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giovedì 15 settembre 2011

I tesori di Chengjiang (again!) e l'origine dei vertebrati

Nell'ultimo posto abbiamo incontrato gli incredibili chordati basali della località cinese di Chengjiang.
Ebbene, anche oggi dobbiamo nuovamente parlare di questo straordinario sito, che dal momento della sua scoperta ha rappresentato qualcosa di veramente importante per quanto riguarda la paleontologia e la conoscenza dell’evoluzione e della storia della vita sulla Terra.
Se dovessimo esaminare la filogenesi dei vertebrati senza tener conto degli esemplari fossili, giungeremmo alla conclusione che i più primitivi vertebrati odierni sono rappresentati da lamprede e missine, i così detti Agnati o “pesci senza mascelle”.
Entrambi questi gruppi di “pesci” non possiedono una bocca formata da mascelle, ma semplicemente da un apertura circolare uniforme, dotata di dentelli. Le missine, inoltre,  non possiedono neanche un vero e proprio scheletro, dal momento che solo nel loro cranio è presente una struttura scheletrica formata da cartilagine. Nelle lamprede invece, vi è un vero e proprio scheletro, formato da cartilagine.
Una lampreda (in alto) e una missina (in basso)
Missine e lamprede possiedono una conformazione veramente diversa rispetto agli altri pesci, tale che alcuni studiosi hanno ipotizzato che essi possano rappresentare un gruppo a se stante rispetto ai Vertebrata.
Tuttavia, oggi è indiscusso che essi rappresentano, tra gli animali viventi, uno dei gruppi più basali all'interno di Vertebrata (MA leggere qui!).
Per scoprire effettivamente quali relazioni intercorrono tra i vertebrati e per indagare sulla loro origine però, dobbiamo esaminare tutti i taxa noti, indipendentemente dal tempo e in funzione della comparazione dei caratteri.
Dunque è necessario fare un tuffo nel passato e vedere che informazioni possediamo grazie all’attuale record fossile.


Fino a poco tempo fa i più antichi fossili di vertebrati provenivano da strati risalenti al Cambriano Superiore, circa 500 – 488 milioni di anni fa , ed erano rappresentati da residui di piastre dermiche, spesso isolate. Simili reperti sono inutili dal punto di vista evolutivo, poiché, nonostante testimonino la presenza di tale gruppo di animali in quel dato momento, nulla ci dicono riguardo alla loro struttura e alla loro conformazione.
Per fortuna e ancora una volta, ci hanno pensato alcuni dei fossili di Chengjiang a fornire nuove e preziose informazioni per lo studio dell’origine dei Vertebrati.

Fossile e disegno del fossile di Myllokunmingia
Nel 1999 Shu et al., esaminando un bizzarro fossile proveniente da questo sito, descrissero un nuovo taxon dal simpatico nome di Myllokunmingia. Questo animale, lungo solamente 2,8 centimetri e con una conformazione molto simile a quella degli yunnanozoi (in particolare di Haikouella), o se vogliamo dell’anfiosso, presenta ad uno sguardo più attento caratteristiche tali da poter ipotizzare una sua relazione con i vertebrati. Benché non possieda né vertebre né ossa, in esso possono essere identificati una testa, con una bocca nella sua parte anteriore, cinque (o sei) archi branchiali,  una serie di miomeri (per intenderci, una sorta di apparato locomotorie formato da tante fasce muscolari), uno stomaco, un cuore, la presenza della notocorda, e due pinne, una dorsale e una ventrale (quest'ultima si estende però non esattamente sotto ma più in posizione latero – ventrale). Considerando che le missine, che sono vertebrati non hanno vertebre cartilaginee o osse, possiamo capire come ciò che fa di un vertebrato un vertebrato non è la presenza di vertebre (come si potrebbe intuire dal nome), ma di una struttura del corpo tipica, di una sorta di “assetto da vertebrato”.
E Myllokunmingia lo ha.
Non basta?
Non è un problema,  i tesori di Chengjiang sono tutt’altro che finiti.

