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martedì 27 maggio 2014

Paleonews: il sesto senso dei vertebrati acquatici e il rostro dei pliosauri

L’impegnatissimo mese di maggio volge al termine. Dopo mille impegni, si è concluso con il Woodward Symposium, di cui vi avevo parlato, e un bel viaggio di tre giorni nel Lake District, area montuosa del nord dell’Inghilterra dal paesaggio affascinante, fatto di valli glaciali, laghi e fiumi, che si intrecciano tra rocce dal lontano passato geologico (le più antiche risalgono a circa 500 milioni di anni fa).
Ora posso finalmente tornare a scrivere, spero, al blog in maniera assidua.

Oggi voglio riprendere con un nuovo studio, fresco fresco, che si riallaccia a ciò di cui avevo parlato qualche settimana fa, ossia allo studio dei fossili e della loro anatomia interna attraverso nuovi mezzi tecnologici come le scansioni ai raggi X e i programmi di ricostruzione 3D.
Esso riguarda il sistema neurovascolare del rostro (parte anteriore del cranio, di norma dagli occhi fino alla fine del muso, compresa la mascella) di un pliosauro del giurassico superiore (Kimmeridgiano, circa 170 milioni di anni fa) inglese.
Lo studio è stato presentato da Foffa et al. sulla rivista Naturwissenschaften il 23 di questo mese.
I pliosauri sono un gruppo di rettili molto ben adattati alla vita acquatica, caratterizzato da pinne modificate a forma di pagaia, quelle posteriori più sviluppate delle anteriori, una coda corda, un collo relativamente corto e un cranio massiccio con una dentatura ben sviluppata. Essi vissero da circa il Giurassico inferiore fino alla fine del Mesozoico. Dal punto di vista filogentico, i pliosauri rientrano del clade Lepidosaurmorpha (insieme dunque a lucertole, camaleonti, serpenti, etc..) e fanno parte del plesiosauri insieme ai plesiosauroidi (i plesiosauri sensu strictu), da cui si distinguono principalmente per il collo più corto e un cranio più robusto e largo.
Benché siano un gruppo ben studiato dal punto di vista della morfologia esterna, anche “grazie” alla presenza di alcuni taxa di notevoli dimensioni (alcuni, come Kronosaurus, potevano raggiungere i 10 metri di lunghezza) che hanno reso questi animali famosi anche al grande pubblico, alcuni aspetti dell' ecologia e del comportamento dei pliosauri sono ancora oscuri. Uno dei maggiori interrogativi riguarda senza dubbio le modalità di localizzazione delle prede che questi efficienti predatori marini potevano utilizzare.

Scheletro di Kronosaurus. Da www.oceansofkansas.com
Oggi, gli animali specializzati nella caccia in ambiente acquatico utilizzano svariati sistemi per poter individuare e catturare le prede. Oltre all’utilizzo della vista e degli altri sensi “classici”, come udito o tatto, alcuni taxa hanno sviluppato “sensi speciali” con i quali sono in grado di capire la posizione degli altri organismi intorno a loro e poter meglio interagire con essi, affinando di fatto anche le loro tecniche di predazione.
Ad esempio, numerosi pesci possiedono dei recettori per gli stimoli elettrici, con i quali riescono a captare, anche a distanza, la presenza di altri esseri viventi, grazie al fatto che praticamente ogni essere vivente produce impulsi elettrici (ad esempio per muoversi), e ad orientarsi nello spazio grazie alla percezione degli impulsi provocati dal campo magnetico terrestre. Questo sistema è utilizzato da moltissimi animali acquatici, tra cui condritti, tutte le specie di osteitti del clade Gymnotiformes (tra cui l’anguilla elettrica Electrophorus electricus o il pesce coltello nero Apteronotus albifron, comune in acquariologia), alcuni dipnoi e alcuni osteitti “primitivi” come gli storioni o i pesci serpente (es Erpethoichthys).  In questi animali, la ricezione è ad opera di speciali cellule capaci di riceveri gli stimoli elettrici, collegate con l’esterno da tubercoli (es. nei gymnotiformes) o da canali contenenti una sostanza gelatinosa che ci aprono verso l’esterno attraverso numerosi pori (come in condritti, dipnoi, storioni e pesci serpente).
In questi animali questo sistema di ricezione degli stimoli elettrici va di pari passo con il sistema della linea laterale, presente in tutti i vertebrati non tetrapodi, un complesso sistema di pori, canali e cellule sensoriali basato sul riconoscimento delle variazioni di pressione nell’ambiente esterne (presente anche nella fase larvale, acquatica, di moltissimi anfibi).

