Come pubblicare un articolo scientifico: Parte 1 (Scrivere)

Come si pubblica un articolo scientifico?

Ho fatto una ricerca, analizzato dati, scoperto un nuovo fossile, etc... e adesso? 

Con questa serie di post vorrei cercare di creare una breve guida sulla pubblicazione di un articolo scientifico, la sua struttura di base, la scienza del giornale, il processo di peer review, e anche alcuni miti e leggende e tutto ciò che circonda il mondo dell'editoria scientifica.

Vedo spesso che gli articoli scientifici vengono tratti quasi come un qualcosa di mistico, come un messaggio scritto da Dei olimpici inarrivabili, incorruttibili e soprattutto portatori di verità. Ciò avviene sopratutto se questi articoli sono pubblicati su riviste "importanti" (vi spiegherò piu avanti perchè ho messo il virgolettato) e dopo il vaglio del peer review, quel meccanismo per cui ogni articolo viene pubblicato solo se supera la rivesione di altri membri della comunità scientifica. Tuttavia, come vedremo, non è tutto oro ciò che luccica e nonostante la bontà del sistema, pubblicare un articolo tutt'altro che veritiero, o gonfiarlo per farlo sembrare più importante di quello che è, non è cosi impossibile e anzi, controintuitivamente, ciò è aiutato dal meccanismo di peer review.

Tutto questo però lo vedremo nei prossimi posts.
Partiamo però dalle basi.
Il primo step, fondamentale e per certi versi anche di maggior stimolo, è quello della scrittura.

Stem Group vs Crown Group: una questione non di poco conto (2.0)

Viste le visite che post molto vecchi continuano ad avere, ho deciso che è giusto siano aggiornati e fruibili anche per chi è nuovo al blog. Per questo, da ora in avanti alternerò post nuovi con repost di post vecchi (con nuovi aggiornamenti e immagini). Questo è il post più seguito dell'ultimo mese, nonchè argomento di cui mi è capitato spesso di parlare di recente. Quindi, eccovi qui la versione 2.0

Uno dei più grandi problemi della scienza, sia essa a livello accademico che divulgativo, è l'utilizzo di un linguaggio chiaro e comprensibile a tutti, che consenta di definire con una certa precisione l'argomento della discussione, senza che possano trovarsi equivoci.

Se questo problema è meno preponderante nel mondo accademico, dove esistono comunque definizioni, regole di nomenclatura, etc.. (anche se ciò non rende impossibile che vi siano incomprensioni a volte anche grottesche), nella divulgazione scientifica l'utilizzo di un linguaggio preciso è indispensabile per far capire di cosa si sta parlando. Serve a non creare falsi miti e idee sbagliate, che per sfortuna tendono sempre a diffondersi in maniera più rapida che non il vero.

Uno dei concetti che voglio ben fissare nelle nostre menti oggi è quello relativo alla differenza tra Stem Group (gruppo stelo, in italiano) e Crown Group (gruppo corona). Potrebbe sembrare una questione di poco conto, ma alla fine vedrete che ha invece un certo suo peso. Senza avere ben chiara questa differenza, spesso è difficile parlare dei rapporti filogenetici tra i vari gruppi di organismi, fossili e non.

Il dizionario di Paleostories: Ectoderma, Mesoderma, Endoderma e lo sviluppo embrionale

Questo post de “Il Dizionario di Paleostories” è un ibrido tra il breve, classico, post di definizioni e un più lungo post di paleostories.

Oggi parliamo di tre termini che ho usato nell’ultimo post dell’atlante di anatomia gnathostomata, ectoderma, mesoderma e endoderma. Ma per farlo, appunto, farò il giro un po’ più largo, cominciando dall’inizio vero e proprio della formazione di un organismo.

Attenzione: il post è stato corretto grazie all'intervento del lettore "Michelangelo", che ringrazio. Se dunque qualcuno ha letto il post prima del 12/03/2014 potrebbe trovare delle differente. Questa è la versione aggionata dopo le correzioni.

La vita di quasi tutti gli animali presenti sulla terra (a parte gli asessuati) comincia con la fertilizzazione della cellula uovo (l’ovulo, il contributo femminile) da parte della cellula spermatica (contributo maschile).

Queste cellule, aploidi (ossia, che possiedono una copia del codice genetico di chi le produce) si uniscono portando alla formazione della prima cellula del nostro nuovo animale, lo zigote, una singola cellula diploide (ossia, che ha una copia del cromosoma della madre più una copia del cromosoma del padre).

Successivamente, lo zigote inizia a moltiplicarsi, senza differenziazione cellulare, fino al raggiungimento di circa 128 cellule. In questa fase è come se la “fabbrica zigote” si prepari, aumentando il numero dei suoi “operai”, per quella che sarà poi la fase operativa in cui le cellule verranno differenziate e separate in compartimenti per la produzione di specifici tessuti.

Una volta arrivato al numero necessario, lo zigote si trasforma in modo tale che si forma uno strato esterno di cellule (il blastoderma) che circonda uno spazio (blastocele), che può essere vuoto, rimepito dal tuorlo o da una soluzione salina, o assente. In questa fase lo zigote è detto blastula e il processo blastulazione.

A questo punto, alcune cellule dello strato esterno della blastula migrano all’interno del blastocele e si differenziano in diversi strati, uno più esterno, l’ectoderma, uno più interno, l’endoderma, e uno strato in mezzo, mesoderma, i protagonisti del nostro post. Questo processo si chiama gastrulazione e il risultato finale (cellula differenziata in strati) è detto gastrula.

Da notare che non tutti gli animali posseggono una gastrula con tre strati: le spugne posseggono infatti un solo strato, cnidari e ctenofori (meduse, polipi, idre) posseggono solo ectoderma e endoderma, mentre il medoserma è presente in tutti gli altri animali. Quando la gastrula possiede tutti e tre gli strati si dice che è tropiblastica, altrimenti diblastica se ne possiede solo due.

