¿Cuál es la razón evolutiva que explica por qué los mamíferos marinos tienen aletas de cola horizontales y los peces tienen aletas de cola verticales?

El hecho de que las ballenas tienen aletas horizontales se interpreta fácilmente por el hecho de que las ballenas evolucionaron a partir de mamíferos terrestres. Intente doblarse de lado a lado y luego de adelante hacia atrás. A menos que tenga problemas de espalda terribles, su rango de movimiento de adelante hacia atrás es mucho mayor que de lado a lado debido a la estructura de su columna vertebral. Para las ballenas, la columna vertebral hizo más eficiente que las aletas fueran horizontales y que el movimiento de la cola fuera hacia arriba y hacia abajo.

Los peces, por otro lado, son una pregunta mucho más interesante. Los peces son cordados que evolucionaron a partir de cordados primitivos similares al Anfioxo moderno. Los cordates tienen una estructura llamada notocordio que recorre la superficie dorsal que endurece el cuerpo. El notocordio proporciona una estructura de anclaje contra la cual los músculos pueden actuar. Los cordados fueron uno de los planes corporales básicos que aparecieron muy temprano en la historia de la vida y uno de los pocos que sobrevivieron más allá de la era precámbrica. Debe haber sido más eficiente para que la notocorda se flexione lateralmente que verticalmente, por lo que los peces desarrollaron un movimiento de cola de lado a lado. En el movimiento hacia la tierra, los reptiles y los anfibios mantuvieron el movimiento de lado a lado mientras que los protomamíferos desarrollaron espinas que funcionaban mejor de arriba a abajo.

La evolución solo selecciona mutaciones que disminuyen o mejoran la aptitud reproductiva. Se puede retener una mutación neutral. Podría ser una posibilidad aleatoria que los peces desarrollaran un movimiento de lado a lado en lugar de un movimiento hacia arriba y hacia abajo, o podría depender de la segmentación de los músculos y la notocorda.

Porque los mamíferos marinos pasaron por una fase de caminar, básicamente.

Los peces nadan moviendo su cuerpo de lado a lado. Eso significa que deben tener una cola vertical que empuje contra el agua con estos movimientos laterales.

Los anfibios y muchos reptiles mantuvieron esta ondulación lateral de su cuerpo, incluso después de que salieron del agua. Mira cómo se mueve una salamandra, o incluso un cocodrilo: su cuerpo se retuerce de lado a lado con cada paso.

Lo mismo ocurre con los lagartos, a pesar de que tienden a ser mejores en la locomoción territorial:

Ahora compara con cómo camina un mamífero. (O un dinosaurio, para el caso.) En lugar de balancear todo su cuerpo de lado a lado, la columna vertebral se flexiona hacia arriba y hacia abajo, y las piernas se balancean directamente hacia adelante y hacia atrás.

De acuerdo, los mamíferos marinos evolucionaron de criaturas especializadas para caminar, con espinas que se flexionan hacia arriba y hacia abajo pero no de lado a lado. Eso significa que para transmitir la fuerza desde su columna vertebral al agua, la cola debe ser horizontal, no vertical.

Esa es una pregunta muy, muy interesante. Ojalá lo hubiera pensado.

Aquí hay una puñalada. Primero, debes saber que los peces se desplazan de una gran variedad de formas. Algunos ni siquiera tienen una aleta caudal vertical. Algunos apenas pueden nadar, para el caso. Algunos usan su aleta caudal (que siempre es vertical si tienen uno), otros reman junto con sus aletas dorsales y ventrales, algunos usan sus pectorales o una combinación de pectorales y dorsales (por ejemplo, caballitos de mar). Algunos caminan (tiburón charretera, petirrojo, polilla marina).

Ahora los tiburones tienen una situación: se hunden. La mayoría de los peces que no son de fondo tienen vejigas natatorias, lo que les da una flotabilidad neutral. Los tiburones tienen que usar sus pectorales como alas rígidas (como lo hacen los aviones) y su cola los empuja hacia adelante mientras sus alas convierten ese movimiento hacia adelante en elevación vertical.

Los cetáceos no tienen vejigas natatorias, pero sí tienen los pulmones y las adaptaciones de buceo que nos faltan, de modo que no creo que se hundan como los tiburones sin movimiento hacia adelante. Entonces, me pregunto si las aletas de cola horizontales de los cetáceos los optimizan para el buceo. Solo que son realmente rápidos también.

Sin embargo, si un tiburón tuviera un aleta horizontal, se movería hacia arriba y hacia abajo mientras nadaba, haciendo que su progreso sea “ruidoso” desde una perspectiva sigilosa. Y todos los peces descienden de ancestros tiburones. De ahí las colas verticales de los peces.

Supongo que los cetáceos podrían ir en cualquier dirección, aunque muchos se quedan tan cerca de la superficie que tal vez sería ineficiente: tendrías la mitad superior de la cola fuera del agua mucho.

Pero los cetáceos evolucionaron a partir de animales junto a la nutria. Así que supongo que su cola horizontal provino de la forma en que las patas traseras de sus antepasados ​​evolucionaron hacia su cola: la evolución es una especie de tacaño, siempre te obliga a llegar AQUÍ desde AQUÍ, con la condición inicial a menudo delimitando el resultado final.

Si alguien sabe más que este conjunto de especulaciones, me encantaría leer lo que dicen.

Me gusta la respuesta de Ian York, pero creo que hay más. Los guepardos usan la flexión vertical de sus espinas para lograr velocidades máximas más altas, pero el segundo animal terrestre más rápido es el berrendo, y no muestran mucha flexión espinal vertical cuando corren. Los cetáceos supuestamente evolucionaron a partir de artiodactilos (como el berrendo) y pasaron por una etapa (el ambuloceto) durante la cual probablemente funcionaron como depredadores de emboscada, al igual que los cocodrilos.

Así que creo que la diferencia proviene del legado arborial de los mamíferos. La flexión vertebral vertical habría sido muy ventajosa para los primeros mamíferos que trepan en los árboles, una vez que superan cierto tamaño. Los lagartos pequeños pueden trepar árboles usando sus garras en la corteza, pero eso se vuelve más difícil a medida que crecen. Las iguanas pueden trepar, pero solo lentamente. Tener una espalda que se flexiona hacia arriba y hacia abajo como la de una ardilla, para permitir saltos y un rango más amplio de alcance para las patas delanteras, habría permitido un movimiento más fácil y rápido a través de las ramas.

Los peces y los mamíferos marinos heredaron la estructura de la cola de diferentes antepasados ​​comunes. Pero, por lo general, lo que la gente quiere cuando hace preguntas como esta es una explicación funcional.

No pude encontrar ninguna hipótesis que prediga por qué un diseño es utilizado por un grupo pero no por el otro.

Puede que no haya diferencia. Cuando dos estructuras realizan la tarea igualmente bien, el uso de una sobre la otra puede ser una cuestión de azar.