AMEGHINIANA (Rev. Asoc. Paleontol. Argent.) - 46 (1): 193-198. Buenos Aires, 30-04-2009

ISSN 0002-7014

NOTA PALEONTOLÓGICA

Consideraciones sobre la histogénesis de las costillas cervicales en los dinosaurios saurópodos

Ignacio Alejandro CERDA1

Introducción

Materiales y métodos

El hallazgo de estructuras óseas en forma de delgadas varillas es común en localidades del Cretácico de Patagonia (Salgado, 2000) y posiblemente, la mayoría correspondan a secciones de las extremadamente alargadas costillas cervicales de saurópodos titanosaurios. La notoria elongación de las costillas cervicales en diversos taxones de saurópodos, es uno de los caracteres más sobresalientes de su esqueleto axial. Sin embargo, aun no se comprenden los mecanismos que permitieron dicha hipertrofia ni su funcionalidad. Puesto que la microestructura interna del hueso preserva indicios de su ontogénesis, un estudio paleohistológico puede brindar información sobre los procesos involucrados en la elongación caudal de las costillas cervicales. Si las varillas óseas antes mencionadas se corresponden efectivamente con restos de costillas alargadas de saurópodos, los numerosos fragmentos encontrados en distintos afloramientos brindan una excelente posibilidad para efectuar un estudio paleohistológico de las mismas. Sólo dos análisis histológicos se han efectuado en varillas óseas de este tipo (Dalla-Vecchia, 1999; Salgado, 2000), pero en ninguno de ellos se ha aportado información concreta sobre su desarrollo. El objetivo de este trabajo es caracterizar la histología de una estructura ósea en forma de varilla (cuya morfología permite asignarla a una costilla cervical de saurópodo) a partir de cortes seriados transversales y longitudinales. Asimismo, se buscará establecer cual fue el mecanismo que permitió su notable crecimiento.

La varilla seccionada para el análisis histológico (figura 1.1) fue colectada, junto a restos de otras dos estructuras similares, en la localidad de El Anfiteatro, provincia de Río Negro, a 75 kilómetros al sudoeste de la ciudad de Cipolletti. En términos estratigráficos, los niveles corresponden a la Formación Plottier, (Coniaciano tardío [Hugo y Leanza, 2001]). Se efectuaron cuatros cortes transversales (MUCPh 139, MUCPh 140, MUCPh 141, MUCPh 142) y uno longitudinal (MUCPh 138) en distintas regiones de la varilla (figura 1.1). Para las secciones delgadas se empleó el método propuesto por Chinsamy y Raath (1992).

Abreviaturas institucionales. MAU-Pv, Museo Municipal Argentino Urquiza, Paleontología de de vertebrados, Neuquén, Argentina; MPCA, Museo Provincial Carlos Ameghino, Río Negro, Argentina; MUCPh, Museo Universidad Nacional del Comahue, Paleohistología, Neuquén, Argentina.

1CONICET-

INIBIOMA- Museo de Geología y Paleontología, Universidad Nacional del Comahue, Buenos Aires 1400, 8300 Neuquén, Argentina. [email protected]

©Asociación Paleontológica Argentina

Descripción Aspecto externo El fragmento recolectado es una vara ósea recta de 39 cm de longitud. La misma se adelgaza hacia uno de los extremos. La sección transversal es oval, con 9,8 x 7,4 mm en la porción de más envergadura y 6,5 x 3,6 mm en la más delgada. Externamente, se aprecian delgadas estrías orientadas longitudinalmente, dando un aspecto fibroso a la varilla (figura 1.3). Algunas fracturas corticales indican que estas estrías no se limitan sólo a la superficie, puesto que también están claramente diferenciadas dentro del hueso.

Microestructura El tejido óseo que compone la varilla está constituido en su totalidad por hueso compacto con un alto grado de remodelación. En la sección de mayor grosor (MUCPh 142), se distinguen numerosas osteonas secundarias (osteonas de Havers) de primera y segunda generación, orientadas longitudinalmente y AMGHB2-0002-7014/09$00.00+.50

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Figura 1. Varilla ósea de la formación Plottier / bony rod from the Plottier Formation. 1, área de cortes delgados en la varilla (flechas) / area of thin-sections in the rod (arrows). 2, dibujo interpretativo donde se muestra la posición de la varilla ósea (área sombreada) como la porción distal de una costilla cervical de un saurópodo / interpretative draw showing the position of the bony rod (dark area) as a distal portion of a sauropod cervical rib. 3, detalle de la superficie externa de la varilla / detail of the external surface of the rod.

