Il mito della conquista della terraferma Parte 5: le pinne di Tiktaalik e le prove evoluzionistiche

Chi legge questo blog da tempo, sa bene quanto l'evoluzione dei primi tetrapodi sia uno degli argomenti che più mi interessa.

Ne ho parlato spessissimo (vedere indice) e spero di aver mostrato come oggi, grazie alle prove fossili, sappiamo che l'origine delle caratteristiche che fanno di un tetrapode un tetrapode (quattro arti muniti di dita e connessi ad un cinto pelvico pienamente sviluppato, presenza del collo, assenza di opercolo, etc...) non è collegata ne al bisogno da parte di alcuni pesci di conquistare la terra ferma (giacchè si sono sviluppate in acqua) ne fanno parte di un passaggio così graduale come si è sempre narrato nel mito.

Un recente studio, basato su uno dei tetrapodomorfi più famosi degli ultimi anni, Tiktaalik rosae, fornisce un ulteriore spunto di analisi sulle prime fasi dell'evoluzione di questo gruppo.

Chi siamo, da dove veniamo (Parte 3): dove si sono originati i tetrapodi?

Niedzwiedzki et al. (2010) descrivono delle orme di tetrapode provenienti dalla cava di Zachelmie, in Polonia, e risalenti al Devoniano medio, circa 20 milioni di anni più vecchie dei primi resti di tetrapodi.

Della scoperta e di cosa questa comporta  nel rivoluzionare quello che si pensava sul periodo di origine dei tetrapodi ho già parlato nel precedente post.

Le nuove frontiere aperte da questa scoperta, però, non si fermano a questo.

Le impronte di Zachelmie si trovano su strati appartenenti alla formazione di Wojciechowice: dati sedimentologici indicano come questa formazione si sia deposta in ambiente marino, tidale o lagunare, di acqua estremamente bassa e con poco apporto terrigeno (dunque acqua abbastanza ferma).

Gli strati in cui sono state trovate le impronte mostrano l'esistenza di episodici momenti in cui il substrato è stato esposto all'aria, come indicano la presenza di laminazioni con segni di spaccatura da disseccamento e impronte di pioggia.

Se vi ricordate, fin'ora abbiamo sempre visto come l'ambiente di vita dei primi tetrapodi è sempre stato associato ad ambienti con folta vegetazione, mangrovieti, lagune con piante galleggianti, e che appunto si ritiene che le dita si siano sviluppate per farsi spazio in questi ambienti irregolari e tortuosi.

Che le più antiche orme di tetrapodi, più antiche dei resti di Ichtyostega, Acanthostega, Tiktaalik, etc., provengano da un ambiente marino, è dunque un dettaglio da non sottovalutare.

Chi siamo, da dove veniamo (parte 2): la scoperta che riscrive la storia dei tetrapodi

Nel post precedente vi avevo raccontato la storia dei tetrapodi. Quella che conosciamo oggi, con Eusthenopteron, Tiktaalik, Acanthostega, Ichthyostega e tutti gli altri "eroi della transizione da pesci a tetrapodi".

Tuttavia, vi avevo lasciato con il dubbio se ciò che oggi noi sappiamo rappresenti la realtà o solo una nostra illusione di pensare di essere sulla strada giusta.

Ho deciso di iniziare questa serie con un racconto fantastico, ma basato su dati reali, per provare a fare un giochino con i miei lettori. 

Nel prologo raccontavo di un piccolo crostaceo di 395 milioni di anni fa che, uscendo dal mare, incontrava sul bagnasciuga delle impronte di tetrapodi. Il racconto è chiaramente fantastico perchè inventato da me, ma è basato su una serie di dati reali.

Vi avevo chiesto di confrontare il prologo con il riassunto (molto riassunto) di ciò che sappiamo, grazie ai fossili, dell'origine dei tetrapodi e di vedere se si potevano trovare delle incongruenze.

Alcuni di voi hanno provato a rispondere, andando più o meno dritto al problema.

La risposta è racchiusa nella prima riga: Polonia, 395 milioni di anni fa, Eifeliano.

Pensateci un attimo: impronte di tetrapodi a cinque dita 395 milioni di anni fa, ossia circa 20 milioni di anni prima del più antico tetrapode noto? Impossibile! 

O forse no?

Chi siamo, da dove veniamo (Parte 1): la favola dei tetrapodi

A volte le informazioni che stiamo cercando ci passano sotto gli occhi ma non ce ne accorgiamo. Eppure sono li. Evidenti, leggibili.

