ESTUDIO COMPARADO DEL DESARROLLO ESQUELÉTICO Y LAS SECUENCIAS DE OSIFICACIÓN EN ESPECIES DE RANAS COLOMBIANAS ANGÉLICA ARENAS RODRÍGUEZ PONTIFICIA UNIVERSIDAD JAVERIANA FACULTAD DE CIENCIAS DOCTORADO EN CIENCIAS BIOLÓGICAS BOGOTÁ, COLOMBIA 2020 1 ESTUDIO COMPARADO DEL DESARROLLO ESQUELÉTICO Y LAS SECUENCIAS DE OSIFICACIÓN EN ESPECIES DE RANAS COLOMBIANAS ANGÉLICA ARENAS RODRÍGUEZ Trabajo de grado para optar el Título de Doctor en Ciencias Biológicas Tutor JULIO MARIO HOYOS HOYOS Ph. D. PONTIFICIA UNIVERSIDAD JAVERIANA FACULTAD DE CIENCIAS DOCTORADO EN CIENCIAS BIOLÓGICAS BOGOTÁ, COLOMBIA 2020 2 ESTUDIO COMPARADO DEL DESARROLLO ESQUELÉTICO Y LAS SECUENCIAS DE OSIFICACIÓN EN ESPECIES DE RANAS COLOMBIANAS ANGÉLICA ARENAS RODRÍGUEZ __________________________________ Alba Alicia Trespalacios Rangel, Ph.D. Directora de Posgrados Facultad de Ciencias __________________________________ Concepción Judith Puerta Bula, Ph.D. Decana Facultad de Ciencias Bogotá, agosto de 2020 NOTA DE ADVERTENCIA Artículo 23 de la resolución No 13 de Julio de 1946 “La Universidad no se hace responsable por los conceptos emitidos por sus alumnos en sus trabajos de tesis. Solo velará por que no se publique nada contrario al dogma y a la moral católica y por qué las tesis no contengan ataques personales contra persona alguna, antes bien se vea en ellas el anhelo de buscar la verdad y la justicia”. 5 A Carlos Fernando, Laura Catalina y Dana Sofía por su paciencia, apoyo y compañía A todas las mujeres y madres doblemente profesionales que con altruismo luchan por sus sueños y me inspiraron por cumplir el mio 6 Agradecimientos El autor expresa su sincero agradecimiento a todas las personas e instituciones que participaron en el presente proyecto de investigación: Al profesor Julio Mario Hoyos Hoyos, por su confianza, acompañamiento, asesoría y sabios consejos. A los profesores Jairo Pérez y Saúl Prada que dirigieron el seminario de investigación en Ecología del Programa de Posgrado, por sus orientaciones y porque gracias a los comentarios dados por los compañeros durante el Doctorado en Ciencias Biológicas me dieron luces en la investigación. Al profesor Manuel Hernando Bernal Bautista, por su apoyo inicial en el doctorado. A los biólogos Ingmar Werneburg por su asesoría en los pasos de Parsimov; David Blackburn en la asesoría de la metodología en R y su apoyo en la Academia de Ciencias de California en San Francisco, Estados Unidos durante la pasantía internacional; David Samuel Castellanos y Nicolás Reyes que me colaboraron en el proceso metodológico de Parsimov y PGi, bajo el ambiente de Windows y Linux, respectivamente. A los jurados, las doctoras Lourdes Púgener y Virginia Abdala por recordarme que la ciencia no tiene fronteras, a la Dra. Adriana Jerez por el apoyo y orientación en la morfología de los anfibios colombianos y al Dr. Javier Maldonado (Q. E. P. D.) por haber sido mi maestro y un ejemplo a seguir en la investigación. A mi esposo Carlos Fernando Hincapié Aristizábal y a nuestras hijas Laura Catalina y Dana Sofía Hincapié Arenas, por acompañarme en este recorrido académico, personal y profesional. 7 A mi madre Asceneth Rodríguez por su constante apoyo, ejemplo y escucha en los momentos más difíciles y estresantes de este proceso. A Marco Fidel Ávila Rodríguez, compañero del Doctorado con quien sufrimos y disfrutamos de esta etapa de la vida. A la Pontificia Universidad Javeriana por abrirme las puertas del programa de Doctorado en Ciencias Biológicas, en la Facultad de Ciencias y en el Laboratorio de Herpetología. Así como a todo el personal profesoral, administrativos y estudiantes por la colaboración prestada en todos los momentos del Doctorado. A la Corporación Autónoma Regional del Tolima (CORTOLIMA) por concederme el permiso de investigación resolución 2117 de Agosto 23 de 2013, para la colecta del material biológico en el Departamento del Tolima. Al Departamento Administrativo de Ciencia, Tecnología e Innovación (Colciencias) que por medio del Instituto Colombiano de Crédito Educativo y Estudios Técnicos en el Exterior (ICETEX) fui beneficiada de la Beca Doctorado Nacional - Generación Bicentenario (convocatoria 510 Año 2010), con la que pude estudiar el posgrado y realizar la pasantía internacional. 