Arti dei tetrapodi: una storia iniziata in acqua

Le ricerche sui pesci fossili del tardo periodo Devoniano, circa 375 milioni di anni fa, descrivono in dettaglio l’evoluzione delle pinne nel momento in cui hanno iniziato a trasformarsi in arti adatti a camminare sulla terraferma


L’evoluzione delle pinne in arti, che permisero il sostegno del corpo sulla terraferma, è iniziata ben prima che i primi tetrapodi uscissero dall’acqua (Pikaia ne ha parlato qui e qui). Le pinne, durante questa fase di transizione, hanno visto modificarsi le ossa grandi e distinte, nonché le parti di cartilagine che corrispondono a quelli della parte superiore del braccio, dell’avambraccio, del polso e delle falangi. Tuttavia spesso si è trascurato il ruolo che hanno giocato anche i fragili raggi dermici, le sottili formazioni ossee non collegate che non fanno parte dell’endoscheletro.

In un nuovo studio dell’Università di Chicago, pubblicato su PNAS, un gruppo di paleontologi ha indagato come le ossa delle pinne sono cambiate nel tempo, diventando zampe e dita riconoscibili nei tetrapodi terrestri. Lo studio si è concentrato su tre pesci dalle pinne carnose (sarcopterigi) del tardo Devoniano (anche se la storia dei tetrapodi terrestri pare essere iniziata prima; Pikaia ne ha parlato qui) con caratteristiche di transizione verso i tetrapodi più arcaici: Sauripterus taylori, Eusthenopteron foordi e Tiktaalik roseae (Pikaia ne ha parlato qui). Per lungo tempo si è ipotizzato che Sauripterus ed Eusthenopteron fossero completamente acquatici e usassero le loro pinne pettorali principalmente per il nuoto, anche se potrebbero essere stati in grado di utilizzare le stesse per puntellarsi sul fondo di laghi e torrenti; Tiktaalik, a differenza dei primi due, potrebbe essere stato in grado di sostenere la maggior parte del suo peso con le sue pinne e forse era addirittura in grado di utilizzarle per avventurarsi fuori dall’acqua per brevi viaggi attraverso i bassifondi e le pianure fangose.

Grazie alla scansione TAC, sono state esaminate la forma e la struttura dei raggi delle pinne fossili ancora incastonati nella roccia circostante. Strumenti di imaging hanno poi permesso ai ricercatori di costruire per la prima volta modelli digitali 3D dell’intera pinna di Tiktaalik, Sauripterus e Eusthenopteron nel record fossile senza il rischio di danneggiare le parti più fragili nel tentativo di estrarre i resti. Questi modelli sono stati poi utilizzati per dedurre il funzionamento delle pinne e la loro evoluzione in arti. L’attenzione dei ricercatori si è infatti rivolta anche ai delicati raggi e le spine delle pinne che formano un secondo, non meno importante, scheletro dermico (formato da quella moltitudine di ossa sottili molto simili ai raggi delle pinne dei pesci moderni), che in questo periodo subì anch’esso dei cambiamenti evolutivi. Queste parti sono spesso trascurate perché possono cadere a pezzi quando gli animali si fossilizzano o perché vengono rimosse intenzionalmente in fase di preparazione dei fossili per rivelare le ossa più grandi dell’endoscheletro. I raggi dermici formano la maggior parte della superficie di molte pinne di pesci, ma sono stati completamente persi nei primi tetrapodi terrestri.

Lo scopo della ricerca è stato quindi quello di comprendere le tendenze generali e l’evoluzione dello scheletro dermico prima che avvenissero tutti gli altri cambiamenti e che si evolvessero gli arti veri e propri. Vedendo per intero la pinna di Tiktaalik si ottiene un’immagine più chiara di come l’animale poteva sollevarla e muoverla. La pinna pare avesse una forma di zampa palmata che poteva appoggiarsi sul fondo fangoso di fiumi e torrenti (Pikaia ne ha parlato qui). I modelli generati hanno mostrato che i raggi delle pinne di questi animali erano semplificati e che la dimensione complessiva del reticolo nelle pinne era più piccola di quella dei loro predecessori. Sorprendentemente, i ricercatori hanno anche mostrato che la parte superiore e inferiore delle pinne erano più asimmetriche rispetto ai predecessori. In Eusthenopteron, per esempio, i raggi della pinna dorsale, erano leggermente più grandi e più lunghi di quelli ventrali. I raggi dorsali di Tiktaalik erano diverse volte più grandi dei suoi raggi ventrali, il che suggerisce che aveva muscoli che si estendevano sul lato inferiore delle pinne, come la base carnosa del palmo: una trasformazione utile a sostenere il suo peso: animali come Eusthenopteron eTiktaalik, riportano i paleontologi, sono passati dal nuotare liberamente e usare le pinne per controllare il flusso d’acqua intorno a loro, all’adattarsi a spingere contro la superficie sul fondo dell’acqua.

Dal confronto con gli scheletri dermici di pesci moderni, come lo storione e i pesci polmonati, i ricercatori hanno mostrato che alcune delle stesse differenze asimmetriche tra la struttura delle pinne superiori e inferiori sono presenti anche in queste specie, suggerendo che questi cambiamenti hanno avuto un ruolo importante anche nell’evoluzione dei pesci.

Questo studio delle strutture delle pinne nel loro insieme, rinvenute non solo nel record fossile, ma anche in specie viventi, non ci permette solo di comprendere meglio il pattern di transizione dalla pinna all’arto, ma alla funzione delle pinne più in generale.


Fonti
Thomas A. Stewart, Justin B. Lemberg, Natalia K. Taft, Ihna Yoo, Edward B. Daeschler, Neil H. Shubin. Fin ray patterns at the fin-to-limb transition. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2019; 201915983 DOI: 10.1073/pnas.1915983117

Immagine: Nobu Tamura email:nobu.tamura@yahoo.com  http://spinops.blogspot.com/ [CC BY-SA], via Wikimedia Commons