Pensieri sparsi su antenati comuni e anelli mancanti

Le parole antenato comune e anello mancante confondono, questo è fuori questione.

Da quando questi termini  sono diventati di dominio pubblico, ad ogni scoperta paleontologica di un certo ambito (su tutti, origine dell’uomo e origine tetrapodi) veniamo invasi da frasi come “l’anello mancante di tutti noi aveva queste caratteristiche, viveva qui e X milioni di anni fa”.

E puntualmente dopo ogni nuova scoperta quello che fino al minuto prima era l’antenato comune, l’anello mancante, viene spodestato da quello nuovo, in una spasmodica ricerca dell’”antenato comune definitivo”.

Tutto ciò ha portato ad una mitizzazione delle parole anello mancante e antenato comune.
Due parole che in realtà hanno una valenza scientifica molto più seria di quanto si pensi.

Da un punto di vista puramente tecnico, l’antenato comune di due taxa (discendenti) è quel taxa da cui questi (i discendenti) sono derivati, per un evento di speciazione.
Tuttavia questa definizione è difficile da usare in paleontologia, dove non vediamo segni di speciazione diretta. In paleontologia, se due organismi hanno un antenato in comune significa che possiedono delle caratteristiche condivise che sono tali perché possedute da un organismo primitivo dal quale si sono poi divise le due linee che hanno portato ai due discendenti.

Ma una cosa importante da capire è che si può parlare di antenato comune a diversi livelli. Per esempio, noi condividiamo un antenato in comune con lo scimpanzé, perché siamo primati, ma ne dividiamo uno anche con il cane, poiché siamo mammiferi, e ne dividiamo anche un altro il coccodrillo, perché siamo amnioti, e un altro ancora con il pesce rosso, perché siamo osteitti, etc, giù, fino all’origine della vita.

Quando si parla di antenato comune, dunque, bisogna stare attenti, perché è un termine che può voler dire tutto e niente.
E’ un termine che va contestualizzato.

I predatori della preistoria. Episodio 1: un'indagine fatta con...

Lo studio delle relazioni tra predatori e prede è uno degli argomenti più importanti nella biologia degli animali attuali. Ma, con le dovute precauzioni, può diventare un campo di indagine anche per quanto riguarda gli animali del passato.

Dico con le dovute attenzioni, poichè esso deve essere fatto senza speculare su aria fritta ma basandosi su fatti. 

E questi fatti sono i fossili.

Tipi di tracce usate per questo campo di ricerca sono solitamente tre, più o meno informative a seconda dei casi.
(Ovviamente sto parlando dei vertebrati. Nel mondo degli invertebrati vi sono numerosi tipi di tracce, come le incrostazioni che si ritrovano su molte conchiglie, tracce di parassiti, tracce di organismi fossori, etc.)

La prima e più ovvia traccia di interazione preda/predatore è il rinvenimento di contenuti stomacali all’interno del predatore (o del vegetariano, nel caso di relazione vegetariano/vegetale).
Un caso noto è, per esempio, il ritrovamento di scaglie di pesce e di ossicini di lepidosauro all’interno dello stomaco del nostro Scipionyx. 

Questi ritrovamenti ci dicono che Scipionyx ha effettivamente mangiato questi animali, dandoci un’idea concreta della dieta dell’animali.
O come non menzionare i numeri esemplari di Xiphactinus rinvenuti con all'interno del corpo i resti delle loro prede.

In teoria questo primo tipo di traccia fossile fornisce dati diretti di interazione preda/predatore, tuttavia questi fossili sono molto, molto rari.

Inoltre, attenzione a prendere questi ritrovamenti come dogmatici: non sempre è chiaro se il contenuto stomacale all’interno del fossile è tale o rappresenta il risultato di sovrapposizione di diversi animali a causa di processi tafonomici.

L'ultima cena! Il famosissimo Xiphactinus di Sternberg, rinvenuto con all'interno dello scheletro un altro grande pesce. Immagine da Wikipedia

Anatolepis e l’origine del tessuto osseo

Qualche post fa abbiamo conosciuto i primi vertebrati fossili noti, Myllokunmingia e affini, e ne abbiamo assaporato con gusto le caratteristiche distintive e la loro importanza all’interno dello studio sull’origine dei primi vertebrati. Tuttavia, non abbiamo ancora incontrato quello che comunemente caratterizza i vertebrati rispetto agli altri animali, ossia il tessuto osseo. 

Oggi, senza addentrarmi troppo nello specifico, cercherò di mostrarvi com’è fatto un osso, da quali sostanze è composto e cosa si pensa della sua origine.

In generale, l’osso è un tessuto composto da fibre di collagene, (una particolare proteina) sulle quali vengono a depositarsi sottili cristalli, solitamente di forma prismatica –esagonale, di un minerale chiamato idrossiapatite (composto da fosfato di calcio). A livello funzionale, l’osso costituisce lo scheletro e ha funzione di sostegno e protezione, sia di organi che dell’intero corpo, a seconda della sua posizione. Possiamo perciò distinguere uno scheletro interno, endoscheletro, come il nostro o quello di moltissimi vertebrati, e uno scheletro esterno, come ad esempio il carapace delle tartarughe. 

L’osso, come saprà bene chi si è rotto un braccio o una gamba almeno una volta (ad esempio il sottoscritto), è un tessuto vivo, in continua sostituzione, grazie a particolari vasi sanguigni, insiti in canali, che aiutano il tessuto osseo a portare all’interno o all’esterno della struttura fosfato di calcio in soluzione. Quando vi rompete un osso, questi canali, che servono anche a portare il sangue, fanno arrivare all’interno dell’osso il materiale necessario per ricostruire la zona lesa dal trauma. 