8 Tabla de contenido Resumen 1 Abstract 2 Introducción 3 2. Objetivos 7 2.1. Objetivo general 7 2.2. Objetivos específicos 7 3. Marco teórico 8 3.1. Los anfibios 8 3.1.1. El esqueleto 8 3.1.1.1. Técnicas de tinción del esqueleto 9 3.2. Secuencias de osificación 12 3.3. El desarrollo y la heterocronía 13 3.3.1. Las heterocronías en los anfibios 15 3.3.2. Tipos de heterocronías 16 3.3.2.1. Ventajas y limitaciones de usar datos heterocrónicos 20 3.4. Análisis de heterocronías 22 3.4.1. Métodos gráficos y estadísticos 23 3.4.1.1. Métodos gráficos 24 3.4.1.2. Métodos estadísticos 25 3.4.2. Métodos filogenéticos 26 3.4.2.1. Métodos basados en la transformación de la secuencia 26 4. Diseño metodológico 32 4.1. Morfología de renacuajos 32 4.1.1. Especies utilizadas 36 4.1.2. Descripciones de las estructuras externas 36 4.1.3. Transparentación y tinción del esqueleto 36 4.2. Obtención de secuencias y rangos de osificación 42 4.3. Métodos gráficos para análisis de los elementos y rangos de las secuencias 42 4.3.1. Parcelas heterocrónicas 42 4.3.2. Divergencia fenotípica (PD) 43 4.3.3. Índices de osificación (%IO) 44 4.3.4. Variación de los rangos de osificación 44 4.4. Contexto filogenético 45 4.4.1. Análisis Parsimov (PGi) 46 4.5. Método filosófico 50 5. Resultados 52 5.1. Morfología externa de los renacuajos 52 5.1.1. Tubo cloacal y espiráculo 55 5.1.2. Coloración en preservación 55 5.1.3. Disco oral 56 5.1.3.1. Fórmula dentaria 58 5.2. Desarrollo del esqueleto 59 5.2.1. Desarrollo del condrocráneo 60 5.2.1.1. Arco mandibular 69 5.2.1.2. Proceso ótico larvario 70 5.2.1.3. Apparatus hyobranchialis 71 5.2.1.3.1. Aparato hiolaríngeo en adultos 73 5.2.2. Esqueleto apendicular en adultos 74 5.2.2.1. Cintura escapular 74 5.2.2.2. Cintura pélvica 77 5.2.2.3. Extremidades posteriores y anteriores 81 5.2.3. Esqueleto axial 90 5.3. Secuencias de osificación 92 5.3.1. Secuencias de osificación y estadios de desarrollo 92 5.3.2. Secuencias de osificación detalladas y agrupadas 93 5.3.3. Primer diagnóstico de las secuencias de osificación 103 5.4. Divergencia fenotípica …..106 5.5. Índices de osificación (%IO) 109 5.6. Análisis de los rangos de osificación 111 5.7. Análisis filogenéticos basados en las secuencias de osificación y heterocronías116 5.7.1. Árboles podados 116 5.7.2. Análisis Parsimov 121 5.7.2.1. Análisis incluyendo elementos del cráneo y del poscráneo 121 5.7.2.2. Análisis con secuencias de elementos del cráneo 122 5.7.2.3. Hylidae 123 5.8. Aplicando el método falsacionista 127 6. Discusión 129 6.1. Morfología externa del desarrollo de los estados larvarios 129 6.1.1. Forma del cuerpo 129 6.1.2. Forma y tamaño del disco oral 130 6.1.3. Tubo cloacal y espiráculo 133 6.2. Comparaciones internas del esqueleto 134 6.2.1. Tinción diferencial del esqueleto 134 6.3. Comparación del desarrollo del condrocráneo 135 6.3.1. Arco mandibular 138 6.3.2. Aparato hiobranquial 139 6.3.3. Aparato hiolaríngeo en adultos de Scinax ruber 141 6.3.4. La morfología y su relación con la producción de sonido 142 6.3.5. Relación del cráneo y del aparato hiobranquial con la alimentación 144 6.4. Comparación del desarrollo del poscráneo 148 6.4.1. Cintura escapular 148 6.4.2. Cintura pélvica 149 6.4.3. Extremidades posteriores y anteriores 150 6.4.4. Esqueleto axial 151 6.4.5. Relación del poscráneo con la locomoción 152 6.5. Secuencias y rangos de osificación 153 6.5.1. Métodos gráficos 155 6.5.1.1. Parcelas heterocrónicas 155 6.5.1.2. Divergencia fenotípica 157 6.5.1.3. Índices de osificación 158 6.5.2 Métodos estadísticos 158 6.5.2.1. Análisis de rangos 158 6.5.3. Análisis filogenético/Inferencia filogenética 160 6.5.3.1. Análisis con Parsimov 161 6.5.3.2. Comparación con otros trabajos 163 6.5.3.2.1. Análisis con elementos del esqueleto completo 163 6.5.3.2.2. Análisis con elementos del cráneo 166 6.6. Cambios heterocrónicos según el tipo de alimentación 169 6.7. Cambios heterocrónicos según la presencia de desarrollo directo 171 6.8. Parsimov en Hylidae 174 6.9. Morfología esquelética y heterocronía secuencial de osificación de elementos 177 6.10. Aspecto filosófico 187 7. Conclusiones y recomendaciones 187 7.1. Conclusiones 187 7.2. Recomendaciones 189 8. Bibliografía 191 9. Anexos 215 Índice de figuras Figura 1. Productos diferenciados del mesénquima y etapas en la osteogénesis 10 Figura 2. Secuencia de osificación en un anfibio hipotético X 14 Figura 3. Modelo heterocrónico secuencial en anfibios 16 Figura 4. Comparación de dos ejemplos de secuencias de eventos que ocurren durante la ontogenia de dos especies de anfibios hipotéticos 21 Figura 5. Esquema de la codificación de eventos por parejas 28 Figura 6. Algoritmo con los pasos que se usa en Parsimov 31 Figura 7. Renacuajos de Rhinella marina obtenidos en el Municipio de San Luis – Tolima. 33 Figura 8. Morfología externa de los renacuajos. Vistas a, lateral; b, dorsal; c, ventral 36 Figura 9. Vista dorsal, ventral y lateral de la morfología externa de las especies evaluadas en GS28. 54 Figura 10. Vista ventral de los discos orales de las especies estudiadas 57 Figura 11.