L’evoluzione dei mangiatori d’erba africani

Denti fossili di erbivori africani mostrano che nel corso degli ultimi 10 milioni di anni, diversi consumatori di foglie e germogli iniziò a pascolare sull’erba. Kevin T. Unoa, Thure E. Cerlinga, John M. Harris, Yutaka Kunimatsu, Meave G. Leakey, Masato Nakatsukasa e Hideo Nakaya, un team dell’Università dello Utah hanno pubblicato su Proceedings of the internazionale di ricerca National Academy


Denti fossili di erbivori africani mostrano che nel corso degli ultimi 10 milioni di anni, diversi consumatori di foglie e germogli iniziò a pascolare sull’erba. Kevin T. Unoa, Thure E. Cerlinga, John M. Harris, Yutaka Kunimatsu, Meave G. Leakey, Masato Nakatsukasa e Hideo Nakaya, un team dell’Università dello Utah hanno pubblicato su Proceedings of the internazionale di ricerca National Academy of Sciences (PNAS), una ricerca che analizza i denti fossili delle specie legate alla savana, alle praterie o altri ambienti aperti africani, ricchi di erba (piante C4). La loro dieta è stata registrata dai rapporti tra gli isotopi di carbonio presenti nello smalto dei loro denti fossili. I rapporti degli isotopi rivelano se un animale mangiato piante che hanno utilizzato la cosiddetta fotosintesi C3 o quelle che hanno utilizzato la C4 per convertire la luce solare in energia. Le piante C3 includono alberi, arbusti ed erbe di climi con  stagione fredda. La maggior parte delle piante C4 sono erbe di ambienti con stagione calda e carici che si trovano comunemente nei tropici. Oggi in Africa orientale, quasi tutte le erbe sono erbe C4. Il carbonio proveniente dalla dieta, cioè dal consumo di uno dei due tipi di piante, è incorporata nello smalto dei denti, permettendo ai ricercatori di determinare se gli animali morti da tempo pascolavano su erbe C4 o si nutrivano su arbusti e alberi che sono piante C3. I cambiamenti climatici globali o regionali hanno il potenziale per trasformare una foresta in savana e viceversa.

Quando questo accade su grandi aree, gli animali devono cambiare la loro dieta o affrontare le conseguenze che, in casi estremi, potrebbero significare trasferirsi in un nuovo habitat o andare incontro all’estinzione. Il record fossile, soprattutto denti e la dieta dei diversi erbivori dell’Africani orientale, da 10 a 3 milioni di anni fa, mostra che un drammatico cambiamento è avvenuto a in tempi differenti. Il cambiamento è stato il passaggio dal consumare piante C3, cioè alberi, arbusti ed erbe di climi con una stagione fredda al consumare erbe C4 di climi con una stagione calda, tropicale, comparsa per la prima volta in Africa orientale tra 10 e 15 milioni di anni fa. L’adozione del consumo delle erbe C4 da parte degli animali erbivori, che iniziò dopo la comparsa della stagione calda e delle sue erbe C4, avvenne in Africa orientale, per la prima volta, molto tempo prima che le savane cominciarono a diffondersi rapidamente nella regione. Prove precedenti indicano che l’Africa Orientale era dominata da ecosistemi con piante C3 (alberi, arbusti ed erbe con un clima con stagione fredda) durante il medio e tardo Miocene, da 16 a 5 milioni di anni fa circa, ma che paesaggi con mosaico a piccole savane di erbe C4 erano già presenti. Precedenti ricerche non avevano trovato alcuna prova di estese savane, diffuse prima di 4,2 milioni di anni fa, ma un grande cambiamento verso gli ambienti aridi nella regione iniziò circa 2,7 milioni di anni fa, ed è solo nel corso dell’ultimo milione di anni che le savane diventare dominanti, come lo sono oggi in Africa Orientale.

Prima di 4,2 milioni di anni fa la savana non era estesa come oggi e quindi non c’era abbastanza erba C4 per erbivori capaci di cibarsene. Gli erbivori adatti al consumo di erbe C4 avevano denti più lunghi e meno soggetti all’azione abrasiva dovuta alla masticazione di tessuti vegetali più fibrosi e ricchi di silicio, come quelli delle foglie delle Graminacee, che sono piante C4. La maggiore disponibilità di erbe C4 ha significato la presenza di una nuova fonte di cibo disponibile per qualsiasi erbivoro capace di masticare e digerire tessuti vegetali più fibrosi, ricchi di silicio abrasivo, più contenuto di cellulosa e una bassa qualità nutrizionale, rispetto alle piante C3. La comparsa di piante C4 fu una nuova risorsa alimentare che influenzò l’evoluzione di numerosi mammiferi erbivori. Il nuovo studio ha mostrato questa storia “dietetica” per gli erbivori dell’Africani Orientale:

•Gli Equidi miocenici, da cui la zebra si è evoluta, sono stati i primi erbivori a sviluppare una dieta a base principalmente di piante C4. Tra 9,9 milioni di anni fa e 7,4 milioni di anni fa, hanno fatto una transizione rapida, come mostrano i dati paleontologici, dal cibarsi di foglie e germogli di alberi e arbusti a cibarsi quasi esclusivamente di piante C4.

