Riassunto:
Per molto tempo, la comunità paleontologica ha creduto generalmente che i primi tetrapodi separassero la testa dalle spalle e sviluppassero colli indipendenti per consentire alla testa di ruotare più liberamente, così da potersi nutrire in modo più efficace ed evitare i predatori nell'acqua o sulla terra. Tuttavia, un nuovo studio mette in discussione questa ipotesi popolare da decenni: i primi colli erano in realtà piuttosto rigidi, dando alla testa uno spazio di movimento molto limitato.
Nei pesci, le cinghie sono fissate direttamente al cranio, quindi il pesce può girare tutto il corpo solo se vuole guardare a sinistra o a destra. Circa 380 milioni di anni fa, alcuni animali che stavano passando dall'acqua alla terra iniziarono a sviluppare colli separati dai loro corpi. Ma una nuova ricerca mostra che questo cambiamento strutturale non ha dato alle loro teste molta libertà di movimento. Lo studio ha combinato nuove prove fossili con modelli di test meccanici su pesci vivi, dimostrando che questi primi colli rimanevano rigidi. Questo studio internazionale è stato condotto da Tom Stewart, professore assistente di biologia presso la Pennsylvania State University, e i risultati sono stati pubblicati sulla rivista Nature il 14 ottobre.
Il periodo devoniano va da circa 420 milioni a 360 milioni di anni fa. I fossili di questo periodo registrano molti animali che hanno sia caratteristiche acquatiche che caratteristiche legate alla vita terrestre. Alcuni di loro avevano pinne spesse che potevano essere abbastanza forti da sostenere il loro peso corporeo, permettendo loro di sostenersi in acque poco profonde o di spingersi lungo il fondo; allo stesso tempo, in questi pesci di transizione cominciarono ad apparire anche colli chiaramente differenziati.
Stewart ha affermato che questo è un periodo molto interessante nella storia della Terra, in cui si stanno formando le prime foreste e la Terra sta subendo una drammatica riorganizzazione. Comprendere esattamente quando e come la nostra stirpe ha effettuato la transizione dall’acqua alla terra e quali sistemi anatomici sono cambiati è una parte importante di questa storia. È interessante notare che molti dei cambiamenti avvenuti nelle ossa circa 380 milioni di anni fa si riflettono ancora oggi nei nostri corpi.
Questo tipo di pesce di transizione include Tiktaalik, i cui fossili sono stati trovati sull'isola di Ellesmere nel circolo polare artico nel Nunavut, in Canada. Stewart ha affermato che questo lotto di materiale è importante perché Tiktaalik è uno dei parenti più stretti dei vertebrati dotati di arti e ci aiuta a ricostruire molti dei passaggi intermedi nella transizione alla vita sulla terra, come il passaggio dal succhiare l'acqua al mordere sulla terra, e dal nuotare al camminare.
Per gli antenati dei tetrapodi (vertebrati con quattro arti), essere in grado di guardare in basso o lateralmente potrebbe averli aiutati a trovare cibo ed evitare i predatori in acque poco profonde o sulla terra. Gli scienziati hanno quindi ritenuto che il movimento indipendente della testa potesse avere maggiore valore in un ambiente del genere che in acque profonde. Stewart ha detto che Tiktaalik è stato descritto per la prima volta nel 2006, e per decenni si è ragionevolmente supposto che questa separazione della testa e delle spalle dovesse aver permesso alla testa di muoversi più liberamente. Pertanto, almeno fino ad ora, è stata dominante l'ipotesi che "la mobilità del collo sia la forza trainante evolutiva di questo cambiamento nella struttura corporea dei tetrapodi".