Inoltre, le ossa fungono da deposito di calcio che, quando esso è carente sotto forma di ione nel sangue, viene richiamato da questo tessuto e rimesso in circolo. Insomma, anche se sembra un tessuto relativamente statico e inerte, anche l’osso nasce, vive, cresce e muore. 

A proposito della nascita, essa è regolata da particolari cellule, gli osteoblasti, ricchi di organuli per la produzione di proteine che, una volta secreta la matrice che compone le ossa, rimangono all’interno di questa in quiescenza (in questo stadio prendono il nome di osteociti), mentre vengono riattivati se l’osso subisce danno (e sono dunque pronti a ripetere la secrezione).

Gli osteoblasti danno origine anche ad un altro tipo di tessuto mineralizzato, per certi aspetti molto simile alle ossa: la dentina. Come si intuisce dal nome, la dentina è uno dei tessuti che costituiscono i denti dei vertebrati, insieme allo smalto. La sua composizione è molto simile a quella delle ossa, ma la sua struttura invece differisce soprattutto per una diversa disposizione e tipologia di canali interni. Essi sono generalmente collegati con la cavità della polpa (che si trova sotto la dentina) e, sopra, con lo smalto, un altro tipo di tessuto mineralizzato ricco di cristalli di apatite ma meno di collagene e proteine rispetto agli altri. Attualmente la dentina si trova solamente nei denti dei vertebrati e in due particolari tipi di scaglie dei “pesci” (scaglie placoidi e ganoidi), tuttavia, come vedremo, essa sarà la protagonista della nostra storia sull’origine dell’osso.

Un ulteriore tessuto è la cartilagine, presente anche nel nostro corpo e, anche al contatto (toccate la punta del vostro naso, composta di cartilagine, per verificarlo), molto diversa rispetto al tessuto osseo. Essa è composto principalmente da collagene, non presenta idrossiapatite, che è sostituita da grosse molecole di zucchero, non ha al suo interno i tipici canalicoli delle ossa ed è molto elastica. La cartilagine è presente anche nel nostro corpo e costituisce gran parte dello scheletro interno dei “pesci” del gruppo dei Chondrichthyes (squali, razze, mante, detti appunto pesci cartilaginei). 

Quando abbiamo parlato di Millokunmingia e dei suoi affini, abbiamo visto che alcuni erano dotati di strane strutture simili a vertebre, formate di cartilagine. Dunque, è possibile che la cartilagine sia apparsa come primo materiale di sostegno del corpo dei vertebrati. 

E il tessuto osseo?

Forse, la soluzione a questo “mistero” è stata fornita dal misterioso Anatolepis (Brockelie & Fortey, 1976). I reperti riferiti a questo taxon, rinvenuti in giacimenti del Cambriano Superiore di Wyoming (U.S.A.) e Groenlandia , non sono molto ben conservati, tant’è che ancora oggi ci sono dubbi sul suo effettivo stato di vertebrato basale (anche se alcune recenti analisi, ad esempio Sansom et al., 2010 confermano la sua posizione tra i vertebrati basali). Tuttavia, quello che interessa veramente è che questo taxon mostra un esoscheletro formato da minerali di idrossiapatite, una caratteristica non presente in nessun cordato non vertebrato, in nessun vertebrato più basale di Anatolepis e mai rinvenuta in fossili più recenti del Cambriano Superiore!
Ma la cosa più sorprendente è che la struttura dell’esoscheletro di Anatolepis somiglia maggiormente a quella dei nostri denti che delle nostre ossa. L’armatura dermica di Anatolepis, costituita da una serie di piccoli tubercoli, è come se fosse una schiera di denti veri e propri, costituiti da dentina e cavità della polpa. Insomma, è come se i primi vertebrati avessero originato per proteggersi prima un rivestimento “di denti” e poi uno scheletro vero e proprio. Lo stesso tipo di struttura dell’armatura dermica di Anatolepis la troviamo anche negli squali d’oggi, le cui scaglie sono composte in prevalenza da dentina, ma comunque posseggono una struttura molto più complessa. 

Frammento di armatura dermica di Anatolepis. I tubercoli (quelle sferule in rilievo) possiedono la stessa composizione dei denti dei vertebrati. In pratica, è come se Anatolepis avesse un rivestimento cutaneo formato da una serie di piccolissimi denti.

Con Anatolepis gli scienziati hanno potuto avere un idea dei primi animali dotati di apatite, ma ricercando invece l’origine del tessuto osseo vero e proprio, che informazioni abbiamo?

I vertebrati più basali  attuali sono lamprede e missine, due gruppi che abbiamo incontrato qualche post fa. Entrambi questi due gruppi non presentano tessuto mineralizzato, ma un tessuto cartilagineo particolare, molto povero di collagene.
Altri (possibili) vertebrali basali, come i conodonti, posseggono invece tessuto mineralizzato.
Quindi?

Un’ipotesi è che il tessuto osseo si sia formato dall’incontro tra un endoscheletro formato da cartilagine ed un esoscheletro formato da apatite, come quello di Anatolepis.
In questo modo, per induzione, si sarebbe originato all'interno del corpo dei vertebrati uno scheletro formato da collagene e cristalli di idrossiapatite.
Anche oggi, in molti vertebrati (ad esempio in tutti i tetrapodi) alcune ossa si formano per endocondrosi, ossia per ossificazione di tessuto cartilagineo, tramite l’impregnazione di matrice cartilaginea con cristalli di apatite.

Non è improbabile dunque che anche le ossa dei primi vertebrati si siano formati così, per invasione dei cristalli di apatite dallo scheletro esterno, formato da dentina.

