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giovedì 11 aprile 2013

Euphanerops e le mille strade dell'evoluzione

Tempo fa avevo scritto una serie di post sull'evoluzione dei cyclostomi, sui taxa fossili attualmente noti, sulle loro caratteristiche più peculiari.
Nell'ultimo post, avevo presentato Euphanerops e Jamoytius, due curiosi gnathostomi stelo, a metà strada (morfologicamente parlando) tra lamprede e anaspidi.
Per chi di voi non si ricordi, invito a rileggere almeno questo post.

L’evoluzione dei vertebrati con mascelle dai loro antenati senza mascelle rappresenta uno dei momenti più importante della storia evolutiva dei vertebrati.  Durante questo episodio, sono avvenuti numerosi episodi di cambiamento genetico, morfologico e dello sviluppo.
Oggi, i vertebrati senza mascelle, rappresentati solo da missine e lamprede, sono in numero assai minore rispetto ai vertebrati con mascelle (“pesci” e tetrapodi). Inoltre, essi sembrano veramente distanti a livello morfologico.
Capire come sono stati acquisti i tratti chiavi dei vertebrati attuali è possibile solo guardando il record fossile, che può colmare il gap creato dalla distanza morfologica dei gruppi di vertebrati rimasti al giorno d’oggi.
Un nuovo capitolo di questa emozionante avventura è stato aggiunto oggi grazie alla ridescrizione di Euphanerops, un vertebrato basale del Devoniano del Canada, filogeneticamente posto molto vicino al punto di separazione tra cyclostomi e gnathostomi.


Esemplare fossile di Euphanerops

Robert Sansom, Sarah Gabbot e Mark Purnell, dell'università di Manchester e Leicester (UK) hanno ripreso in mano molti degli individui conosciuti di Euphanerops (circa 36 esemplari, più un numero non specificato di esemplari un tempo appartenenti a Endeiolepis, ora junior synonym di  Euphanerops) e li hanno analizzati utilizzando varie tecniche di laboratorio, dallo studio al Sem, alla colorazione chimica, passando per l'uso di fotografie polarizzare e raggi X.

Grazie a questo studio, è stato possibile rivedere l'anatomia di questo animale, e scoprire che esso nascondeva un segreto davvero sorprendente.

Innanzi tutto, da questo nuovo lavoro è evidente come una delle caratteristiche più famose di Euphanerops, ossia la presenza di una sorta di pinna mediana, pari, che si diparte dalla bocca fino all'ano, potrebbe essere in realtà. Infatti, uno solo degli esemplari esaminati presenta questa struttura, mentre gli altri ne sono privi.
Sansom et al., non giungono a considerazioni definitive, ma ricostruiscono l'animale senza tale struttura.

Una seconda pinna era stata riconosciuta nella porzione caudale e la sua presenza è stata verificata: esso dunque possiede una ben sviluppata pinna caudale, ipocerca, molto simile a quella delle lamprede.
Oltre ad essa, la precedente descrizione di Euphanerops indicava la presenza di una pinna anale mediana, simile a quella di molti altri taxa.
La buona conservazione degli Euphanerops una volta considerati Endeiolepis, ha permesso di riconoscere la posizione del tratto digerente e di seguire il suo sviluppo dalla bocca fino all'ano. Grazie ad esso, è stato possibile verificare che la pinna anale sia veramente tale e come essa sia composta da elementi radiali.
Ma c'è di più.
Esaminando vari esemplari, Sansom et al. hanno evidenziato come si possa osservare la presenza di due serie distinte, sovrapposte, di elementi radiali, e che dunque Euphanerops possiede non una singola pinna anale, mediana, ma una coppia di pinne anali! Una situazione mai vista in nessun'altro animale fin'ora conosciuto!

Come Euphanerops usasse questo paio di pinne è ancora incerto, tuttavia è possibile un confronto con persci attuale che possiedono pinne pari (in questo caso le pelviche) molto indietro, vicino alla coda, come il Merluzzo o alcuni perciformi (Sansom et al., 2013).
Ma al di la del loro significato funzionale, la scoperta della presenza di pinne anali pari in Euphanerops apre nuovi quesiti evolutivi.

Dal record fossile sappiamo che pinne pettorali pari erano presenti in molti osteostraci, così come in placodermi, acanthodi e crow gnathostomi. Pinne pelviche pari si ritrovano a partire dai placodermi, mentre la presenza di pinna anale (sempre mediana e impari) è nota in vari anaspidi e in almeno un thelodonte. Dunque, si pensava, fino ad oggi, che il possesso di pinne pari fosse una caratteristica piuttosto derivata, all'interno dell'albero evolutivo dei vertebrati.

Considerando che questo paio di pinne pari anali non può essere considerato omologo delle pinne pari (pettorali e pelviche) degli altri vertebrati, come si sono evolute le appendici pari, precursori di quelle che saranno poi gli arti dei tetrapodi?
Sansom et al. provano a rispondere a questa domanda ipotizzando due scenari: uno, che pinne pari siano apparse in maniera indipendente in gruppi diversi, anche non per forza così affini tra di loro; due, che vi sia stata origine comune per tutte le appendici pari, e poi multipli episodi di perdita di l'una o l'altro paio.

