Gli adattamenti imperfetti dei mammiferi marini

Uno studio sulla fisiologia cardiovascolare dei delfini e delle foche dimostra che il lungo percorso evolutivo che ha portato i loro progenitori dalla terraferma all’acqua non si è ancora concluso

Il passaggio dall’acqua alle terre emerse è un capitolo che non manca mai nei racconti sulla storia della vita sulla Terra, avendo costituito un passaggio fondamentale per la successiva radiazione evolutiva di numerosissime specie animali e vegetali. Ma ancora più interessante, dal punto di vista evolutivo, è ripercorrere la storia di quei gruppi di vertebrati discendenti da progenitori che dopo essersi adattati alla vita terrestre hanno, per così dire, iniziato a tornare indietro, dalla terraferma all’acqua. Alcuni, come le tartarughe, sembrano addirittura aver intrapreso questo viaggio più volte nelle due direzioni, dalla terra all’acqua e di nuovo alla terra.

Tra i mammiferi alcuni, come le balene e i delfini, sono arrivati fino al termine di questo percorso al contrario (nel senso che è altissimamente improbabile che i loro discendenti ritorneranno a colonizzare le terre emerse), ritornando a una vita completamente acquatica come quella dei loro antichi progenitori. Altri si sono fermati un po’ prima lungo questo cammino, come le foche che, pur avendo sviluppato una anatomia adatta al nuoto e all’immersione, trascorrono ancora una buona parte del tempo sulla terra, soprattutto per dare alla luce e allattare i piccoli. Il ritorno alla vita acquatica di questi mammiferi è stato reso possibile da numerosi adattamenti non solo della loro struttura anatomica ma anche della loro fisiologia. Tuttavia, studiando alcune di queste specie si può constatare come il processo evolutivo di perfezionamento di questi adattamenti sia ancora in corso. La vita in acqua mette ancora a dura prova la fisiologia di questi organismi, soprattutto durante alcune attività ad alto dispendio di energia.

È quanto dimostra uno studio, pubblicato su Nature Communications, sulla fisiologia cardiovascolare dei delfini (Tursiops truncatus) e delle foche di Weddell (Leptonychotes weddellii). I predatori marini come i delfini e le foche si trovano a dover localizzare e inseguire le loro prede in immersione, mentre trattengono il respiro e resistono alle enormi pressioni idrostatiche che si trovano in profondità. Un caso estremo, citato dagli autori, è quello dello zifio, o balena dal becco d’oca (Ziphius cavirostris), capace di immergersi fino a 3000 metri di profondità e di trattenere il respiro per più di due ore. Per molto tempo ci si è chiesti come la fisiologia di questi animali potesse essersi adattata a rispondere in modo efficiente allo sforzo richiesto da un tale esercizio fisico, in condizioni così estreme. Si ritiene che la risposta immediata all’immersione, da parte del sistema cardiovascolare di questi mammiferi, consista in un rallentamento del battito cardiaco (bradicardia) e in una vasocostrizione periferica, che consente di contenere il consumo della riserva di ossigeno disponibile durante l’apnea. Ma durante uno sforzo fisico, come quello necessario all’inseguimento delle prede, si attivano altri meccanismi che producono un effetto contrario, cioè un aumento del battito cardiaco (tachicardia). Qual è l’effetto combinato di queste due risposte sul cuore di questi animali?

Per trovare la risposta a questa domanda sono stati impiegati alcuni strumenti per rilevare il battito cardiaco, la frequenza di pinneggiata (misura dell’intensità dello sforzo fisico), la profondità e il tempo di immersione di diversi esemplari di foca di Weddell e di delfino. I risultati di queste misurazioni mostrano che il livello di profondità raggiunta e di sforzo fisico, insieme, alterano l’intensità della bradicardia durante l’immersione, che, a sua volta,  influisce sulla comparsa di alcune anomalie cardiache. Gli autori hanno infatti registrato un aumento della frequenza di aritmie cardiache all’aumentare dello sforzo fisico e della profondità. La variazione della frequenza del battito cardiaco può essere considerata l’effetto di due stimoli di segno opposto, dovuti all’azione del sistema nervoso simpatico e parasimpatico. Il sistema simpatico, durante lo sforzo muscolare, provoca l’aumento del battito cardiaco, mentre il sistema parasimpatico è responsabile della sua diminuzione in risposta all’immersione. Accade, così, che il fisiologico ritmo cardiaco possa essere alterato dall’alternarsi, in rapida successione, di tachicardia e bradicardia, in modo particolare durante l’inizio della risalita verso la superficie.

Per non superare i limiti fisiologici imposti dal loro sistema cardiovascolare, questi mammiferi, durante le immersioni, hanno adottato una risposta comportamentale che consiste nel controllare l’intensità dello sforzo. Per esempio, all’inizio della discesa in profondità le foche di Weddell si lasciano scivolare verso il fondo per poi iniziare a nuotare accelerando o decelerando più o meno intensamente e alternando la discesa a brevi risalite, durante l’inseguimento delle diverse prede.

È interessante constatare che una simile variazione del ritmo cardiaco avviene anche nell’uomo durante l’immersione subacquea in apnea. Come scrivono gli autori: «50 milioni di anni di evoluzione fisiologica durante il passaggio dalla terra al mare dei mammiferi marini potrebbero non aver completamente risolto il problema del bilanciamento delle risposte cardiache all’esercizio in immersione».

Decine di milioni di anni dopo l’inizio del cammino che ha portato i diversi progenitori di questi mammiferi dalla terraferma all’acqua, nei loro discendenti sopravvivono ancora tratti ancestrali “terrestri”, che testimoniano che questo viaggio evolutivo non si è ancora concluso.


Riferimento:
Terrie M. Williams, Lee A. Fuiman, Traci Kendall, Patrick Berry, Beau Richter, Shawn R. Noren, Nicole Thometz, Michael J. Shattock, Edward Farrell, Andy M. Stamper, Randall W. Davis. Exercise at depth alters bradycardia and incidence of cardiac anomalies in deep-diving marine mammals. Nature Communications, 2015; 6: 6055 DOI: 10.1038/ncomms7055

Immagine: Credit changehali, via Wikimedia Commons