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Bibliografia:

- Benton, M. J. (2005), Vertebrate Paleontology, 3rd ed. Blackwell Science Ltd

- Brockelie T. and Fortey. R. A., 1976, An early Ordovician vertebrate, Nature 260: 36 - 38

- R.S. Sansom et al., 2010, Taphonomy and Affinity of an Enigmatic Silurian Vertebrate, Jamoytius kernwoodi (White), Palaeontology 53 (6): 1393 - 1409

Nozioni Fondamentali di PaleoStories Parte 4: Jackpot di oggi? Fossilizzarsi!

Lo so, è molto che non posto sul blog e ho infranto il mio buon proposito "almeno un post a settimana". Potete sgridarmi perchè lo merito. Potrei stare qui a raccontarvi i come e i perché della mia assenza (unica citazione, un fantastico soggiorno a Bruxelles), ma probabilmente ciò non interesserebbe a nessuno.

Ora però, è il momento di riprendere questo blog, possibilmente per acquisire una frequenza maggiore.

Il tema di oggi, che rientra nelle nozioni fondamentali di Paleostories (per l’ultima volta, promesso), riguarda quello straordinario e rarissimo processo biogeologico che prende il nome di Fossilizzazione.

Generalmente, vengono considerati fossili tutti i resti pietrificati di organismi vissuti nel passato (o meglio, in un periodo di tempo abbastanza passato da poter essere morti, sepolti e fossilizzati) e eventualmente anche qualsiasi tipo di traccia che lasci presupporre la loro esistenza (impronte, resti di escrementi, tracce di abitazione, di pasto, uova, depositi secreti, etc.). Un fossile quindi rappresenta qualcosa che un tempo era vivo (o collegato alla vita) e che, per motivi del tutto straordinari, si è conservato sotto forma di roccia.

Per un organismo vivente, diventare un fossile non è assolutamente una cosa semplice. 

Questo perché il destino inesorabile di quasi tutta (circa il 99,9%) la materia organica presente al mondo è di decomporsi fino a scomparire. Alla morte di un organismo, le cellule e la materia organica che compongono il suo corpo vengono utilizzate da altri organismi (decompositori, predatori) come fonte di sostentamento o prelevate da qualche altro sistema. In natura, niente dura per sempre e tutto viene riciclato. Può far male, ma è così.

Anche qual’ora faceste parte di quello 0,01% scampato all’azione della decomposizione, le vostre probabilità di fossilizzarvi sarebbero in ogni caso molto esigue.

Riducendo tutto all’osso, si potrebbe dire che fossilizzarsi richiede molta, molta fortuna: bisogna morire nel luogo giusto (o esservi trasportati), essere sepolti nel tempo e nel modo giusto, e, infine, avere la fortuna di scampare a tutti i processi distruttivi che incombono sugli strati rocciosi del pianeta, compreso quello in cui, per fortune precedenti, siete capitati.

Solamente il 15% delle rocce può preservare fossili. Le rocce ignee, di provenienza magmatica, ovviamente non favoriscono la conservazione di alcuna materia organica, così come quelle metamorfiche (forse ancora peggiori). Per fossilizzarsi, è necessario capitare in rocce abbastanza compatte e sicure da permettere ai vostri resti di evitare la decomposizione e di trasformarsi, tramite ad esempio sostituzioni chimiche, in materiale minerale, in modo da creare una copia rocciosa dell’originale.

In seguito i vostri cari sedimenti, custodi di quello che rimane di voi (già pietrificato), devono piegarsi, contorcersi, pressarsi, senza che voi perdiate la vostra forma e veniate spezzati, rotti o sbriciolati dalla forza di questi processi.

E infine, se volete un po’ di notorietà (e non esservi fossilizzati, diciamo, “per niente”), dovreste avere la grandissima fortuna (forse ancora più grandi di tutte quelle avute precedentemente) di essere rinvenuti da una qualche persona e dichiarati oggetto di interesse scientifico, evitando cestinaggio o sonno a tempo indeterminato in qualche cassetto di museo.

Come vedete (e ho spiegato le cose molto semplicemente), fossilizzarsi non è assolutamente una cosa semplice. Un fossile, di conseguenza, è qualcosa di veramente raro. 

Se nella vostra vita avrete l’occasione di prendere in mano un fossile, indipendentemente dalla sua età, pensate che state tenendo in mano i resti di un essere vivente che ha avuto più fortuna di quanta ne avreste voi in caso di vincita della lotteria ogni anno. Ovviamente, dovete moltiplicare il tutto per parecchi milioni di anni.

Proprio per questo, conosciamo veramente poco della vita del passato e delle sue incredibili forme. Quasi tutti gli organismi vissuti sulla Terra fino a questo momento non hanno lasciato nessuna traccia di se. E di quelli che lo hanno fatto, ben pochi sono stati scoperti, grazie al lavoro (spesso poco sostenuto da chi di dovere per poter operare su larga scala) dei paleontologi.

Si ritiene che meno di una specie su 10.000 abbia lasciato tracce fossili. Il messaggio è chiaro: ciò che possediamo non è che un assaggio di tutta la vita sviluppatasi sulla Terra. Inoltre, spesso possediamo solo pochi resti di alcuni animali (alcuni taxa fossili, per esempio, sono descritti sulla base di poche ossa, o di poche scaglie, o di tracce indirette di attività). E, per farci ancora più male, circa il 95% delle oltre 250.000 specie fossili fin’ora conosciute appartengono ad organismi vissuti nel mare, in modo da distorcere pericolosamente il nostro quadro della vita sulla Terra.

Per concludere, pensiamo un istante a questa frase: "quell’osso ha circa 150 milioni di anni”.

Bene, riusciamo a quantificare 150 milioni di anni fa?

Uno come me, che non si ricorda cosa ha mangiato due giorni fa a colazione, trova terribilmente lontano quel tempo.

Eppure, tutti i fossili del mondo appartengono ad un passato molto più remoto di quanto possiamo immaginare. 

