Los cefalópodos tienen una larga historia geológica, y los primeros nautiloideos se encontraron en estratos del Cámbrico tardío. [1]
La clase se desarrolló durante el Cámbrico medio y experimentó pulsos de diversificación durante el período Ordovícico [2] para volverse diversa y dominante en los mares Paleozoico y Mesozoico . Los fósiles de conchas pequeñas como Tommotia alguna vez fueron interpretados como cefalópodos tempranos, pero hoy estos fósiles diminutos son reconocidos como escleritas de animales más grandes, [3] y los primeros cefalópodos aceptados datan del Período Cámbrico Medio. Durante el Cámbrico, los cefalópodos son más comunes en entornos poco profundos cercanos a la costa, pero también se han encontrado en aguas más profundas. [4] Se pensaba que los cefalópodos habían surgido "indudablemente" dentro del clado monoplacóforo de los triblídidos . [5] Sin embargo, los estudios genéticos sugieren que son más basales, formando un grupo hermano de los escafópodos , pero por lo demás basales a todas las demás clases principales de moluscos. [6] [7] Sin embargo, la filogenia interna de los moluscos está ampliamente abierta a la interpretación; véase filogenia de los moluscos .
Se pensaba que los cefalópodos habían evolucionado a partir de un ancestro parecido a un monoplacóforo [8] con una concha curvada y afilada, [9] y que estaban estrechamente relacionados con los gasterópodos (caracoles). [10] La similitud del cefalópodo con concha primitivo Plectronoceras con algunos gasterópodos se utilizó para apoyar esta opinión. El desarrollo de un sifúnculo habría permitido que las conchas de estas formas tempranas se llenaran de gas (por lo tanto, flotaran) para sostenerlas y mantener las conchas en posición vertical mientras el animal se arrastraba por el suelo, y separó a los verdaderos cefalópodos de los supuestos ancestros como Knightoconus , que carecía de sifúnculo. [10] La flotabilidad negativa (es decir, la capacidad de flotar) [ aclaración necesaria ] habría llegado más tarde, seguida de la natación en los Plectronocerida y, finalmente, la propulsión a chorro en cefalópodos más derivados. [11] Sin embargo, debido a que las conchas con cámaras se encuentran en una variedad de moluscos ( monoplacóforos y gasterópodos, así como cefalópodos), un sifúnculo es esencial para alinear una concha fósil de manera concluyente con los cefalópodos. [9] : 57 Los gasterópodos con cámaras se pueden distinguir de las conchas de cefalópodos por la ausencia de un sifúnculo, el espaciamiento irregular de los septos, la estratificación de la concha y (en rocas más jóvenes o no metamorfoseadas) su microestructura, y el ancho relativamente grueso de la concha. [12] Las conchas más antiguas de este tipo no tienen las cicatrices musculares que se esperarían si realmente tuvieran una afinidad monoplacófora. [9] : 57
La comprensión de los orígenes de los cefalópodos tempranos está necesariamente sesgada por el material fósil disponible, que en su mayoría consiste en fósiles de conchas. Los fósiles críticos se detallan a continuación; dado que su edad estratigráfica ha guiado la interpretación de los fósiles, [13] se enumeran en orden descendente de edad.