Per verificare questa spiegazione, è necessario ricostruire una colonna vertebrale diversa da quella della maggior parte dei vertebrati odierni. I primi tetrapodi e i loro parenti avevano un tessuto simile a un bastoncino chiamato notocorda che correva per l'intera lunghezza delle loro spine; le loro vertebre erano molto piccole, disposte attorno a questa gigantesca massa di tessuti molli, e il loro comportamento meccanico era molto diverso dalle articolazioni tra le vertebre degli animali moderni. Stewart spiega che le spine dei pesci che subiscono questi cambiamenti sono per lo più costituite da tessuti molli, che non si conservano così facilmente nei fossili come le ossa. In questo caso, gli animali moderni possono essere usati come riferimento al passato, proprio come gli uccelli viventi ci aiutano a comprendere i dinosauri estinti.
Le spine costruite attorno a una notocorda sono rare oggi, ma un tempo erano comuni in tutta la storia della vita. Lo storione, un pesce lontanamente imparentato a volte chiamato "fossile vivente" per le sue caratteristiche originali, conserva ancora questa spina dorsale, rendendolo un argomento utile per studiare le proprietà meccaniche mancanti nel fossile. "Vogliamo capire come vivevano questi primi animali a quattro zampe e come ciò si rifletteva nei cambiamenti dei loro corpi", ha detto Stewart. È molto difficile ricostruire dove vive un animale, come si muove e quale è il suo comportamento. Ciò che rende questo studio degno di nota è che combina dati fossili con studi su animali vivi per ricostruire cosa significano i cambiamenti anatomici che vediamo per il loro comportamento da una prospettiva meccanica e funzionale.
I ricercatori hanno misurato la rigidità della notocorda degli storioni moderni e poi hanno applicato queste proprietà del materiale ai modelli di collo dei primi tetrapodi e parenti di transizione come Tiktaalik per verificare se separare le spalle dal cranio avrebbe effettivamente consentito alla testa di muoversi liberamente data la struttura spinale esistente. Dana Konessel, la prima autrice dello studio e ricercatrice post-dottorato presso l'Università di Uppsala in Svezia, ha affermato di aver condotto questo studio per scoprire l'impatto che questo cambiamento anatomico ha avuto su questi animali. La struttura della colonna vertebrale degli storioni è simile a quella dei primi tetrapodi, ma non sembra essere particolarmente rigida, quindi è rimasta sorpresa nello scoprire che quasi tutti questi animali non hanno una significativa mobilità della testa dopo la modellazione.
Queste stime tengono conto solo della colonna vertebrale stessa. I muscoli, la pelle e le ossa incorporati nella pelle di molti di questi animali possono limitare ulteriormente i movimenti, il che significa che l'intervallo di movimento del collo di un animale reale potrebbe essere inferiore a quanto suggerito dal modello. Questi animali alzano la testa non più del livello dei pesci, e talvolta meno, e il tipo di torsione della testa che possiamo fare quando scuotiamo la testa non è possibile in questi animali, ha detto Konessel.
Poiché la testa ha guadagnato poco spazio per movimenti aggiuntivi, i ricercatori suggeriscono che l'emergere di un collo indipendente è più probabilmente il risultato di cambiamenti anatomici associati alla locomozione con gli arti anteriori, con una maggiore flessibilità più un beneficio successivo che un vantaggio che inizialmente ha portato alla separazione della testa e delle spalle. "Sappiamo che i tetrapodi alla fine acquisirono una maggiore mobilità del collo, il che era chiaramente vantaggioso, ma i primi tetrapodi non erano in grado di godere di questo vantaggio a causa di vincoli anatomici", ha detto Konessel.
L'articolo è intitolato "Modeling Neck Mobility in Early Tetrapods Using Existing Analogies" e gli autori includono Dana E. Cornesel, Cassandra M. Donatelli, Han Linfang, Thomas A. Stewart, Andrew L. Traynor, Benjamin K. A. Otto, Marcos Martinez, Tetsuo Miyashita, Emily M. Standen e Hilary C. Martin. La ricerca è stata supportata da uno Steven Cohen Student Research Award della Society of Vertebrate Paleontology e da finanziamenti del Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada.
Commenti