Ho appositamente lasciato per qualche giorno il prologo di questa serie come primo post del blog, nella speranza che qualcuno si accorgesse che in quel post "c'è qualcosa che non va".

Nel prologo ho immaginato una possibile scena di un paesaggio Devoniano, impersonando un crostaceo che, uscendo dall'acqua e incamminandosi verso l'entroterra, incontra delle orme di tetrapode.

Forse mi sono dimenticato di scrivere che quel post, seppur immaginario, è basato comunque su dati reali.

Ma non voglio svelarvi tutto subito.

Facciamo il giro largo.

L'origine dei tetrapodomorphi e dei tetrapodi è un argomento a cui ho dedicato molti post, qui su Paleostories, perchè è un argomento che mi sta molto a cuore. Soprattutto, è un argomento di cui ancora non conosciamo abbastanza per avere un'idea chiara e che, purtroppo,è spesso malinterpretato.

Negli ultimi anni, diciamo a parire dagli anni 80', vi sono state numerose scoperte nel campo della paleontologia dei tetrapodi basali. Panderichthys, Tiktaalik, Elpistonge, Acanthostega, Ichtyostega e altri incredibili ritrovamenti hanno aiutato i paleontologi a ricavare preziose informazioni sull'origine dei tetrapodi.

Di molti di loro ho già scritto in vari post, qui sul blog (vedere l'indice del blog), ma non è di questo che voglio parlare oggi.

Il mito della conquista della terraferma Parte 4: le verità di Ichthyostega

Non c'è episodio nella storia dell'evoluzione dei vertebrati di cui si sia più parlato, speculato, sognato, come del passaggio da vertebrati acquatici a vertebrati terrestri.

Il mito racconta che alcuni pesci, PER sfuggire alla siccità, PER cacciare o PER qualsiasi altra motivazione (e ne sono state dette tante) abbiano sviluppato arti funzionali e dita e si siano avventurati sulla terraferma, dando poi origine a quella florida linea di animali a quattro arti, appunto, i tetrapodi, che vedrà il suo punto massimo con la comparsa dell'uomo.

Ho detto appunto che il mito racconta così, perchè di questo mito ho già parlato spesso sul blog, sperando di avervi fatto capire come molte cose che pensavamo di sapere su questo argomento si stanno rilevando in realtà false o, soprattutto, forzate.

Oggi molto paleontologi pensano che gli arti dei tetrapodi si siano originati in ambiente acquatico per migliorare il movimento in certi ambienti irregolari e che richiedevano una certa interazione, come gli intricati labirinti di mangrovie, e non con la finalità di camminare sulla terraferma

Anzi, questo episodio può essere preso come esempio massimo di exaptation, termine che indica come una struttura originatasi con una funzione ben precisa sia stata poi riutilizzata per un'altra.
Altro esempio, se non avete capito, potrebbero essere le piume degli uccelli, utilizzate inizialmente come isolante termico (o come segnale sessuale) e poi adattate ad essere funzionali al volo.

Tornando a noi, il post di oggi vuole parlare di un animale che rappresenta (o sicuramente ha rappresentato) l'emblema del mito della conquista della terraferma: Ichthyostega.

Ichthyostega è un tetrapodomorpho del Devoniano superiore (circa 375 - 359 milioni di anni), i cui fossili sono stati rinvenuti in Groenlandia, considerati per moltissimi anni uno dei taxa chiave nel campo dello studio dell'evoluzione dei primi tetrapodi (lo è ancora, anche se il ritrovamento di altri tetrapodomorphi basali oggi lo rende un pò meno speciale).

Di questo animale ho già parlato più o meno approfonditamente qui, e avevo mostrato come Ichthyostega possegga caratteristiche adatte più ad uno stile di vita acquatico che non terrestre, pur non escludendo la possibilità che potesse muoversi anche sulla terraferma

Simpatica ricostruzione di un Ichthyostega che, in questo caso, ha chiaramente sviluppato gli arti per scappare dal Natural History Museum of Wien.

Oggi vediamo un particolare aspetto di Ichthyostega, frutto di recenti studi, che colpisce ancora la veste menzioniera del mito.

Tetrapodomorphi in carne e ossa

Se vi doveste trovare a Milano il 17 aprile, quale migliore occasione per sentire una grande paleontologa come Jennifer Clack (a cui è dedicato un animale di cui ho parlato qui) esporre i suoi ultimi lavori sui tetrapodomorphi e l'origine del movimento in ambiente terrestre? Imperdibile.
La trovate alle 10.30 nell'aula BS del dipartimento di biologia dell'Università degli Studi di Milano.