Molto più della durata della nostra vita. A volte sembrano lontani i romani, gli egizi, i sumeri. Eppure, gli antichi geroglifici egizi, datati a 5.000 anni fa (più o meno), sono 30.000 volte più recenti del nostro caro osso. La profondità del tempo sta alla base della ricerca paleontologica seria, che implica l’assenza di speculazioni avventate su cose che nessuno di noi potrà mai verificare ( come ad esempio quanta carne mangiava un Tyrannosaurus al giorno, o quanta distanza percorreva in un anno un trilobite, o se era più forte tizio o caio, e altre fantasiose domande da programma televisivo).

È vero, molte delle successive paleostorie saranno ipotesi riguardanti eventi avvenuti nel passato. 

Un passato in cui nessuno potrà tornare indietro. Ma un passato documentato dai fossili.

Perciò, diamo un po’ di onore a chi ha avuto la fortuna di fossilizzarsi.

Grazie ai fossili oggi possiamo conoscere qualche (seppur misero) aspetto della vita sul passato.

E, in modo razionale, rigoroso e coscienzioso, cercare di analizzarne gli aspetti e tentare di capire come sono andate le cose.

Ora siamo pronti a partite.

Arrivederci alla prima PaleoStoria.

Nozioni fondamentali di PaleoStories Parte 3: Quel taxon ha proprio un bel caratterino!

PREMESSA: Gli argomenti trattati in questo terzo post sulle nozioni di base di PaleoStories rappresentano solamente un introduzione ad un argomento che è assai più complesso e che, per una comprensione a 360' gradi, meriterebbe molto più che un singolo post (probabilmente molto più che un blog). Però, essendo i suoi concetti essenziali per poi comprendere alcune delle storie, cercherò di spiegare alcune di queste cose nella maniera più chiara e semplice possibile. Sappiate però che questa è solo una piccola briciola.

Abbiamo visto nel post precedente l'importanza di un metodo standard e universale per descrivere e catalogare i taxa viventi in modo ordinato e comprensibile a tutti. Una volta nominati gli esseri viventi a nostra conoscienza, per poter descrivere, apprezzare, conoscere e studiare le caratteristiche che li distinguono è necessario un metodo altrettando oggettivo e preciso, capace di dare un'idea del concetto di vita e di evoluzione privo da ogni speculazione personale.Ciò è fondamentale se vogliamo capire come si sono evolute certe strutture, quali taxa sono più imparentati tra di loro o per poter ripercorrere la storia evolutiva di una certa linea.

"Verso la metà degli anni 50 del secolo scorso gli scienziati cominciarono a capire che l'unico metodo, vero e oggettivo, per tentare di studiare l'evoluzione della vita sulla Terra consisteva nell'analizzare gli organismi semplicemente studiando le omologie tra le loro parti corporee. Punto fondamentale era studiare tali omologie per quello che erano davvero, non per quello che sembravano, e in un'ottica che tenesse conto dell'impossibilità di conoscere tutti i taxa passati (come vedremo nel prossimo post) e della vastità del tempo passato, di una profondità tale da renderne alquanto difficile l'interpretazione.
Creatore di un metodo innovativo fu Willi Hennig, uno studioso di insetti: Hennig dimostrò come il metodo più oggettivo e preciso possibile per ragione intorno alla storia della vita sulla Terra fosse quello di tentare di comprendere l'evoluzione degli organismi a partire dallo studio delle loro caratteristiche condivise, indipendentemente dal tempo e senza prendere in considerazione la loro storia di antenati e discendenti. In questo modo egli voleva occuparsi dello studio del percorso della vita sulla terra senza ipotizzare nulla riguardo alla componente causale e temporale del'evoluzione."

Il metodo di Hennig, chiamato analisi filogenetica, o cladistica, è ancora oggi utilizzato ed è un metodo relativamente affidabile, (più o meno) oggettivo e non speculativo, utile per studiare l'evoluzione dei taxa viventi e passati.

Ma in cosa consiste, in breve, il metodo cladistico?
Prima ho parlato di "caratteri omologhi", il concetto che sta alla base della cladisitca: cosa sono dunque i caratteri omologhi?

Se guardiamo attentamente il nostro corpo e lo confrontiamo con quello di altri animali possiamo notare che condividiamo con essi alcune importanti caratteristiche: ad esempio, se prendiamo in considerazione gli animali con cui abbiamo più a che fare (cani, gatti, piccioni, cavalli, mucche, lucertole,etc.) noteremo che tutti quanti abbiamo due gambe, due braccia, una testa, due occhi, una bocca,etc. Non solo, scendendo nel dettaglio possiamo notare che, ad esempio, le ossa che compongono il nostro braccio sono le stesse che sono presenti nell'ala del piccione, nell'arto anteriore del cane, del gatto, del coccodrillo, della mucca, dell'elefante, etc. Questo perchè, come ormai dovreste aver capito, noi uomini condividiamo con essi un antenato comune, e i nostri tratti condivisi sono tali perchè ereditati da questo nostro antenato comune.
"Nel caso di strutture anatomiche morfologicamente simili, derivate tutte da una singola struttura presente nell‟antenato comune, si parla di omologie.
Le strutture omologhe sono quindi somiglianze dovuta a eredità e riflettono la storia di una linea in senso genealogico e, se correttamente identificate, permettono di organizzare le specie in alberi evolutivi."

Il concetto di omologia è contrastato da quello di omoplasia (o analogia), in cui due strutture, benchè apparentemente simili o utilizzate per la stessa funzione (come ad esempio la pinna dei pesci o l'arto pinniforme delle balene), possiedono invece una struttura diversa o una storia evolutiva differente.

