laboratorio evoluzione
COSA EMERGE DAL
PASSATO?
[S.J. Gould, “”Pescare il Leviatano dal
suo passato”, in: Naturalmente n. 3/2005,
Accademia Editoriale Pisa]
Marcello Sala
Obiezione alla teoria dell’evoluzione di Darwin:
se le specie cambiano nel tempo, perché
non si trovano le forme di transizione? (“anelli mancanti”)
...
La prima risposta di Darwin:
[...] considero la documentazione geologica naturale come
una storia del mondo conservata imperfettamente e scritta in un
dialetto che cambia; una storia di cui possediamo soltanto l’ultimo
volume relativo a due o tre paesi. Di questo volume solo un breve
capitolo ogni tanto è stato conservato e, di ogni pagina, solo qualche
riga qua e là.
(Charles Darwin, L’origine delle specie, 1859)
La seconda risposta di Darwin:
le forme intermedie hanno
un numero inferiore di individui
tempo
Risposte attuali
1) Lacunosità della documentazione fossile
fossilizzazione evento raro e condizionato dall’ambiente
2) Il cambiamento non avviene sempre in modo graduale
all’interno della specie (anagenesi)
ma spesso attraverso “rapide” ramificazioni di specie
che succedono a periodi di
“stasi” evolutiva
(“equilibri punteggiati” )
diversità
Ci si aspetta che
le sequenze evolutive
documentate da fossili
siano rare
Balena (cetaceo mysticete):
Lunghezza 15-23 m
vita esclusivamente acquatica
respirazione aerea polmonare
narici che si aprono
sulla sommità della testa
arti posteriori ridotti a
piccoli residui interni di ossa
nuoto: spinta verticale della coda orizzontale
azionata dall’ondulazione verticale della colonna vertebrale
funzione di timone delle pinne toraciche
collo corto non flessibile
Da dove viene (filogeneticamente) la balena?
La balena vive in acqua ma è un mammifero e
i mammiferi hanno origine terrestre:
quali cambiamenti deve avere subito nella sua storia evolutiva?
Transizione dall’ambiente terrestre a quello marino:
- perdita degli arti posteriori
- sviluppo di pinne natatorie
- sviluppo di una coda piatta (e di pinne dorsali)
- sviluppo del sistema uditivo (mandibola orecchio interno)
Ipotesi: parentela con
i Mesonychidi
Mesonyx : carnivoro
terrestre dell’Eocene
50-40 Ma fa
Lunghezza 1,5-3 m
Simile a un lupo
dotato di zoccoli
Mesonyx
1983: Pakicetus (Eocene 52 Ma fa)
in sedimenti di fiume in riva al mare
Lunghezza 1,5 m
Denti e coda da mesonychide
Cranio da balena ma
senza le strutture che sono
in relazione all’udito in acqua
(modifiche delle ossa dell’orecchio
cavità che contiene il cuscinetto
di grasso che trasmette il suono
dalla mandibola all’orecchio)
senza le cavità che si riempiono di
sangue per equilibrare la pressione
Che cosa si ricava da questi dati?
Non si immergeva a lungo
né profondamente
Pakicetus
Mesonyx
1834: “Basilosaurus”
(Eocene 47-38 Ma fa)
in sedimenti marini
Lunghezza 15-18 m
1990: arto posteriore
da terrestre ma
troppo piccolo per
sostenere il corpo
orecchio simile ai cetacei
Che cosa suggeriscono
queste informazioni?
Vita in mare
Arto non funzionale
residuo degli antenati
dalla vita terrestre
“Basilosaurus”
Pakicetus
Mesonyx
1993: Indocetus (46 Ma fa)
in bassifondi marini
Denti da carnivoro
Bacino e arto posteriore
grandi (simili a quelli dei Mesonychidi terrestri)
presumibilmente funzionali in terraferma
a sostenere il corpo
Ipotesi su come viveva?
In parte in mare (caccia) e in parte sulla riva
“Basilosaurus”
Indocetus
Pakicetus Mesonyx
1994: Ambulocetus natans
(49,5 Ma fa) in sedimenti
di mare poco profondo
Coda da mammifero di terra
Piccolo zoccolo alle ultime
falangi come nei Mesonychidi
Arti posteriori molto grandi
anteriori più piccoli e
limitati nel movimento
Colonna vertebrale flessibile
Che cosa suggeriscono queste informazioni?
Discendenza “recente” da antenati terrestri
Nuoto non per spinta della coda
ma per ondulazione verticale della colonna e
spinta degli arti posteriori
sulla terra movimento simile ai leoni marini
Lunghezza 4 m
“Basilosaurus”
Indocetus
Ambulocetus
Pakicetus Mesonyx
1994: Rodhocetus (46,5 Ma fa) in sedimenti di mare profondo
Lunghezza 3 m
Femore più piccolo rispetto all’Ambulocetus
Vertebre del sacro non fuse come nei mammiferi terrestri
flessibilità nell’ondulazione verticale
Corte vertebre cervicali
rigidità del collo vantaggiosa per fendere l’acqua
Che cosa suggeriscono queste informazioni?
Adattamento alla vita in acqua
La spina vertebrale sostiene muscoli che tengono sollevata la testa
Il bacino articolato con il sacro è un rinforzo nel
sostenere il peso della colonna vertebrale
Che cosa suggeriscono queste informazioni?
In acqua non sono necessari dispositivi antigravità
si tratta di residui degli antenati terrestri
“Basilosaurus”
Indocetus Rodhocetus
Ambulocetus
Pakicetus Mesonyx
15-23 m
15-18 m
3m
4m
1,5 m
Documentazione completa di
una transizione progressiva
dalla vita sulla terra
a quella in acqua
(adattamento)
15-23 m
15-18 m
3m
4m
1,5 m
Rivista
la relazione di
parentela con
i Mesonychidi
Che funzione ha la coda
in pesci e cetacei?
Dà spinta al corpo in acqua
Perché i cetacei hanno la coda orizzontale?
È un vantaggio per il movimento di uscita dall’acqua per respirare
Perché i pesci hanno la coda verticale?
Non devono emergere per respirare
Ma sarebbe uno svantaggio averla?
No
...
E dunque a cosa è dovuta la differenza?
Diversa flessibilità della
colonna vertebrale
Nei cetacei si flette in verticale
come nei mammiferi
Colonna vertebrale di mammifero (canide)
vista dal dorso
vista dal fianco
pesce
anfibio
Perché i cetacei hanno
una colonna vertebrale da mammiferi
polmoni come tutti i mammiferi e…
allattano come i mammiferi?
Sono mammiferi
ovvero hanno antenato comune
con gli altri mammiferi più recente (220 Ma)
dell’antenato comune con i pesci (500 Ma)
I cetacei e i sirenidi
sono mammiferi che
si sono evoluti in forme
adatte all’ambiente acquatico
a partire da 55 Ma fa
Gli adattamenti dei cetacei alla vita in acqua
come il sistema valvolare dello sfiatatoio
o il sistema uditivo (mandibola-orecchio interno)
o la scomparsa degli arti posteriori
o la coda orizzontale
sono esiti più recenti della “selezione naturale”
necessari per superare i vincoli posti da
strutture più profonde e basilari
(polmoni, colonna vertebrale)
ereditate dagli antenati mammiferi