Ah, quello che introduce sono io..ma potete benissimo venire 10 minuti più tardi che tanto non vi perdete niente.

Nel pomeriggio, altri due interessantissimi interventi, uno del prof. Andrea Tintori sull'origine dei rettili marini, l'altra sempre della professoressa Clack riguardante l'estinzione di fine Devoniano,il "Romer Gap", ossia quell'arco di tempo (circa 15 milioni di anni) dopo l'estinzione al limite Devoniano/Carbonifero in cui si trovano pochissimi fossili di vertebrati terrestri, e la ripresa dopo tale crisi.

Ripeto: imperdibile!

Se avete voglia, magari per prepararsi un pochino potete rileggere la mini serie legata ai tetrapodi basali, qui, qui e qui (e volendo anche qui).

Tungsenia paradoxa: il più antico stem tetrapode attualmente noto

Notizia freschissima.

Questa settimana un nutrito numero di autori capitanati da Jing Lu descrivono i resti incompleti di un nuovo taxon di stem tetrapode, o, per dirla in modo più semplice (anche se un pò più grossolano), di un altra di quelle forme intermedie tra "pesci" e tetrapodi.

L'animale, lungo circa una ventina di centimetri, è stato battezzato Tungsenia paradoxa, nome che, come vedremo, non sfugge alla regola "nomina sunt consequentia rerum" che abbiamo visto poco tempo fa.

Uno dei dati più importanti relativi a questa scoperta è la sua datazione: i resti di questo animale, provenienti da depositi cinesi (Posongchong Formation, nordest della provincia dello Yunnan), risalgono a circa 409 milioni di anni fa (Devoniano inferiore) e sono attualmente i più vecchi resti di uno stem tetrapode.

Inoltre, fino a questa scoperta, era presente un gap di circa 16 milioni tra i resti del più antico stem tetrapode noto, Kenichthys, e quelli dei dipnoi più antichi, come Diabolepis. Tungsenia riempie in qualche modo il gap, inserendosi all'incirca nel periodo stimato di separazione tra dipnoi e tetrapodi.

Il simpatico sorriso di Tungsenia.

Per chi conosce un pò i dipnoi (io ne ho parlato qui), il nome paradoxa rievoca subito un altro animale, Lepidosiren paradoxa, appunto un dipnoo (attuale). E Tungsenia non è stato chiamato paradoxa solo per la sua bizarra anatomia e posizione filogenetica, ma anche per un chiaro rapporto con i dipnomorphi (i dipnoi attuali e il loro parenti).

Esso infatti mostra caratteristiche morfologiche intemedie tra tetrapodi (come ad esempio una lama dentale parasinfidale piatta e un foro per la vena pituitaria sul processo del basipterigoide) e dipnomorphi (ad esempio un parasfenoide ampio). Anche a livello morfologico, Tungsenia sembra riempire un pò il gap esistente tra primi stem tetrapodi e dipnomorphi.

Quando ho partecipato all'ultimo SVPCA, quest'anno ad Oxford, ho notato come vi fosse un grande interesse per l'applicazione delle tecniche mediche (come le tomografie o le lastre a raggi X) agli studi paleontologici. Ho citato un paio di esempi in post del passato e anche nello studio di Tungsenia vi è un'ottima dimostrazione di questa interazione.

Grazie appunto a tomografie a raggi X, Lu et a., 2012 hanno studiato l'anatomia interna del cranio di Tungsenia per trarre indicazione sull'anatomia del cervello dei primi tetrapodi. Essi hanno osservato come alcune delle modifiche del cervello dei tetrapodi, relative al loro passaggio ad un'ambiente terrestre, siano avvenute molto prima di quanto prima pensato, all'inizio della storia evolutiva del gruppo, quando questi animali, come Tungsenia, non "sapevano" ancora che un loro discendente avrebbero un giorno camminato sulla terraferma e scritto appassionatamente la loro storia.

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Bibliografia:

- Lu, J.; Zhu, M.; Long, J. A.; Zhao, W.; Senden, T. J.; Jia, L.; Qiao, T. (2012). "The earliest known stem-tetrapod from the Lower Devonian of China". Nature Communications 3: 1160

Tinirau clackae: un nuovo tetrapodomorpho americano

Esco un pò dal discorso cyclostomi, che ormai riempi le pagine del mio blog da qualche mese, per segnalarvi una nuova pubblicazione (fresca fresca, uscita ieri), riguardante un nuovo tetrapodomorpho.