conectadas con canales de Volkmann (figura 2.1). Si bien las osteonas secundarias están profusamente desarrolladas, no llegan a conformar un tejido haversiano denso. Las osteonas de Havers están compuestas por numerosas capas de hueso lamelar, con diversas lagunas de osteocitos de forma alargada, interconectadas por numerosos canaliculi ramificados. En algunos espacios intersticiales pueden apreciarse restos de hueso primario, conformado en su totalidad por marcas de fibras colágenas (figura 2.2). Esta matriz fibrosa de hueso primario se hace más notoria hacia la región periférica, donde las osteonas secundarias son menos abundantes. El borde externo de la muestra se caracteriza por poseer un contorno irregular, el cual refleja el aspecto estriado de la superficie del hueso. Embebidos en la matriz fibrosa, en la zona más periférica, se desarrollan osteonas primarias orientadas longitudinalmente. Se diferencian de las osteonas secundarias por su menor tamaño, un número inferior de lamelas de hueso, y ausencia de línea de cemento (figura 2.2). No se observa hueso periosteal ni líneas de crecimiento detenido (LAGs). Las secciones transversales realizadas hacia la zona media de la muestra (MUCPh 139; MUCPh 140) no presentan diferencias importantes con respecto a las descriptas para la porción de mayor envergadura. En el extremo más delgado de la varilla (MUCPh 141), las osteonas secundarias ocupan una menor proporción del área total; su forma es irregular y muchas se encuentran en etapas tempranas de desarrollo (figura 3.1). De la misma forma que en las demás secciones, el tejido óseo primario está aquí compuesto por una matriz de fibras colágenas (figura 3.2). La matriz fibrosa es predominante en la región más periférica, donde también se observan osteonas primaAMEGHINIANA 46 (1), 2009

rias y secundarias, estas últimas en plena fase desarrollo (figura 3.3). La sección longitudinal efectuada en la porción media de la muestra (MUCPh 138) (figura 4) presenta numerosas osteonas secundarias. En la región interna, adyacentes a las osteonas secundarias, se distinguen marcas de fibras colágenas orientadas en sentido longitudinal (figura 4.1). El tejido fibroso primario se aprecia más claramente en la zona periférica, donde se intercala con algunas osteonas primarias. Dentro de la matriz fibrosa, se observan lagunas fusiformes orientadas de forma paralela a las fibras colágenas. Su forma y ubicación permite interpretarlas como lagunas de fibroblastos (figura 4.2). En ciertas lagunas es posible distinguir prolongaciones similares a los canaliculi de los osteocitos, aunque nunca tan desarrolladas como en estos últimos (figura 4.3).

Discusión Naturaleza de la varilla ósea Como se mencionó anteriormente, la varilla ósea descripta en este trabajo es interpretada como un fragmento de costilla cervical perteneciente un dinosaurio saurópodo. No obstante, puesto que la varilla ósea es un elemento incompleto y no se encontró asociada a ningún otro resto óseo (salvo otras dos varillas), la identificación no surge de forma directa. Por ende, antes de discutir las implicancias biológicas de su histología, es imperioso profundizar en los argumentos que permitieron determinar tanto su naturaleza anatómica como su asignación taxonómica. En primer lugar, la

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Figura 2. MUCPh 142, sección transversal de la varilla ósea en su extremo más engrosado / cross section of bony rod in its widest end. 1, porción interna de la sección (40x) / innery portion of the section. 2, área periférica de la sección (40x) / peripheral area of the section. cvo, canal de Volkmann / Volkmnn canal; fc, fibras colágenas / collagen fibers; mp, matriz primaria / primary matrix; op, osteona primaria / primary osteon; os, osteona secundaria / secondary osteon.

forma recta, delgada y notablemente alargada de la varilla se corresponde con aquella exhibida para costillas cervicales en dinosaurios saurópodos tales como Sauroposeidon proteles Wedel, Cifelli y Sanders 2000a (Wedel et al., 2000b fig. 6), Maxakalisaurus topai Kellner, Campos, Azevedo et al. 2006 (Kellner et al., 2006 fig. 9), Paluxisaurus jonesi Rose 2007 (Rose, 2007 fig. 11), Uberabatitan ribeiroi Salgado y Carvalho 2008 (Salgado y Carvalho, 2008 fig. 8) y Bonitasaura salgadoi Apesteguía 2004 (MPCA 460, observación personal). Asimismo, la sección transversal elíptica de la varilla ósea de El Anfiteatro también fue descrita para las costillas cervicales de Mamenchisaurus hochuanensis Young y Zhao 1972 (Young y Zhao, 1972), Sauroposeidon (Wedel et al., 2000b) y en la porción distal de una costilla cervical de Bonitasaura (observación personal). Finalmente, el aspecto estriado que caracteriza a la superficie de la varilla ósea descripta en este trabajo también fue observado en la porción distal de