Come il concetto di omologia può essere utilizzato per comprendere le relazioni filetiche tra i vari taxa? Bè semplice: tante più caratteristiche in comuni (omologie) avranno due taxa, tanto più saranno imparentati tra loro.
In questo modo, avendo numerosi taxa e sapendo riconoscere i caratteri diagnostici (che identificano i vari taxa) e le omologie condivise, possiamo ricostruire un diamagramma che metta in relazione questi taxa. Un diagramma di questo tipo è detto cladogramma, dal greco klados, ramo.
"In termini evolutivi, un clade rappresenta un gruppo di individui che si sono evoluti tutti da uno stesso antenato comune, e che quindi sono –per genealogia – più affini tra di loro di quanto non lo siano con tutte le altre creature."

Alla base di questo ragionamento vi è anche il concetto di sister group (gruppo sorella in inglese): essendo tutti i taxa derivati da un antenato comune, ed essendo l'evoluzione il meccanismo di differenziazione delle specie, i vari taxa si evolveranno secondo un meccanismo dicotomico, espresso sul cladogramma dal nodo, o punto di incontro tra due rami. Ogni nodo corrisponde ad una o più caratteristiche condivise (dette sinapomorfie) e i taxa posti sui rami che si dipartono da tale nodo sono sister - taxa (o sister group, è uguale) e fanno parte di un gruppo monfiletico. "La monofilia è una proprietà importante di un gruppo, poiché indice del possesso di un antenato comune esclusivo. Per tale motivo, gruppi che comprendono invece taxa derivati da più di un antenato (gruppi polifiletici) o comprendenti solo alcuni taxa derivati da un medesimo antenato comune (gruppi parafiletici) non possono essere presi in considerazione per comprendere l'evoluzione degli organismi."

Un ultimo appunto su alcuni termini importanti che verranno utilizzati nei post sucessivi: abbiamo visto l'importanza del considerare i caratteri dei vari taxa come mezzi per comprendere la loro evoluzione. Fondamentale però è comprendere la natura di questi caratteri, poichè non tutti possono essere utili alla nostra causa.
Poichè stiamo indagando alla ricerca di possibili eventi evolutivi, saranno utili solo i caratteri innovativi, derivati o, detto meglio, apomorfici, mentre caratteri primitivi, ancestrali, plesiomorfici, non sapranno darci informazioni in più. Ad esempio, se vogliamo sapere le relazioni filetiche all'interno dei mammiferi, caratteri come la presenza di una colonna vertebrale, di quattro arti o di due occhi, non saranno utili poichè presenti anche in altri animali non mammiferi, e derivati da eventi evolutivi avvenuti molto prima della comparsa dell'antenato comune dei mammiferi.

So che questi concetti possono sembrare difficili, ed è, per me, difficile esporre queste cose in modo chiaro avendo così poco spazio ( ci vorrebbe molto più di un post, come già detto). Sperò in ogni caso di avervi reso il più comprensibile possibile alcuni concetti chiave dell'analisi filogenetica.
Se avete domande, potete chiedere senza problema nell'area dedicata ai commenti.

Il prossimo, ed ultimo post di "nozioni fondamentali di PaleoStories", parlerà di ciò che sta alla base di questo blog, al primo posto come importanza: i fossili e la paleontologia.

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Citazioni da "In Dino Veritas, Guida ad una visione consapevole dei dinosauri. M. Castiello M. Lampugnani & S. Broccoli, 2011, RSWItalia Editore."

Nozioni fondamentali di PaleoStories Parte 2: Sulla punta della lingua!

Ci sono un italiano, un inglese, un francese, un tedesco e uno spagnolo...no, fermi, non sono impazzito.Non sto raccontando una barzelletta.
Questo è solo l'inizio dell'introduzione dell'argomento di oggi: la tassonomia e la sistematica.

Dunque: ci sono un italiano, un inglese, un francese, un tedesco e uno spagnolo riuniti intorno ad un tavolo, che stanno cercando di scambiarsi opinioni a proposito di un nuovo tipo di cavallo scoperto nelle loro rispettive nazioni. Ovviamente, provenendo tutti da paesi diversi, ognuno tenderà a usare la propria lingua: "cavallo!" dirà l'italiano; "horse!", ribatterà l'inglese, "cheval!" griderà il francese scuotendo la testa..."no, no, hauspferd!", urlerà il tedesco in un impeto di rabbia..mentre lo spagnolo sussurra nella sua testa "caballo".
Uff..non riescono proprio a capirsi!
Ma, ad un certo punto, a tutti i partecipanti viene una grande idea e, all'unisono, gridano convinti:"Equus caballus!"
Con grande gioia, tutti e 5 gli studiosi si accorgono di aver trovato la parola magica, quel nome, comprensibile a tutti, che riesce a far capire a ogni persona di qualsiasi lingua di che creatura vivente si sta parlando.
Ma cosa differenzia la parola "Equus caballus" da "horse", da "cavallo" o da "hauspferd"? In fondo abbiamo solamente detto la stessa cosa in un'altra lingua, il latino, non parlato da nessuno dei nostri 5 studiosi (ed è persino una lingua morta!). Per capire cosa c'è di geniale in Equus caballus è necessario raccontare un'altra storia.