Oltre ai cyclostomi e alle prime fasi dell'evoluzione dei vertebrati, una delle mie grandi passione è sempre stata quella dello studio del passaggio da forme di vertebrati acquatici ai primi tetrapodi terrestri, quella che viene comunemente detta "transizione da pesci a tetrapodi". 

Ho dedicato ben tre post sulla questione (che potete leggere qui, qui e qui) ma senza addentrarmi mai nel dettaglio. Dovrei scrivere troppe cose e non ho il tempo necessario per trattare bene anche questo argomento. Chissà, magari in futuro....

Da ieri, grazie allo studio di Brian Swartz, conosciamo un altro piccolo pezzetto di questa entusiasmante storia.

Il nuovo animale si chiama Tinirau clackae ed è stato descritto sulla base di sei esemplari (più o meno articolati e tutti muniti di cranio) rinvenuti negli Stati Uniti, in particolare nel Nevada, in strati risalenti alla parte finale del Devoniano Medio

Il nome gerico deriva da quello di un dio polynesiano,signore dei mari, mezzo uomo e mezzo pesce. Il nome specifico è in onore di Jennifer Clack, per il suo contributo nello studio dei tetrapodomorphi basali.

Ricostruzione di Tinirau clackae. Da Swartz 2012.

Ancora una volta, si tratta dei resti di un animale completamente acquatico, proveniente da strati deposti in ambiente marino (vi sono alcuni crinoidi, animali francamenti marini), anche se probabilmente in una zona di acqua non particolarmente alta e più o meno vicina alla costa.

Dal punto di vista anatomico, Tinirau presenta un mix di caratteri di vari gruppi, confermando quanto nei tetrapodomorphi basali vi siano numerosi casi di convergenze evolutive, parallelismi e commistione di caratteristiche, forse proprio dettate da ambienti di vita simili.

Inoltre, benchè mantenga in qualche modo una "forma da pesce" e non presenti ancora dita, la struttura delle sue pinne sembra presentare già quei caratteri (soprattutto nella struttura della scapola e delle ossa pelviche) che poi si ritroveranno nei tetrapodomorphi muniti di dita, a conferma che l'acquisizione di questi caratteri (arti e dita) è avvenuta in ambiente acquatico e (man mano che sopraggiungono nuove scoperte, come questa) in rami più primitivi all'interno del total group tetrapodi.

Anche Tinirau, per chi ancora non ne fosse convinto, ha dato una mano a demolire il mito secondo cui gli arti dei tetrapodi si sarebbero evoluti PER sbarcare sulla terraferma.

Ma questa è un'altra storia (che in parte ho già trattato)...

P.S. Nella prossima puntata, tornerò invece a parlare dei primi vertebrati, e scopriremo qualcosa su come potrebbe essersi evoluta la capacità di vedere i colori.

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Bibliografia:
- B. Swartz 2012
A Marine Stem-Tetrapod from Western North America.  PLoS ONE 7(3): e33683

Il mito della conquista della terraferma Parte 3: arti per....nuotare!

Nel 1932 il paleontologo Save – Soderbergh pubblicò uno studio preliminare su alcuni fossili del Devoniano che erano stato estratti durante una campagna di scavo avvenuta un anno prima in Groenlandia. Tra i vari fossili, erano stati trovati i resti di 14 individui di uno strano essere, che lo stesso Save – Soderbergh battezzò come Ichthyostega, letteralmente “placca da pesce”. 

Sulla base di quei 14 individui descrisse 4 diverse specie di Ichthyostega e un nuovo genere di tetrapodomorpho, Ichthyostegopsis.

Per ammissione dello stesso Save – Sodernbergh, che i fossili rinvenuti in quella spedizione testimoniavano che in quel periodo era avvenuto un passaggio cruciale della storia della vita sulla Terra. 

Tuttavia, lo sfortunato paleontologo non riuscì a terminare i suoi studi poiché morì 16 anni dopo.

L’eredità lasciata da Save – Soderbergh venne raccolta dal professor Erik Jarvik (colui che aveva già descritto in precedenza Eusthenopteron). Jarvik, studiando la collezione che era stata raccolta in numerosi anni di spedizioni in Groenlandia, scoprì una serie di fossili che il buon Save – Soderbergh non aveva studiato perché ritenuti troppo poco interessanti rispetto al “cruciale” Ichthyostega.

