Una muestra de la diversidad de serpientes. En el sentido de las agujas del reloj desde la parte superior izquierda: boa arcoíris (Epicrates cenchria), crédito de la imagen Pascal Título, Museo de Zoología de la UM; Serpiente de árbol de la cuenca del Amazonas (Imantodes lentiferus), crédito de imagen Pascal Título, Museo de Zoología de la UM; gusano serpiente occidental (Carphophis vermis), crédito de la imagen Alison Rabosky, Museo de Zoología de la UM; víbora del bosque de dos rayas (Bothrops bilineatus), crédito de la imagen Dan Rabosky, Museo de Zoología de la UM; serpiente loro (Leptophis ahaetulla), crédito de la imagen Ivan Prates, Museo de Zoología de la UM; y anaconda verde (Eunectes murinus), crédito de la imagen Dan Rabosky, Museo de Zoología de la UM. Estas especies muestran una considerable variabilidad en sus dietas, desde depredadores generalistas en vertebrados (boa arcoíris, anaconda) hasta especies que se especializan en lagartos dormidos (culebra arborícola), lombrices de tierra (lombriz de tierra) y ranas arborícolas (culebra loro).

Las serpientes modernas evolucionaron a partir de antepasados ​​que vivían al lado de los dinosaurios y que probablemente se alimentaban principalmente de insectos y lagartos.

Luego, un asteroide de un kilómetro de ancho acabó con casi todos los dinosaurios y casi tres cuartas partes de las especies de plantas y animales del planeta hace 66 millones de años, preparando el escenario para la espectacular diversificación de mamíferos y aves que siguió al comienzo de la Era Cenozoica.

Un nuevo estudio de la Universidad de Michigan muestra que las primeras serpientes aprovecharon esta oportunidad ecológica y la mezcolanza que presentaba, evolucionando rápida y repetidamente con nuevas adaptaciones dietéticas y preferencias de presas.

Una serpiente arbórea de cabeza roma (Imantodes inornatus) comiendo su camino a través de un lote de huevos de rana arborícola. Crédito: John David Curlis, Museo de Zoología de la Universidad de Michigan.

El estudio, que combina evidencia genética con información ecológica extraída de especímenes preservados de museos, fue publicado el 14 de octubre de 2021 en la revista. PLOS Biología.

«Encontramos un gran aumento en la diversificación de la dieta de las serpientes después de la extinción de los dinosaurios: las especies estaban evolucionando rápidamente y adquiriendo la capacidad de comer nuevos tipos de presas», dijo el autor principal del estudio, Michael Grundler, quien lo hizo el trabajo de su tesis doctoral en la UM y que ahora es investigador postdoctoral en UCLA.

Los mamíferos y las aves, que también se diversificaron con la extinción, comenzaron a aparecer en la dieta de las serpientes en ese momento. También han surgido dietas especializadas, como las serpientes que se alimentan solo de babosas o caracoles, o serpientes que solo comen huevos de lagarto.

Una falsa boa (Pseudoboa nigra) comiendo un lagarto de lava (Tropidurus hispidus). Crédito: Ivan Prates, Museo de Zoología de la Universidad de Michigan

También se observaron explosiones similares de diversificación de alimentos cuando las serpientes llegaron a nuevos lugares, como cuando colonizaron el Nuevo Mundo.

“Lo que esto sugiere es que las serpientes están aprovechando las oportunidades en los ecosistemas”, dijo el biólogo evolutivo de la UM y coautor del estudio Daniel Rabosky, quien fue asesor doctoral de Grundler. «A veces, estas oportunidades son creadas por extinciones y otras son causadas por una vieja serpiente que se dispersa en una nueva masa de tierra».

Radiografía de una serpiente marina (Hydrophis annandalei) que muestra una presa (pez) dentro de su estómago. El cráneo del pez es visible dentro de la caja torácica de la serpiente en el centro a la derecha de la imagen. Espécimen de serpiente del Museo de Zoología de la UM. Crédito: Jenna Crowe-Riddell / Randy Singer, Museo de Zoología de la Universidad de Michigan

Estos repetidos cambios transformacionales en la ecología de los alimentos fueron impulsores importantes de lo que los biólogos evolutivos llaman radiación adaptativa, el desarrollo de una variedad de nuevas formas adaptadas a diferentes hábitats y formas de vida, según Grundler y Rabosky.

Las serpientes modernas son impresionantemente diversas, con más de 3.700 especies en todo el mundo. Y exhiben una impresionante variedad de dietas, desde pequeñas serpientes que se alimentan de invertebrados como hormigas y lombrices de tierra hasta constrictores gigantes como pitones y pitones que comen mamíferos del tamaño de antílopes.

Entonces, ¿cómo los reptiles sin patas que no pueden masticar se convirtieron en depredadores tan importantes en tierra y mar? Para averiguarlo, Grundler y Rabosky primero recopilaron un conjunto de datos sobre las dietas de 882 especies de serpientes modernas.

Una tomografía computarizada de una serpiente con ojos de gato (Leptodeira septentrionalis) revela una rana (esqueleto azul) en su tracto digestivo. Espécimen de serpiente del Museo de Zoología de la UM. Crédito: Ramon Nagesan, Museo de Zoología de la Universidad de Michigan

El conjunto de datos incluye más de 34.000 observaciones directas de las dietas de serpientes, informes publicados de encuentros de científicos con serpientes en el campo y análisis del contenido del estómago de especímenes conservados en museos. Muchos de estos especímenes provienen del Museo de Zoología de la UM, hogar de la segunda colección más grande de reptiles y anfibios del mundo.