Con la excepción de los géneros con conchas Ectenolites y Eoclarkoceras , no se sabe que ninguno de los más de 30 géneros de cefalópodos del Cámbrico haya sobrevivido hasta el Ordovícico. [14] Los cefalópodos del Cámbrico se diferencian de sus descendientes por su pequeño tamaño (unos pocos centímetros de longitud); conchas largas y afiladas; superficies de concha lisas; septos muy espaciados; y falta de depósitos en su cámara corporal; varias características más específicas también se ven solo en ciertos grupos de cefalópodos del Cámbrico. [14]
Tannuella es el fósil más antiguo que se ha asignado a los cefalópodos, datando del Cámbrico Temprano (Atdababiano y Botomiano), hace ~522 millones de años . Su posición en este grupo se sugiere en base a su forma y la presencia de cámaras. [15] Bajo esta hipótesis, sería un precursor de los hipselocónidos y luego de géneros como Knightoconus que eventualmente dieron origen a los cefalópodos. [16]
Knightoconus es un monoplacóforo del Cámbrico Tardío [17] que se cree que representa un antepasado de los cefalópodos. Tenía una concha cónica con cámaras, pero carecía de sifúnculo . [10] Aunque los fósiles de moluscos anteriores también son septados, Knightoconus es el último molusco septado antes de los primeros cefalópodos sipunculados, un punto que se ha tomado para demostrar su relevancia para los cefalópodos. [13] La ausencia de este sifúnculo se ha tomado como evidencia en contra de la ascendencia de los cefalópodos: ¿cómo, se argumenta, podría evolucionar un sifúnculo para penetrar los septos existentes? El argumento predominante sugiere que una hebra de tejido permaneció adherida al septo anterior a medida que el molusco avanzaba y depositaba su siguiente septo, produciendo un obstáculo para el cierre completo del septo y mineralizándose a sí mismo. [18] Se encuentran 10 o más septos en individuos maduros, ocupando alrededor de un tercio de la concha; los septos se forman muy temprano y se han encontrado en especímenes tan pequeños como 2 mm de longitud. [13] Los septos están espaciados uniformemente, [13] lo que es inconsistente con una afinidad por los gasterópodos. [12] A diferencia de los fósiles de monoplacóforos, no hay evidencia de cicatrices musculares en los fósiles de Knightoconus . [13]
Plectronoceras es posiblemente el cefalópodo del grupo corona más antiguo conocido, que data del Cámbrico superior. [1] Sus 14 especímenes conocidos provienen de la Formación Fengshan basal (noreste de China) de la etapa Fengshaniana más temprana. [5] Ninguno de los fósiles está completo y ninguno muestra la punta o la abertura de la concha. [5] Aproximadamente la mitad de su concha estaba llena de septos; 7 fueron registrados en una concha de 2 cm. [13] Su concha contiene septos transversales separados por aproximadamente medio milímetro, con un sifúnculo en su lado cóncavo. [5] Su morfología coincide estrechamente con la hipótesis del último ancestro común de todos los cefalópodos, [5] yse ha dicho que los Plectronocerida son los ancestros de los Ellesmerocerids , los primeros "cefalópodos verdaderos".
Los Yochelcionélidos han dado lugar a la "hipótesis del esnórquel". Estos fósiles son helcionélidos aseptados con un tubo similar a un esnórquel en una superficie. El esnórquel se ha considerado característico de un sistema circulatorio de agua similar al de los cefalópodos, o tal vez como precursor del sifúnculo. Sin embargo, ninguna de estas teorías se ha confirmado. [13]
El primer orden de cefalópodos verdaderos que emergió fue el de Ellesmerocerida , que eran bastante pequeños; sus conchas eran ligeramente curvadas y las cámaras internas estaban muy juntas. El sifúnculo penetraba los septos con agujeros similares a meniscos. [2] Esto marca una diferencia importante con los cefalópodos anteriores, cuyo sifúnculo estaba en el borde del septo y contra la pared de la concha. [13] Sobre la base de las cicatrices musculares preservadas en géneros como Paradakeoceras y Levisoceras , estos animales se reconstruyen con un cuerpo recto y una concha dorsal, con la cabeza en la superficie anterior y cóncava de la concha, y el embudo (que consiste en un par de pliegues en el pie en la parte posterior), no yuxtapuesto con la cabeza como en formas posteriores similares a los oncocéridos. [11]
Los Ellesmerocerids fueron los únicos cefalópodos con concha que se sabe que sobrevivieron a la extinción del final del Cámbrico; por lo tanto, se cree que todos los cefalópodos posteriores derivaron de estas formas, que se diversificaron a lo largo del período Ordovícico.