In particolare attirò la sua attenzione una pinna caudale che all’apparenza sembrava appartenere ad un innocente dipnoo devoniano.
Studiando il reperto in maniera approfondita, Jarvik si rese conto che questa pinna era collegata con un cinto pelvico munito di arti.
E, guarda caso, questo cinto pelvico e questi arti erano curiosamente simili a quelli di Ichthyostega!

Il mito della conquista della terraferma Parte 2: i Tetrapodomorphi

Nel precedente post abbiamo cominciato a vedere come le caratteristiche che noi consideriamo fondamentali per distinguere un vertebrato che cammina sulla terraferma (arti, polmoni) sono in realtà presenti anche in altri vertebrati che effettivamente tetrapodi non sono. Quindi, ci siamo sempre sbagliati e in realtà i tetrapodi non sono poi così speciali?

La verità sta nel mezzo.

Il problema consiste nel capire come in realtà la storia della vita sulla Terra sia fatta di una varietà incredibile di forme, spesso molto diverse da quelle che esistono ora, così diverse che molte volte è difficile confrontarle con quelle attuali. 

Tutto questo porta ad una gran confusione, specie se non si ha una visione globale (attenzione, parliamo sempre di record fossile, quindi di un qualcosa di incompleto) delle diverse forme che hanno abitato la Terra da quando è nata.

Il mito della conquista della terraferma nasce proprio da questa confusione, da un'idea che vede la morfologia "pesce" e la morfologia" tetrapode" così lontane e così distinte (e che vede la seconda come migliore rispetto alla prima) e da una visione finalistica dell'evoluzione.

Come vedremo, vi sono numerosi taxa che non corrispondono né ad una né all'altra tipologia, ma sono da considerarsi "intermedi" e simbolo di una storia della vita sulla Terra che fa del gradualismo (attenzione, non inteso nel senso di "progressione lineare e diretta") e della continua evoluzione la sua vera forza. E, probabilmente, alla fine del nostro viaggio (che si concluderà con il terzo post) ammetteremo che le nostre convinzioni (ossia, che gli arti si sono evoluti "per" camminare sulla terraferma, che i tetrapodi sono superiori agli altri animali, e che l'evoluzione procede secondo una sorta di "obiettivo") erano in realtà sbagliate.

Il mito della conquista della terraferma Parte 1: i pesci e l'antropocentrismo.

Per quanto mi riguarda, credo che uno dei compiti principali della divulgazione scientifica, a qualsiasi livello, sia quello di abbattere i grandi miti paleontologici che (ahi noi!) sono ormai radicati nella cultura popolare.  La visione distorta dei dinosauri che la gente si è fatta guardando Jurassic Park (bellissimo film, sia chiaro, ma scientificamente abbastanza fuorviante), o ciò che si pensa sull'evoluzione dell'uomo, spesso vista in maniera semplicistica e con una direzionalità finalizzata a noi,  o ancora al mito dell'esplosione dei mammiferi dopo l'estinzione (parziale) dei dinosauri, etc etc... Tutti questi sono miti, radicati nella cultura popolare ormai da molto tempo, creati dai documentari scientifici (o, spesso, pseudoscientifici), dalle notizie parziali e spesso superficiali che si ritrovano sui giornali e in giro per il network, e dalla mente umana, più attratta dalle suggestioni che queste storielle portano inevitabilmente con loro che non dal fatto, dal dato scientifico.

Proprio per questo, come promesso, oggi vi parlerò di uno dei più grandi miti paleontologici: la conquista della terraferma da parte degli animali dotati di zampe.

I vertebrati che oggi popolano le terre emerse sono tutti inseriti in un gruppo chiamato Tetrapoda, letteralmente “quattro piedi”. Di esso fanno parte tutti gli animali muniti di zampe con dita, quindi ad esempio lucertole, rane, piccioni, mucche, cani, serpenti (derivati da parenti con dita, che poi hanno perso nel corso della loro storia evolutiva), balene, delfini, pipistrelli e, ovviamente, anche noi uomini.

Come tutti sanno, anzi, come tutti pensano di sapere, gli arti dei tetrapodi si sono evoluti  per permettere agli animali di camminare sulla terraferma, in modo da occuparne gli ambienti. I tetrapodi quindi (così racconta il mito) si sono evoluti da pesci che hanno sviluppato piano piano delle zampe con lo scopo di avventurarsi fuori dall’acqua.

Benché questa storia abbia certamente un suo fascino, essa è falsa, poiché si basa sull’assunto che l’evoluzione debba avere uno scopo, una finalità.