Todas las especies que viven hoy descienden de otras especies que vivieron en el pasado. Pero dado que los fósiles de serpientes son raros, la observación directa de los antepasados ​​de las serpientes modernas, y las relaciones evolutivas entre ellas, a menudo se oculta.

Serpiente ojo de gato (Leptodeira semiannulata) en la Amazonía peruana. Crédito: Dan Rabosky, Museo de Zoología de la Universidad de Michigan

Sin embargo, estas relaciones se conservan en el ADN de serpientes vivas. Los biólogos pueden extraer esta información genética y usarla para construir árboles genealógicos, que los biólogos llaman filogenias.

Grundler y Rabosky fusionaron su conjunto de datos dietéticos con datos filogenéticos de serpientes publicados anteriormente en un nuevo modelo matemático que les permitió inferir cómo eran las especies de serpientes extintas desde hace mucho tiempo.

Una serpiente de vid verde (Oxybelis fulgidus) en Brasil. Se sabe que esta especie levemente venenosa se alimenta de ranas, lagartijas y pájaros. Crédito: Ivan Prates, Museo de Zoología de la Universidad de Michigan

«Se podría pensar que sería imposible saber cosas sobre especies que vivieron hace mucho tiempo y para las que no tenemos información fósil», dijo Rabosky, profesor asociado en el Departamento de Ecología y Biología Evolutiva de la UM y curador asociado en el Museo. de Zoología.

«Pero mientras tengamos información sobre las relaciones evolutivas y datos sobre las especies que ahora están vivas, podemos usar estos modelos sofisticados para estimar cómo eran sus ancestros lejanos».

Un fino árbol de esmeralda (Corallus batesii) en la selva amazónica, un depredador especializado de pequeños mamíferos. Crédito: Dan Rabosky, Museo de Zoología de la Universidad de Michigan

Además de mostrar una explosión masiva de diversificación de la dieta de las serpientes después de que los dinosaurios murieron en lo que se conoce como la extinción masiva K-Pg, el nuevo estudio reveló cambios dietéticos explosivos similares cuando grupos de serpientes colonizaron nuevos lugares.

Por ejemplo, algunas de las tasas más rápidas de cambio en la dieta, incluido un aumento de aproximadamente el 200% para una subfamilia, se produjeron cuando la superfamilia de serpientes Colubroidea llegó al Nuevo Mundo.

Los colubroides representan la mayor parte de la diversidad de serpientes actual del mundo, con representantes que se encuentran en todos los continentes excepto en la Antártida. Incluyen todas las serpientes venenosas y la mayoría de las otras serpientes familiares; el grupo no incluye pitones, pitones y varias serpientes oscuras como serpientes ciegas y serpientes tubulares.

La culebra americana (Anilius scytale) es inofensiva, pero a menudo se la confunde con serpientes coralinas peligrosamente venenosas. Esta especie es un depredador especializado de vertebrados alargados como serpientes, lagartijas sin patas y anfibios sin patas (cecilias). Crédito: Dan Rabosky, Museo de Zoología de la Universidad de Michigan

Grundler y Rabosky también encontraron una enorme variabilidad en la velocidad con la que las serpientes desarrollan nuevas dietas. Algunos grupos, como las serpientes ciegas, evolucionaron más lentamente y mantuvieron dietas similares, principalmente hormigas y larvas de termitas, durante decenas de millones de años.

En el otro extremo se encuentran las serpientes dipsadinas, una gran subfamilia de serpientes colubroides que incluye más de 700 especies. Desde que llegaron al Nuevo Mundo hace unos 20 millones de años, han experimentado una explosión sostenida de diversificación de alimentos, según el nuevo estudio.

Las dipsadinas incluyen comedores de goo, serpientes de agua falsas, serpientes de fuego forestal y serpientes de nariz de cerdo. Muchos de ellos imitan serpientes de coral mortales para protegerse de los depredadores y se conocen localmente como serpientes de coral falsas.

La culebra americana (Anilius scytale) es inofensiva, pero a menudo se la confunde con serpientes coralinas peligrosamente venenosas. Esta especie es un depredador especializado de vertebrados alargados como serpientes, lagartijas sin patas y anfibios sin patas (cecilias). Crédito: Dan Rabosky, Museo de Zoología de la Universidad de Michigan

“En un período de tiempo relativamente corto, las especies evolucionaron para especializarse en lombrices de tierra, peces, ranas, babosas, anguilas con forma de serpiente e incluso otras serpientes”, dijo Grundler.

“Muchas de las historias de éxito evolutivo que aparecen en los libros de texto, como los famosos pinzones de Darwin, no son tan impresionantes como algunos grupos de serpientes. Las dipsadinas de América del Sur y Centroamérica han explotado en todos los aspectos de su diversidad y, sin embargo, son casi completamente desconocidas fuera de la comunidad de biólogos de serpientes. «

Rabosky y Grundler enfatizaron que su estudio no podría haberse realizado sin la información recopilada de especímenes conservados en museos.

“Algunas personas piensan que las colecciones de zoología son solo depósitos de animales muertos, pero este estereotipo es completamente inexacto”, dijo Rabosky. «Nuestros resultados destacan la tremenda capacidad de clase mundial que tienen estas colecciones para responder preguntas que son casi imposibles de responder de otra manera».

Referencia: “Aumento rápido de la diversidad y complejidad de la dieta de las serpientes después del finalCretáceo extinción masiva ”por Michael C. Grundler y Daniel L. Rabosky, 14 de octubre de 2021, PLOS Biología.
DOI: 10.1371 / journal.pbio.3001414

Los fondos para el estudio fueron proporcionados por la National Science Foundation y la David and Lucile Packard Foundation.