Los primeros cefalópodos tenían conchas finas que no podían soportar las presiones de las aguas profundas. [2] A mediados del Tremadoc, estas se complementaron con conchas más grandes de alrededor de 20 cm de longitud; estas formas más grandes incluían conchas rectas y enrolladas, y caen dentro de los órdenes Endocerida (con sifúnculos anchos) y Tarphycerida (con sifúnculos estrechos). [2]
A mediados del Ordovícico, a estos órdenes se unen los Ortocéridos , cuyas primeras cámaras son pequeñas y esféricas, y los Lituitidos , cuyos sifúnculos son delgados. Los Oncocéridos también aparecen durante esta época; están restringidos a aguas poco profundas y tienen caracoles exogástricos cortos. [2] A mediados del Ordovícico aparecen los primeros cefalópodos con septos lo suficientemente fuertes como para soportar las presiones asociadas a aguas más profundas, y podían habitar profundidades superiores a los 100-200 m. [2] Los Actinocéridos, de sifúnculos anchos, y los Discocéridos surgieron durante el Darriwiliense. [2] La dirección del enrollamiento resultaría crucial para el éxito futuro de los linajes; el enrollamiento endogástrico [a] solo permitiría alcanzar un gran tamaño con una concha recta, mientras que el enrollamiento exogástrico [a] , inicialmente bastante raro, permitió que se desarrollaran las espirales familiares del registro fósil, con su gran tamaño y diversidad correspondientes. [18]
Las conchas curvadas trajeron consigo una serie de ventajas. En primer lugar, no se necesitan minerales en cantidades tan grandes, ya que cada espiral sucesiva se basa en la anterior. Además, el organismo es más estable (su centro de masa coincide con su centro de flotabilidad) y más maniobrable. [19]
Los primeros cefalópodos eran probablemente depredadores, cerca de la cima de la cadena alimentaria. [20] En el Paleozoico temprano, su distribución era mucho más restringida que hoy: estaban principalmente restringidos a las regiones sublitorales de las plataformas poco profundas de las latitudes bajas, y generalmente se encuentran asociados con trombolitos . [21] Adoptaron gradualmente un hábito más pelágico a medida que avanzaba el Ordovícico. [21] Los cefalópodos de aguas profundas, aunque raros, se han encontrado en el Ordovícico Inferior, pero solo en aguas de altas latitudes. [21]
Históricamente se ha considerado que varios fósiles representan componentes de la historia de los cefalópodos, pero han sido reinterpretados sobre la base de material adicional.
Nectocaris pteryx fue descrito previamente a partir de un espécimen mal conservado y considerado como un artrópodo . En 2010, Martin Smith y Jean-Bernard describieron especímenes de Nectocaris y consideraron a ese animal como una forma temprana de cefalópodo. [22] A diferencia de otros cefalópodos tempranos, no tenía concha y parecía poseer propulsión a chorro a la manera de los cefalópodos "derivados", lo que complicó la cuestión del orden en el que se desarrollaron las características de los cefalópodos. [23] [24] Debido a que su morfología es muy diferente a los cefalópodos tempranos confirmados, y por lo tanto sus afinidades con los cefalópodos e incluso con los moluscos en general son rechazadas por la mayoría de los autores. [25] [26] [27] [28]
Este espécimen del Cámbrico Temprano fue propuesto originalmente como la concha de cefalópodo más antigua. [29] Sin embargo, un estudio posterior descubrió que el espécimen es en realidad un fósil de quimera . [30]
Cuando se descubrió en 1888, [13] se pensó que el Volborthella del Cámbrico temprano era un cefalópodo. Sin embargo, los descubrimientos de fósiles más detallados mostraron que la pequeña concha cónica de Volborthella no era secretada, sino que estaba formada por granos de dióxido de silicio (sílice), y tampoco era septada. [31] Esta ilusión era resultado de la textura laminada de las pruebas de los organismos. [32] Por lo tanto, la clasificación de Volborthella es ahora incierta. [33]
Debido a que los caracteres que diferencian a los monoplacóforos de los cefalópodos son pocos, varios monoplacóforos han sido confundidos con ancestros de los cefalópodos. Uno de estos géneros es Shelbyoceras , que fue reclasificado en base a un surco deprimido que forma una banda alrededor de la concha, que es similar a una característica observada en Hypseloconus . [34] Los septos en este género están espaciados de manera irregular o cercana. [34]
Pohlsepia , conocido en Mazon Creek , originalmente fue interpretado como un pulpo cirrado. [35] Pero estudios posteriores muestran que sus afinidades como pulpo son controvertidas, e incluso se lo considera un no molusco. [36]
Los Kirengélidos son un grupo de conchas que, aunque originalmente estaban alineadas con la ascendencia monoplacófora de los cefalópodos, han sido reinterpretadas como braquiópodos . [37]