La presenza di un paio di pinne anali in Euphanerops, secondo Sansom et al., supporterebbe l'idea della presenza di una sorta di plasticità morfologica nei primi vertebrati, che avrebbero "tentato" varie soluzioni anatomiche, piuttosto che evolvere in maniera graduale verso la forma standard attuale. Dopo l'estinzione di molti stem gnathostomi alla fine del Devoniano (osteostraci, thelodonti, anaspidi, etc.), i vertebrati esibiscono quasi esclusivamente la forma standard, con due paia di pinne pari (pettorali e pelviche), e due pinne mediane, dorsale e anale.

In un intervista apparsa sul sito dell'Università di Manchester, il ricercatore inglese dice: “It’s not clear why the fins are positioned so far back on the fish, or what advantage they might have provided. However, they do show that our early vertebrate ancestors tried out lots of different body plans before settling on two arms and two legs. If they hadn’t then our bodies would have looked very different!” 

"Non è chiaro perchè in questo pesce le pinne siano posizione così indietro, o che vantaggio potessero dargli. Tuttavia, esse mostrano che i primi vertebrati sperimentarono largamente diversi tipi di piani corporei prima di arrivare allo standard due braccia e due gambe. Se non lo avessero fatto, oggi il nostro corpo poteva sembrare molto diverso!"

Nuova ricostruzione di Euphanerops. Da Sansom et al., 2013
Le recenti scoperti nel campo degli gnathostomi stelo, così come in molti altri taxa fossili, sta rivelando strade inaspettate dell'evoluzione, facendoci capire come bizzarra e imprevidibile è la natura, e quanto ancora dobbiamo scoprire e studiare prima di riuscire ad avere una visione chiara dell'evolzione della vita (e coglierne dunque la bellezza).

Ringrazio Robert Sansom per avermi segnalato la notizia e inviato il suo articolo.

P.S. quasi off - topic: questa scoperta potrebbe rafforzare la mia idea sulla'evoluzione dei cyclostomi, che sarebbero in realtà così "primitivi" in apparenza perchè regrediti rispetto ad un antenato più complesso, invece che rappresentare un gruppo basale? Ci sto lavorando.

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Bibliografia:

- Sansom R. S., Gabbott S. E., Purnell M. A. 2013
Unusual anal fin in a Devonian jawless vertebrate reveals complex origins of paired appendages.
Biology Letters 9:20130002. http://dx.doi.org/10.1098/rsbl.2013.0002

5 commenti:

Davide Quetti ha detto...

Interessante...

Robo ha detto...

Bella Marco. Quindi gli autori vogliono indicare che se si fosse arrivati al tetrapodismo da una linea "vincente" a doppia pinna anale ciò avrebbe comportato un affetto sul bauplan di tutti i phila terrestri? Non si potrebbe supporre invece che solo la disposizione di pinne dei reali antenati dei tetrapodi poteva evolvere in tal modo? E che, se no, avremmo avuto più eventi di conquista della terraferma tramite arti? Tipo una convergenza ecologica tra vertebrati con piani corporei simili ma non uguali che non si evince in realtà. Ciao, grazie.

MarcoCasti ha detto...

Gli autori non menzionano direttamente il "tetrapodismo", come lo chiami tu. Vogliono semplicemente dire che vi sono stati, qui come in molti "passaggi transizionali" (ho un mente un post sulla transizione pesci tetrapodi, in cui vedrai un caso simile), numerosi "espoerimenti". Euphanerops indica che i vertebrati non hanno seguito un evoluzione standard, come si è sempre pensato, ma che, nelle loro prime fasi, sono comparse anche forme con doppia pinna anale, così come con doppia pinna dorsale, forme con diversi tipi di pinna caudale, etc, e la forma "vincente" (bruttissima parola) è poi risultata quela con il bauplan che conosciamo oggi.
Sansom voleva dire che, sull'onda di questo sperimentalismo, poggi potevamo benissimo avere vertebrati diversi da quelli che conosciamo, magari con 3 paia di arti pari invece che quattro. L'evoluzione ha dato origine a diverse forme, spesso bizzarre, e poi la selezione ci ha meso del suo. Come disse il buon Gould, chissà cosa succederebbe se riavvolgessimo il nastro e lo facessimo ripartire di nuovo...

Robo ha detto...

Grazie Marco. In effetti il mio neologismo faceva più pensare a quartetti di podisti. Ma perché vincente virgolettato, non ti piace? Se si parla di fitness riproduttiva.... Per quello che tu ci hai mostrato a me paiono avere una accezione ancora meno accettabile aggettivi come primitivo o evoluto, che andrebbero obbligatoriamente sostituiti con basale e derivato. Che ne pensi? Ciao

MarcoCasti ha detto...

L'uso di "vincente" potrebbe far trasparire un certo grado di finalismo, e non è assolutamente così. Ogni struttura, se in quel dato momento funziona, è vincente. Il fatto che una struttura venga o no selezionata dipende da tanti fattori, può benissimo capitatre che una struttura sia "vincente" per un certo periodo e poi scompaia. "Vincente" usato in senso generico penso sia invece fuorviante.

Basale e derivato hanno un pò la stessa problema..vanno contestualizzati molto. Le missine sono vertebrati basali? Eppure hanno un sistema di rimescolamento genomico durante la fase embrionale MOLTO derivato. Sono termini che vanno contestualizzati, io credo che l'importante è sapere cosa di cosa si sta parlando.