Fin dall'alba dei tempi, l'uomo si è sempre interessato della natura che lo circonda e dalle sue stranezze. Per tale motivo, spaventati anche dal grande caos che deriva dalla vastità della biodiversità presente sul nostro pianeta, molti studiosi hanno da sempre cercato di rimettere ordine alle conoscienze umane, ideando metodi di classificazione dei viventi e sistemi ordinati in cui "far quadrare i conti".
Nacque così la sistematica, o scienza che mira alla classificazione dei viventi (anche nel tentativo di ricostruire i rapporti evolutivi tra di essi).
Ma cosa c'entra tutto questo con Equus caballus? un attimo...
Nel 1758 l' olandese Karl Von Linnè, uno dei più grandi sistematici dell'epoca, pubblicò la sua opera "Systema Naturae" in cui era contenuta la classificazione di tutti gli esseri viventi allora conosciuti.
Il lavoro di Von Linnè (allora andava di moda il latino, specie tra gli eruditi, tanto che egli passò alla storia come Carolus Linnaeus, o Linneo), oltre a costituire un'opera di grandissima estensione e alto valore scientifico, conteneva in esso due idee assolutamente fantastiche, che sarebbero poi perdurate nel tempo fino ai giorni nostri.
Per prima cosa, la classificazione di Linneo consisteva in un sistema gerarchico in cui gli organismi venivano ordinati in base a categorie ascendenti, con gruppi con un grado di inclusione sempre maggiore. Ogni gruppo, detto taxon ( taxon=insieme di organismi le cui caratteristiche morfologiche e/o genetiche consentono di raggrupparli in un gruppo distinguibile da tutti gli altri organismi), a sua volta era inserito in un insieme di dimensioni maggiori, comprendente organismi con un grado di somiglianza sempre minore, come in una specie di matriosca. Per fare un esempio, uomo e scimpanzé erano riuniti in un taxon, a sua volta incluso in un ulteriore gruppo comprendente uomo, scimpanzé e topo, a sua volta incluso in uno contenente uomo, scimpanzé, topo e riccio di mare, a sua volta incluso in un gruppo contenente questi 4 più la formica, etc.
Benché Linneo non credesse nell'evoluzione, questo sistema metteva in luce la natura gerarchica della vita, originata da un unico antenato comune (tale per cui tutti gli organismi hanno un parente comune e possono essere riuniti in un unico gruppo) e sviluppatasi poi in varie eventi evolutivi in direzioni sempre più specifiche (come vedremo in seguito, a ogni evento evolutivo corrisponde una ramificazione nella storia di una linea, con la formazione di nuovi taxa).

La seconda, ancora più geniale, idea di Linneo fu l'invenzione di un sistema di nomi che fosse standard e unico per tutti gli organismi viventi, in modo da essere chiaro, preciso, e facilmente utilizzabile (è lo è davvero).
All'interno della sua classificazione, il taxon più ristretto era costituito dalla specie, il gruppo contenente individui più simili tra di loro che non con qualsiasi altro individuo di qualsiasi altro animale.
Per nominare una specie, Linneò ideò il concetto di nomenclatura binomia:  a ciascuna specie viene dato un nome (di derivazione latina o greca) costituito da due parole (binomiale significa appunto "due nomi"). Il primo nome, con l'iniziale in maiuscolo, corrisponde al genere, l'unità tassonomica sopra la specie (il concetto è piuttosto difficile da spiegare: in breve, il genere è quel gruppo che include una - e almeno una - o più specie, maggiormente simili tra di loro che non con altre specie). Il secondo nome, scritto tutto in minuscolo, corrisponde invece alla specie. Entrambi vanno scritti sempre in corsivo. Così, ad esempio, il cavallo comune è detto Equus (genere) caballus (specie), o la nostra specie Homo sapiens. Il nome generico ha significato anche da solo (e può essere abbreviato, se seguito dalla specie), mentre quello specifico deve essere sempre accompagnato dal genere (esempio: Homo, vuol dire tale genere e tutte le specie al suo interno; sapiens da solo non significa assolutamente niente ed è scorretto). Lo stesso nome specifico può essere utilizzato per più generi diversi, mentre non possono esistere due generi con lo stesso nome (a parte casi eccezionali).

Questo sistema, incredibilmente semplice e immediato vinse contro il tempo e se oggi i nostri 5 studiosi sono riusciti a capirsi è proprio grazie a Linneo!
Per questo motivo, qui su PaleoStories verrà usato d'ora in avanti il sistema della nomenclatura binomiale, in modo che, nel caso qualche fortunato (si fa per dire) lettore straniero capitasse su questo blog, possa almeno intuire di cosa si sta parlando. E, ovviamente, perché è il linguaggio ufficiale della scienza.

Bene, abbandoniamo ora queste questioni  (noiose, lo so, ma importanti) e addentriamoci  in uno degli argomenti principali di questo blog, la filogenesi (ricostruzione dei rapporti tra gli organismi viventi e della loro evoluzione), argomento del prossimo post.
Arrivederci dunque alla prossima e penultima (poi inizieremo - finalmente- le paleostorie) puntata!

P.S. ATTENZIONE: Essendo il nome in latino, non bisogna metterci nessun articolo davanti: dire "l'Homo sapiens", oppure "il Tirannosaurus rex" è assolutamente scorretto. Scorretto anche "l'italianizzazione"dei nomi (o qualsiasi traslazione in altre lingue), come ad esempio "tirannosauro". Il metodo utilizza solo la lingua latina!

SI: Homo sapiens, Tyrannosaurus rex, Felis catus, Betta splendens, T. rex, B. splendens.
NO: homo sapiens, Tirannosauro rex, Felis Catus, H. sapiens, betta, e altri orrori.

Nozioni fondamentali di PaleoStories Parte 1: L'architettura degli animali

Vi sono alcune nozioni fondamentali che devono essere sapute prima di poter affrontare consapevolmente i nostri viaggi attraverso le meraviglie della vita sulla Terra e della sua evoluzione. Così come, prima di partire per il mare o per la montagna siamo indaffarati nel preparare le valige e tutto l'occorrente, così è necessario acquisire un bagaglio conoscitivo di base per poter iniziare con sicurezza e senza dubbi le nostre avventure.

Per questo motivo, i prossimi post saranno una sorta di lista dei preparativi, con le nozioni di base assolutamente necessarie. Ovviamente, visto che questo è un blog per tutti, cercherò di essere più chiaro possibile e spero sintetico e poco noioso. Se qualcuno avesse qualche domanda, se vi accorgete di un mio errore o volete chiarimenti, non esitate a lasciare commenti.