Ricostruzione di Haikouichthys
Nella stessa pubblicazione, Shu et al., descrissero un ulteriore strano vertebrato, più o meno della stessa forma e delle stesse dimensioni di Myllokunmingia. Lo chiamarono Haikouichthys (usando ahimè, ancora una volta la scomoda parola “ichthys”, pesce.) e scrissero che, data le caratteristiche morfologiche, fosse filogeneticamente molto vicino a Myllokunmingia. La cosa importante però, era che questo animale, descritto anch’esso sulla base di un solo individuo (mentre ora ne sono stati rinvenuti più di 500 esemplari), possedeva 10 strane strutture, simili a dischetti, che giacevano intorno alla notocorda e che avevano tutta l’aria di essere delle vertebre cartilaginee. Ed effettivamente, queste struttura, rinvenute anche negli altri esemplari, sembrano confermare la presenza di vertebre cartilaginee in questi animali.
Insomma, Chengjiang non si smentisce mai e, non solo ha conservato quelli che, allo stato attuale, sono i primi vertebrati, ma ha anche mostrato le più antiche strutture vertebrali mai osservate!

E, se ancora non bastasse,  un ulteriore taxon, descritto sempre da Shu (2003) su un esemplare cinese e nominato Zhongjianichthys, ha confermato l’esistenza di un peculiare gruppo di vertebrati basali, denominato Myllokunmingiida, posto alla base di Vertebrata, tale da evidenziare che i primi vertebrati sono apparsi molto prima di quanto si pensava.

Grazie ai fossili di Chengjiang e a quello che sappiamo dei vertebrati primitivi attualmente esistenti, e dei gruppi affine ai vertebrati (fossili e non), possiamo ipotizzare un modello per l’origine dei vertebrati? Sembrerebbe di si.
Secondo Shu (2003), è possibile sintetizzare l’origine dei vertebrati in cinque punti:

   1) L’evoluzione dei vetulicoli portò all’acquisizione di un nuovo tipo di metabolismo attraverso un innovativo sistema di respirazione e alimentazione, rappresentato dalle fessure faringee.

    2) Il successo di queste nuove strutture portò all’evoluzione di nuove forme di vita dotate di branchie, come gli yunnanozoi, gli echinodermi (ricci di mare) e gli hemichordati.

   3) Il successo di questo nuovo modo di respirare fu la spinta evolutiva verso la formazione di animali con stadi natanti agili e fusiformi, come le larve degli urochordati, e la formazione di una corda, ideale per un movimento di questo tipo.

   4) Comparvero i Cephalocordati, con branchi esterne e corpo fusiforme anche da adulto.

   5) La parte anteriore del corpo acquisì sempre una maggiore specializzazione, soprattutto con la comparsa di una corda nervosa e di un sistema sensoriale sviluppato. Questo portò alla comparsa di organismi con una zona cefalica ben definita, i vertebrati.

Benché questo modello sia basato sulle attuali conoscenze, e quindi possa essere eventualmente ribaltato (o confermato) da nuovi dati paleontologici e non (secondo il procedimento tipico della scienza), esso rappresenta attualmente la spiegazione più parsimoniosa per spiegare l’origine dei vertebrati.
E, non so voi, ma io sono molto contento che tutto questo sia stato possibile grazie soprattutto allo studio dei meravigliosi fossili di Chengjiang.


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Bibliografia:
- Benton. M, 2005, Vertebrate Palaeontology 3th Edition
- Shu D, Conway Morris S, Han J, et al., 2001, Primitive deuterostomes from the Chengjiang Lagerstatte (Lower Cambrian, China) 2001, 414: 419~424.
- Shu, D. G.; Morris, S. C.; Han, J.; Zhang, Z. F.; Yasui, K.; Janvier, P.; Chen, L.; Zhang, X. L. et al. (Jan 2003), "Head and backbone of the Early Cambrian vertebrate Haikouichthys", Nature 421 (6922): 526–529
 - Shu D., 2003, A Paleontological Perspective of Vertebrate Origin, Chinese Science Bulletin 2003 Vol. 48 No. 8 725-735

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