Localizzazione dei pori che costituiscono il sistema di ricezione degli stimoli elettrici (Ampolle di Lorenzini) negli squali. Da http://colapesce.xoom.it
Questi due sistemi sensoriali sono unici dei vertebrati non tetrapodi, la cui storia evolutiva è sempre stata collegata all’acqua. I tetrapodi invece si sono sviluppati prevalentemente in ambiente aereo e così questi gruppi che sono poi tornato in acqua, come mammiferi e rettili, hanno sviluppato sistemi diversi tra di loro (e diversi da quelli dei “pesci”) per orientarsi in acqua.
I mammiferi come i cetacei e i sirenidi, ad esempio, utilizzano le vibrisse per captare le vibrazioni nell’acqua ed alcuni di loro, ad esempio alcuni delfini, hanno sviluppato la capacità di percepire stimoli elettrici attraverso le vibrisse. Altri mammiferi come i monotremi (echidna e ornitorinco) sono invece in grado di ricevere stimoli elettrici in acqua grazie a speciali ghiandole cutanee.
Per quanto riguarda i rettili, i coccodrilli possiedono un particolare complesso di pori e canali, situati nelle mascelle, che consentono loro di individuare anche piccolissime variazioni di pressione, vibrazioni e disturbi nel mezzo acquatico. Se prendiamo il cranio di un coccodrillo, vediamo come sulle mascelle vi sono innumerevoli pori: essi sono lasciati dal passaggio nell’osso di fibre nervose che collegano il cervello, tramite il ramo mascellare e mandibolare del nervo trigemino (V), a pigmenti che si trovano sulla pelle e che funziono da collegamento con l’ambiente esterno (Leitch and Catania, 2012). Questo sistema è così complesso e raffinato che i coccodrilli possono percepire praticamente ogni variazione che avviene in acque nella più totale oscurità, utilizzando solo questo senso.

Cranio di coccodrillo. Notare i numerosi pori presenti sulla mandibola e sul cranio.
Essendo i pliosauri tetrapodi acquatici, è possibile che potessero utilizzare uno di questi stratagemmi per aiutarsi nel localizzare e catturare le prede? L’unico modo per saperlo è analizzare il cranio dei pliosauri e riuscire a individuare le tracce lasciate dall’eventuale presenza di uno di questi particolari sistemi sensoriali.
Abbiamo visto in un post precedente come l’utilizzo di sofisticate apparecchiature elettroniche basate sui raggi X riescano a esaminare il fossile nella sua totalità e a rivelare dettagli altrimenti prima inaccessibili. Ed è così che Foffa et al. hanno utilizzato scansioni computerizzate per analizzare un cranio di un grosso plesiosauro (lungo circa 8 metri) provenienti dalla Weymoith Bay, nel Dorset (nella famosa Jurassic Coast inglese). I risultati hanno evidenziato la presenza di un’ estesa e intricata serie di canalicoli nel rostro dell’animale, molto simile a quella presente nei coccodrili. Questi canali probabilmente contenevano vene e nervi, questi ultimi collegati al ramo mascellare del nervo trigemino, importante nervo sensoriale che in tutti i vertebrati ha la funzione di ricevere i segnali degli stimoli esterni nell’intorno del rostro (e altre cose, come abbiamo visto qui).

Video più intervista a Davide Foffa

Questo studio è sicuramente un punto di partenza e ci sarà molto altro da lavorare in future per riuscire a comprendere al meglio l’anatomia, la fisiologia e il comportamento dei pliosauri e altri animali fossili, ma lo studio di Foffa et al. ha dimostrato ancora una volta come con l’aiuto delle tecnologia e uno studio paleontologico serio e consapevole si possano scoprire dettagli e fare ipotesi sullo stile di vita degli animali del passato senza cadere nella speculazione, un po’ come abbiamo visto nella serie dedicata allo studio delle modalità di predazione negli animali fossili (link).
Vorrei chiudere facendo i complimenti a Davide Fossa per la pubblicazioni di questo articolo, ho avuto il piacere di conoscerlo due anni fa ad un convegno a Oxford ed è una spendida persona oltre ad essere un bravo studioso. Un augurio per il proseguimento della sua carriera.

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Bibliografia:

- Foffa D., Sassoon J., Cuff A. R., Mavrogordado M. N., Benton M. J. 2014 Complex rostral neurovascular system in a giant pliosaur. Naturwissenschaften 101 (5): 453-456

- Leitch, D.B.; Catania, K.C. 2012. Structure, innervation and response properties of integumentary sensory organs in crocodilians. The Journal of Experimental Biology. 296(4): 4217-4230.

2 commenti:

Robo ha detto...

Ciao Marco. Sono affascinato dai sensi, per così dire alternativi, ai 5 classici, ma non ero a conoscenza né delle capacità di rilevazione del campo elettrico delle vibrisse di alcuni delfini (ero rimasto al biosonar) nè dell'efficenza del sistema mascellare dei coccodrilli nel rilevare i gradienti pressori. Approfitto per chiederti, anche se penso sia così, se le ampolle del Lorenzini dei condritti ed i sistemi di rilevazioni dei campi elettrici negli osteitti siano una convergenza evolutiva (e se é così anche fra i diversi gruppi di pesci ossei che di essi dispongono). Ciao e grazie.

MarcoCasti ha detto...

Ciao Robo, scusa per il ritardo nella risposta. Non sappiamo se siano una convergenza o meno, ma è molto probabile. Comunque il fatto cheanche la maggior parte dei placodermi e degli agnati fossili abbiano un sofisticato sistema di canali sensoriali indica che comunque lo sviluppo di un "senso alternativo", in ambiente acquatico, sia un carattere primitivo e comune a tutti gli gnathostomi (forse, dobbiamo ancora studiare bene quelli molto molto vecchi).