Premessa importante: qui non spiegherò nulla riguardo alla teoria evolutiva, alla sua storia e ai suoi concetti di base. Questo sia per mancanza di tempo (sarebbe un discorso troppo lungo e ampio), sia perchè ritengo che almeno alcune cose sull'evoluzione siano conosciute anche ai meno istruiti (ad esempio, spero vivamente che tutti i lettori accettino la teoria dell'evoluzione darwiniana e che abbiano una mezza idea di cosa significhi la frase "discendenza con modificazioni").

Il primo di questa serie di post parla di quelle che sono le caratteristiche generali degli animali, i protagonisti principali di questo blog, e in particolare della loro struttura di base.
Noi uomini possediamo un gran numero di caratteristiche in comune con gli altri animali: come essi bruciamo energia nel compiere le nostre azioni, ci riproduciamo e siamo formati tutti dalla stessa unità di base, la cellula.
Questo perchè (nozione della teoria dell'evoluzione) discendiamo tutti da un medesimo antenato comune, da cui abbiamo ereditato tali caratteristiche che accomunano noi e gli altri esseri viventi.
A partire da questo primo organismo però (l'antenato comune di tutti gli altri esseri viventi), ogni taxon (taxon=insieme di organismi le cui caratteristiche morfologiche e/o genetiche consentono di raggrupparli in un gruppo distinguibile da tutti gli altri organismi) si è poi evoluto in maniera diversa, sviluppando caratteristiche differenti a seconda della pressione selettiva del suo habitat.

Per quanto riguarda l'organizzazione del corpo degli esseri viventi, sono presenti due grandi distinzioni, che riguardano il numero di cellule presenti in un organismo.
La prima condizione è quella che presenta una sola cellula, composta da tutti gli organuli e dalle strutture utili alla sopravvivenza, tale che, anche da sola, può assicurarsi prosperità e discendenza. Questa condizione, detta organizzazione unicellulare, è presente in molti organismi attuali, come i protozoi.
Molti altri esseri viventi, tra cui le piante, i funghi e i Metazoi (i veri animali), sono formati da più di una cellula, tale che le varie cellule collaborano tra di loro, aiutandosi nelle funzioni necessarie alla sopravvivenza dell'intero organismo. Tale organizzazione è detta multicellulare o pluricellulare.

Negli esseri viventi pluricellulari, le cellule vengono a trovarsi in stretto contatto tra di loro, scambiandosi informazioni e svolgendo funzioni diverse a seconda della loro struttura. Un passo avanti nella complessità dell'organizzazione dei viventi si osserva quando cellule che adempiono a funzioni simili vengono ad aggregarsi, formando un tessuto, appunto un insieme di cellule specializzate per una specifica mansione. Più tessuti insieme possono aggregarsi per formare organi, ancora più specializzati. Organi sono ad esempio il cuore, i polmoni, il cervello. Ultimo livello di complessità è la formazione di sistemi, in cui vari organi cooperano per svolgere una determinata funzione, spesso associata a bisogni necessari alla vita, come l'alimentazione, la riproduzione, la respirazione, etc.

L'organizzazione delle cellule, oltre a consentare uno stile di vita più o meno complesso, porta l'organismo ad avere un piano strutturale ben definito, diverso a seconda delle differenze di habitat e della storia evolutiva di ciascun organismo. Ovviamente ciò è collegato allo sviluppo del corpo e al suo grado di complessità. L'origine del corpo sarà oggetto di un post futuro.
Tralascio alcune nozioni di biologia ed embriologia relativamente avanzate (come i vari modelli di segmentazione); quello che mi interessa ora è arrivare a due importanti concetti della zoologia e dell'anatomia animale: la simmetria del corpo e il celoma.
La simmetria di un corpo si riferisce al numero e al tipo di assi (rette) che possono passare dal centro di tale corpo in modo da dividerlo in due metà esattamente uguali morfologicamente (simmetriche). All'interno dei metazoi, esistono due tipi diversi di simmetria, una radiale (tipica di organismi come ricci di mare o meduse), in cui due o più assi possono tagliere il corpo in due parti speculari, e una simmetria bilaterale, in cui il corpo può essere suddiviso in due metà speculari (sinistra e destra) da un solo asse di simmetria. Tale condizione è visibile ad esempio nell'uomo, nel cane, nel cocodrillo, nella formica, nella lumaca e in un gran numero di animali (la maggior parte di essi).
L'acquisizione di tale struttura corporea (bilaterale) costituirà, come vedremo, uno dei più grandi eventi evolutivi della storia della vita sulla Terra.

Oltre al piano di simmetria, un'altra grande innovazione sarà costituita dall'acquisizione di un celoma, una cavità piena di liquido posta tra la parete esterna del corpo e il tubo digerente, nella famosa conformazione del "tubo dentro ad un altro tubo".

La presenza di celoma permette agli animali di organizzarsi in maniera più complessa, alloggiando organi interni, sviluppando dimensioni maggiori e una maggiore elasticità e flessibilità corporea, data dalla presenza di liquido all'interno di tale cavità.
 
Attualmente esistono animali celomati, senza celoma (acelomati) oppure una struttura simile al celoma ma di origine embrionale diversa (pseudocelomati).
Come vedremo, l'acquisizione del celoma sarà un'altra delle grandi conquiste dell'evoluzione degli animali.
Spero di non avervi annoiato troppo, ma mi premeva che questi concetti fossero ben chiari, visto che, specialmente nelle prime PaleoStorie, verranno utilizzati piuttosto spesso.

Nei successivi post vedremo altre nozioni di base, in particolare, nel prossimo verranno presentati alcuni concetti fondamentali di sistematica.

Alla prossima!