Figura 3. MUCPh 141, sección transversal de la varilla ósea en su extremo más delgado / cross section of the bony rod on its thinnest end. 1, aspecto general del corte, los rectángulos 3.2 y 3.3 indican las porciones ampliadas en la figura 3.2 y 3.3 (40x) / the whole cervical rib in cross section, squares 3.2 and 3.3 indicate the portions shown in figure 3.2 and Figure 3.3. 2, detalle del recuadro 3.2 (100x) / detail of square 3.2. 3, detalle del recuadro 3.3 (100x) / detail of the square 3.3. fc, fibras colágenas / collagen fibers; lo, lagunas de osteocitos / osteocytic lacunae; mp, matriz primaria / primary matrix; os, osteona secundaria / secondary osteon.

la costilla cervical de Bonitasaura y en numerosos fragmentos de costillas cervicales pertenecientes a un nuevo dinosaurio titanosaurio de la localidad de Rincón de Sauces (MAU-Pv-PH-449, observación personal.). El conjunto de evidencias recabadas permite identificar positivamente a la varilla ósea descripta en este trabajo como la porción distal de una costilla cervical elongada de un dinosaurio saurópodo (figura 1.2). AMEGHINIANA 46 (1), 2009

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Figura 4. MUCPh 138, sección longitudinal de la varilla ósea en su región media / longitudinal section of bony rod in the middle region. 1, aspecto general del corte (40x) / general view of the section. 2, detalle de la porción fibrosa del corte (100x) / detail of the fibrous portion of the section. 3, detalle de hueso osteonal (100x) / detail of the osteonic bone. ca, canaliculi; fc, fibras colágenas / collagen fibers; lf, lagunas de fibroblástos / fibroblastic lacunae; lo, lagunas de osteocitos / osteocytic lacunae; os, osteona secundaria / secondary osteon.

En cuanto a su asignación taxonómica a un nivel menos inclusivo, aunque no se encontró asociada a otros restos óseos (a excepción de restos de otras dos costillas cervicales), dada su procedencia estratigráfica y los reportes de costillas cervicales elongadas en numerosas especies de titanosaurios (Calvo et al., 1997, 2007; Apesteguía, 2004; Kellner et al., 2006; Salgado y Carvalho, 2008), es posible que la costilla haya pertenecido a un miembro de dicho grupo. Esta asignación taxonómica es sólo tentativa, puesto que el fragmento carece de caracteres anatómicos sinapomórficos del grupo.

Histogénesis de la costilla cervical Microscópicamente, si bien el tejido óseo ha sufrido una importante remodelación, el hueso primario preservado en sus intersticios y región periférica permite inferir su mecanismo de histogénesis. Se descarta un posible origen endocondral-subperiosteal (Hall, 2005) como en las costillas dorsales, dada la ausencia de un hueso periosteal. Asimismo, la presencia de un hueso primario compuesto por numerosas fibras colágenas orientadas longitudinalmente, con presencia de lagunas de fibroblastos, señala una osificación de tipo metaplásica (Haines y Mohuidin, 1968). La forma y disposición de las fibras colágenas permiten inferir que la osificación derivó de un tejido colágeno denso. Este tipo de tejido conjuntivo es típico de tendones y ligamentos (Fawcett, 1998), lo que revela que la porción elongada de la costilla cervical deriva de la osificación de un elemento tendinoso. AMEGHINIANA 46 (1), 2009

Los procesos de osificación metaplásica no patológica han sido bien estudiados en tendones de aves (Abdalla, 1979; Landis y Silver, 2002; Adams y Organ, 2005) y posiblemente su mecanismo sea equivalente a la osificación en costillas cervicales de saurópodos. En el caso de un tejido tendinoso, los fibroblastos (también conocidos como tenocitos o tendonoblastos) actúan como osteoblastos, produciendo la matriz inorgánica del futuro tendón osificado (Landis y Silver, 2002). En la costilla cervical estudiada, el proceso fue precedido por una importante remodelación secundaria, evidenciada por la abundante cantidad de osteonas de Havers. En dinosaurios no avianos, existen registros de hueso metaplásico en distintas regiones del esqueleto, tales como espinas neurales (Reid, 1996; Salgado, 2000), escudos dérmicos (Scheyer y Sander, 2004; Main et al., 2005) y tendones osificados (Adams y Organ, 2005; Organ y Adams, 2005). Tendones osificados de diversos taxones de ornitisquios, terópodos no avianos y aves, exhiben un patrón similar al descripto para la costilla cervical de este trabajo, con abundantes fibras colágenas orientadas longitudinalmente, así como osteonas secundarias en la zona medular. Asimismo, la forma y el patrón de fibras, osteonas primarias y osteonas secundarias dentro de la costilla cervical es idéntico al descripto en un "tendón anormal" de Camarasaurus lentus Marsh 1889 (Organ y Adams, 2005). Si bien los autores no detallan la posición anatómica de dicha estructura en Camarasaurus, es posible que se corresponda con el "músculo calcificado" de la región cervical mencionado por McIntosh (1990) para un ejemplar de esta espe-