•I rinoceronti miocenici hanno inoltre adottato principalmente una dieta a base di piante C4 prima della maggior parte delle altre famiglie di erbivori dell’Africa Orientale 9,6 milioni di anni fa. Tuttavia, alcune specie hanno continuato a nutrirsi di foglie e germogli di alberi e arbusti o hanno alternato una diete di piante C3 con piante C4. In questo modo le diverse specie di  rinoceronti miocenici non sono state necessariamente in competizione per il cibo, come accade con i moderni rinoceronti, in cui il rinoceronte bianco si nutre in prevalenza di piante C4 e il rinoceronte nero di piante C3.

•Due linee ancestrali di elefanti miocenici, cioè Elephantidae e Gomphotheriidae, non iniziarono il loro passaggio al consumo di piante C4 fino a circa 7,4 milioni di anni fa, per adottarlo come alimento pressoché esclusivo per diversi milioni di anni, salvo tornare a una dieta prevalentemente a base di piante C3 in tempi recenti, cioè circa un milione di anni fa. Oggi, gli elefanti africani e asiatici mangiano soprattutto piante C3, quindi alberi ed arbusti.

•Per i suidi miocenici, antenati dei potamoceri e dei facoceri moderni, il passaggio fu graduale, sviluppandosi, in maniera talora incompleta, con un mix di piante C4 e piante C3, con predominanza di Graminacee, fra i 6,5 e i 4,2 milioni di anni fa.
I suidi moderni occupano molti ecosistemi, essendo onnivori, come quella dei suidi miocenici, ma la loro dieta “erbivora” integra sia piante C4 che piante C3.

•L’ippopotamo comune mangia oggi principalmente piante C4, ma 9,9 milioni di anni fa, i suoi antenati erano consumatori esclusivi di piante C3, cioè alberi e arbusti. Il cambiamento alimentare da piante C3 a piante C4 fu graduale.

•I bovidi, che oggi comprendono gazzelle, gnu e buffalo del capo, si nutrivano di piante C4 9,6 milioni di anni fa, ma alcune specie hanno mantenuto una dieta a base di piante C3, altre consumano piante C4 e alcune specie si nutrono di entrambi i tipi di piante.

•I Deinotheriidae, un gruppo di proboscidati del Vecchio Mondo, con due zanne mandibolari e ormai estinti, non mostrare alcun segno di consumo di piante C4 erba nella loro dieta e nel corso della loro storia evolutiva.

•I Giraffidi miocenici, da cui deriva la giraffa moderna, hanno conservato lo stretto legame evolutivo con le piante C4 arboree, cioè tra “l’albero di acacia e la sua giraffa”.

La collezione paleontologica da esamire è costruita da un record fossile che raccoglie 7 milioni di anno di coevoluzione tra erba ed erbivori, mostrando quando il cambiamento di dieta sia avvenuto. In particolare, lo studio analizza il periodo storico che va da 10 milioni a 3 milioni di anni fa, analizzando i rapporti degli isotopo di carbonio nei 452 denti fossili, raccolti da nove famiglie di animali che vivono in tre siti in Kenya e in cui vivevano anche gli antenati dell’uomo. Il passaggio da una dieta a prevalenza di foglie di alberi ed arbusti (piante C3) a una a prevalenza di erba fu legata a cambiamenti nell’ambiente in cui gli animali vivevano. Il lavoro di Unoa e del suo gruppo di ricerca dimostra che l’erba iniziò a svilupparsi prima che l’ecosistema a savana iniziasse a diffondersi. L’ecosistema a piante C3 dominò infatti l’Africa Orientale per tutto il periodo compreso fra 16 e 5 milioni di anni fa, con l’eccezione di alcune aree C4, distribuite a macchie di leopardo. Il record fossile, 452 denti, è il primo ad illustrare la risposta dietetica tra le famiglie erbivore alla comparsa di erba in Africa orientale, almeno 10 milioni di anni fa, la stesa erba che oggi è l’alimento principale di molti erbivori africani. I risultati descrivono un quadro di differenziazione dietetica come risposta ai cambiamenti climatici e quindi del paesaggio avvenuti in un un periodo che include la comparsa di ominidi precedenti all’uomo, quindi gli animali rispondano in modo diverso al cambiamento ecologico.

Riferimenti
Late Miocene to Pliocene carbon isotope record of differential diet change among East African herbivores. PNAS April 4, 2011, doi: 10.1073/pnas.1018435108

Tratto da Evoluzionista Impertinente, il blog di Paride Fusco

Foto di Andrea Romano