Los hiolitos como Allatheca han sido interpretados como ancestros de los cefalópodos, [38] pero los hiolitos propiamente dichos ahora se reconocen como braquiópodos. [39]
Los ancestros de los coleoides (incluyendo la mayoría de los cefalópodos modernos) y los ancestros del nautilus moderno, habían divergido en la Era Floiana del Período Ordovícico Temprano, hace más de 470 millones de años. Sabemos esto porque los ortocéridos fueron los primeros representantes conocidos de los neocefalópodos, [40] fueron en última instancia los ancestros de los ammonoideos y coleoides, y habían aparecido en la Era Floiana. [21] Se sostiene ampliamente que los Bactritida , un grupo Silúrico-Triásico de ortoconos, son parafiléticos a los coleoides y ammonoideos, es decir, los últimos grupos surgieron dentro de los Bactritida. [41] : 393 Un aumento en la diversidad de los coleoides y ammonoideos se observa alrededor del comienzo del período Devónico, y se corresponde con un profundo aumento en la diversidad de peces. Esto podría representar el origen de los dos grupos derivados. [41]
A diferencia de la mayoría de los cefalópodos modernos, la mayoría de las variedades antiguas tenían conchas protectoras. Estas conchas al principio eran cónicas, pero luego evolucionaron hasta formas curvas de nautiloide que se ven en las especies modernas de nautilus . Se cree que la presión competitiva de los peces obligó a las formas con concha a trasladarse a aguas más profundas, lo que proporcionó una presión evolutiva hacia la pérdida de la concha y dio lugar a los coleoides modernos, un cambio que condujo a mayores costos metabólicos asociados con la pérdida de flotabilidad, pero que les permitió recolonizar aguas poco profundas. [10] : 36 La pérdida de la concha también puede haber resultado de la presión evolutiva para aumentar la maniobrabilidad, lo que resultó en un hábito más parecido al de los peces. [42] : 289 Esta presión puede haber aumentado como resultado de la mayor complejidad de los peces a finales del Paleozoico, lo que aumentó la presión competitiva. [42] : 289 Las conchas internas aún existen en muchos grupos de cefalópodos vivos sin concha, pero la mayoría de los cefalópodos verdaderamente con concha, como los amonites, se extinguieron a fines del Cretácico .
Se ha interpretado que el Naefiteuthis del Devónico temprano es el coleoide fósil más antiguo, y su concha puede estar en un estado parcialmente internalizado. [41] Los belemnoides propiamente dichos aparecen un poco más tarde en el Devónico temprano y representan los primeros coleoides inequívocos. [35]
La biota del arroyo Mazon contiene un decápodo , Jeletzkya , que tenía diez brazos, pero el estado de su concha es ambiguo ya que no se ha extraído de la concreción que preserva el único fósil. En consecuencia, se ha interpretado como una concha interna y externa; el espécimen puede representar un 'calamar' o un belemnoideo, [35] aunque debido a la conservación no se conocen bien sus afinidades. [36]
La caliza Bear Gulch del Mississippiano tardío contiene algunos géneros importantes de coleoides tempranos. Gordoniconus tiene una gran concha interna que se parece a la concha externa que se puede ver en los bactrítidos , y este género probablemente muestra cómo la concha externa se convierte en concha interna. [43] Syllipsimopodi se considera perteneciente a Octopodiformes que incluye a los pulpos y calamares vampiros modernos, [36] aunque más tarde se considera sinónimo de Gordonioconus . [44]
Los tentáculos del cefalópodo ancestral se desarrollaron a partir del pie del molusco; [45] Se cree que el estado ancestral tenía cinco pares de tentáculos que rodeaban la boca. [45] Los órganos detectores de olores evolucionaron muy temprano en el linaje de los cefalópodos. [45]
Los primeros cefalópodos, [b] como Nautilus y algunos celoideos, parecían ser capaces de impulsarse hacia adelante dirigiendo su chorro hacia atrás. [42] : 289 Debido a que tenían una concha externa, no habrían podido generar sus chorros contrayendo su manto, por lo que deben haber utilizado métodos alternativos, como contraer sus embudos o mover la cabeza dentro y fuera de la cámara. [42] : 289
La conservación de partes blandas de cefalópodos no es del todo inusual; los fósiles de cuerpo blando, especialmente de celoideos (calamares), están relativamente extendidos en el Jurásico, [46] pero se desconocen restos fosfatados antes de este período. [47] Por otro lado, se conocen partes blandas, incluido un posible saco de tinta, de la pizarra de Hunsrück y la pizarra de Francis Creek del Paleozoico . [48] También se han documentado supuestos fósiles de huevos de cefalópodos . [49]