Histogénesis en costillas cervicales de saurópodos

cie. El hueso metaplásico reportando en este trabajo constituye el primer registro de este tipo de osificación en costillas cervicales de dinosarios no avianos. Aunque existen semejanzas entre la microestructura de la costilla cervical y la de otros tendones osificados en dinosaurios, también se observan importantes diferencias que indican cierta divergencia en cuanto a su dinámica del crecimiento. Los tendones osificados de dinosaurios ornitisquios y de terópodos no avianos exhiben, junto a la matriz fibrosa mencionada, hueso periosteal de tipo fibrolamelar, el cual incluye en algunos casos líneas de crecimiento detenido (Adams y Organ, 2005; Organ y Adams, 2005). Organ y Adams (2005) argumentan que la presencia de un tejido periosteal junto a uno de origen metaplásico dentro de una misma estructura, deviene de una osificación en dos fases. Por un lado, la osificación comenzaría por metaplasia de un tejido tendinoso, posteriormente, la región periférica desarrollaría un periostio, responsable del posterior engrosamiento del tendón. La ausencia de un hueso de origen perióstico dentro de la costilla cervical indica que la misma tiene un origen netamente metaplásico (al menos, en su porción elongada). Dicha carencia de un periostio impediría, en este caso, el crecimiento por aposición de hueso primario. Si bien se ha especulado sobre los mecanismos involucrados en el proceso de elongación de las costillas cervicales, hasta el momento esas ideas no han sido debidamente corroboradas. Las diversas hipótesis planteadas al respecto pueden resumirse de la siguiente forma: la costilla pudo formarse en su totalidad de la misma forma que las costillas dorsales, a partir de un molde previo de cartílago o bien, como sucede en ciertas aves, puede haber surgido de la osificación de elementos tendinosos anclados a la porción caudal de la costilla cervical original (Zweers et al., 1987 en Wedel et al., 2000b). Otra posibilidad, similar a la propuesta por Ostrom (1969) para el origen de las proyecciones óseas de zigoapófisis caudales y chevrones en Deinonychus antirrhopus Ostrom 1969, supone una proliferación caudal del periostio (membrana orgánica con capacidad osteogénica) por sobre un ligamento unido a la "costilla verdadera" formada por osificación endocondral (Salgado, 2000). La acción osteoblástica del periostio sería en este caso la responsable de generar una costilla alargada a partir de un elemento tendinoso (Salgado, 2000). Como se mencionó previamente, la presencia de un tejido primario de origen metaplásico permite descartar una osificación a partir de un periostio, cualquiera sea su origen. Los datos obtenidos en este trabajo apoyan la hipótesis planteada por Wedel et al. (2000b) que propone que, al igual que en algunas aves, las costillas cervicales se originan a partir de la osificación de elementos tendinosos.

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Este trabajo brinda por primera vez información directa sobre el origen de las costillas cervicales elongadas en dinosaurios saurópodos. No obstante, aun existen numerosos interrogantes con respecto a estas estructuras. No se conoce el momento de la ontogenia en el cual se iniciaba la osificación ni como ésta afectaba a la mecánica de cuello. Tampoco se conocen las propiedades biomecánicas del hueso metaplásico, ni cuales son las ventajas mecánicas de un tendón osificado frente a uno "normal". Nuevos estudios histológicos y biomecánicos en organismos actuales y desaparecidos brindarán información esclarecedora sobre estas inquietudes.

Agradecimientos Deseo agradecer a J.I. Canudo (Grupo Aragosaurus, Universidad de Zaragoza), quien colectó el material estudiado y brindó valiosa información sobre el mismo. El material fue rescatado en una campaña financiada por Repsol S.A (Proyecto de excavación y prospección de dinosaurios en el Cretácico superior en el área del Anfiteatro en Río Negro, Argentina). P. Gallina permitió gentilmente el acceso a materiales no publicados. Una revisión preliminar del manuscrito fue efectuada por L. Salgado. Este trabajo ha sido valiosamente enriquecido por las revisiones de R. Coria y D. Pol. El presente estudio fue financiado con fondos de Conicet (PIP 6455) y Agencia (PICT2006-00357) a L. Salgado.

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Recibido: 13 de marzo de 2008. Aceptado: 15 de setiembre de 2008.