de compresión a las que ha
estado sometido gran parte del cuerpo de Lyuba, incluyendo su cráneo. En las
patas, la mayoría de los huesos están pobremente mineralizados (Fig. 4). Por
desgracia, el hueso no mineralizado tiene una radiodensidad similar a la de
músculo, grasa y tejido conectivo, haciendo que los límites de algunas
estructuras difíciles de distinguir. Las patas de Khroma, sin embargo, están
bien definidas y fueron segmentados para su estudio.
Las costillas
de Lyuba y de Khroma fueron segmentadas principalmente como base para futuros
estudios. Las costillas son notoriamente difíciles de atribuir a la especie,
pero puede que en el futuro sea más fácil identificar.
FIG 3: Escápula derecha de crías de mamut: 1, Lyuba, zona lateral a
la izquierda, cara dorsal a la derecha; 2, Khroma zona lateral a la izquierda,
cara dorsal a la derecha. La mineralización ósea está ausente en Lyuba pero
bien desarrollado en Khroma.
FIG. 4: Pata trasera izquierda de Khroma: 1, aspecto lateral, muestra
los sitios de nucleación y centro de osificación de las epífisis; 2, cara
anterior; 3, cara anterior, cápsulas articulares sinoviales en azul claro; 4,
cara anterior, cápsulas articulares no terminales de color azul claro y
cápsulas articulares terminales en púrpura. Fuente: Fisher et al., 2014
El tamaño del
cerebro de euterios neonatales varía con la duración de la gestación (Sacher,
1974). En Lyuba, el cráneo es poco concluyente, en parte debido a la
acumulación de vivianita.
El
espacio intracraneal en Khroma está mejor definido y fue segmentado como una
unidad separada del cráneo. En los mamíferos, la superficie endocraneal se
adapta generalmente a la forma del cerebro, por lo que este "endocast*
virtual'' proporciona un retrato razonable del cerebro de un mamut neonato.
*Un
"endocast" es un molde de la cavidad craneal, a partir del cual se
obtiene información del tamaño y forma del cerebro.
El ejemplo
más claro de la diferencia de morfología, no debido a eventos post-mortem, es
que en vista dorsal, los premaxilares de Lyuba son más estrechos que los de
Khroma. Además existen una extensión engrosada del reborde alveolar del
premaxilar de Khroma que está ausente en Lyuba.
Los colmillos
de leche y premolares fueron retirados de un lado de cada animal. La atención
del estudio se basó en el uso de microTC como medio de documentar la morfología
dental. Por lo tanto, antes de cualquier análisis destructivo, se realizaba una
muestra 3D de cada pieza que quedaba registrada.
Los
modelos digitales resultantes de microTC proporcionan un nivel de detalle mucho
más allá de lo que podría lograrse de cualquier otra manera (fig. 5.1).
También proporcionaron la base para la física de los materiales que debían ser
utilizados a la hora de reconstruir los modelos 3D.
Algunas partes de las raíces eran tan delicadas
que una copia física sería demasiado frágil para sobrevivir producción y
manipulación. Partes de dientes que eran más delgadas de aproximadamente un
milímetro estaban engrosadas digitalmente, y el archivo resultante (Fig. 5.2, 5.3) se utilizó para generar prototipos que capturan las características
morfológicas más importantes de los dientes (Fig. 5.4, 5.5).
FIG. 5: Premolar
izquierdo de Khorma : 1, modelo digital de la cara lingual (radiodensidad en escala desde el
rojo, más denso a esmalte azul, menos denso); 2, modelo digital de la
superficie en vista lingual oclusal oblicua; 3, modelo digital de la superficie
que mira hacia la cavidad pulpar; 4, prototipo rápido, orientado como en 2; 5,
prototipo rápido, orientado como en 3. Fuente: Fisher et al., 2014
Conclusiones:
Los datos de
las TC revelan mucho acerca de la morfología, las circunstancias de la muerte,
y la historia de estos dos especímenes. Tanto Lyuba y Khroma murieron a causa
de la aspiración sedimentos.
Después de la muerte, Lyuba fue sometida a la
alteración microbiológica que produjo vivianita dentro de sus tejidos (Fisher
et. al, 2012). El cuerpo de Lyuba se vio afectado por las fuerzas de compresión
y algunas de cizallamiento.
La
segmentación basada en los datos TC proporciona datos sobre la muerte y sobre aspectos
fundamentales de la osteología. Los Esqueletos Lyuba y de Khroma son similares
tanto en la morfología como en el desarrollo. Algunas de las diferencias que se observan podrían representar una
variación a nivel poblacional. Mientras que el clima y el hábitat podrían haber
sido similares para estos dos animales, las poblaciones a las que pertenecían
fueron separados por casi 5.000 km. Adicionalmente, estos mamuts claramente
difieren en edad geológica, aunque la medida en la que lo hacen no está
limitada.
Por
último, también se encuentran varias diferencias entre ellos, incluyendo sus
premaxilares curiosamente dispares, que podría reflejar un cambio ontogenético.
Independientemente
de los aspectos específicos, datos anatómicamente completos sobre individuos como Lyuba y Khroma, servirán para
la comprensión del desarrollo esquelético y dental del mamut.
La
segmentación del espacio endocraneal de Khroma representa un primer paso en la
comparación del desarrollo del cerebro en mamuts y otros proboscídeos.
Estas
y otras sugerencias en relación con las historias de vida de mamuts y cómo
cambiaron ofrecen nuestra mejor oportunidad para entender la causa de la
extinción.
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the frozen ground of Siberia. Transactions of the American Philosophical Society,
New Series, 23:i–x, 11–74b.
Observaciones personales:
Si os
interesa saber la forma en la que se tratan e investigan los fósiles, en el
articulo completo en el que se basa esta entrada se detallan los métodos de
tratamiento, los lugares e incluso las máquinas especializadas que se utilizan
para estos fines.
Por lo tanto
si queréis informaros sobre las más avanzadas tecnologías de tomografías
computarizadas, rayos-x y el resto de las técnicas os recomiendo la lectura del
artículo completo.
