Un gruppo di ricerca internazionale guidato da James Rawson dell’Università di Bristol, in collaborazione con l’Università Pompeu Fabra di Barcellona e con l’University College di Londra, ha analizzato statisticamente le differenze nel numero di ossa del cranio e di loro collegamenti tra pesci e primi tetrapodi, smentendo una correlazione tra modificazioni craniali e migliore adattamento ai vincoli fisici della terraferma.

Lo studio è stato pubblicato su Science Advances.

Complessità “topologica”

È già stata ipotizzata una riduzione del numero delle ossa craniali nella transizione da pesci a tetrapodi, seppur in studi parziali. Ma qual è stato il suo l’impatto sulle prime fasi dell’evoluzione dei tetrapodi?

L’approccio adottato dal gruppo di ricerca si basa su una metodologia statistica chiamata analisi delle reti. Questo strumento permette di modellizzare la distribuzione delle ossa craniali tra i gruppi considerati, così da costruire una mappa topologica dove i nodi rappresentano il numero di ossa e i collegamenti indicano le suture tra queste. Il numero di connessioni definisce la complessità della rete: maggiori le connessioni, maggiore la complessità.

Rawson e colleghi hanno attinto dai dati di letteratura di 76 taxa estinti e 34 viventi, investigando innanzitutto se la riduzione nel numero di ossa craniali nel passaggio da pesci a tetrapodi abbia semplificato o aumentato la complessità topologica craniale. Hanno poi cercato di capire se questa riduzione abbia promosso una maggiore diversità craniale o se sia stata un vincolo. Infine si sono chiesti se e come l’evoluzione della diversità craniale abbia avuto un impatto sull’evoluzione del restante apparato scheletrico.

Meno ossa, più connesse
Gli autori descrivono innanzitutto topologie craniali diverse per tetrapodi e pesci. Questi ultimi mostrano crani con un numero di ossa maggiori di quelle dei tetrapodi, che però mantengono lo stesso numero di connessioni con meno ossa, mostrando così una topologia più complessa. Questa tendenza è stata poi ulteriormente confermata anche da un punto di vista evolutivo, cioè le ossa tendono a diminuire e la complessità ad aumentare in tutti gruppi tassonomici.

Ma questi cambiamenti nella complessità hanno anche incrementato la diversità morfologica dei crani nel tempo? Detto altrimenti, è possibile che questi cambiamenti del numero di ossa e della loro disposizione siano correlati alla diversità dei crani che osserviamo oggi? Secondo gli autori la risposta è no: risultati descrivono anzi un declino della diversità dei crani nel periodo che va da 425 a 250 milioni di anni fa.

Vincoli evolutivi
Inoltre, la riduzione del numero di ossa e l’aumento della complessità topologica dei crani dei primi tetrapodi non risulta direttamente correlata all’evoluzione dello scheletro post-craniale (assile e delle appendici). Infatti i fossili dei primi tetrapodi mostrano crani con un numero di ossa inferiore a quello dei pesci, ma un corpo complessivamente adattato alla vita acquatica. Nonostante le aspettative, la riduzione del numero di ossa craniali non sembra associate agli adattamenti ai vincoli fisici della terraferma. Lasciamo parlare gli autori:

“Per concludere, notiamo che la riduzione nel numero di ossa relativo all’origine dei tetrapodi è associata a un incremento della complessità delle saldature tra le ossa stesse e a una topologia craniale più interconnessa e meno modulare. Tuttavia, rispetto a quanto ci aspettavamo, questi cambiamenti anatomici hanno portato a una ridotta variabilità nella complessità topologica prima dell’emersione dei tetrapodi.”

Anzi, sembrerebbe proprio che questi cambiamenti abbiano, in un certo senso, “ristretto” le loro potenzialità evolutive. Ancora gli autori:

“Si nota una bassa variabilità topologica lungo il Devoniano e il Carbonifero e questa potrebbe essere il risultato di vincoli meccanici o dello sviluppo associati all’evoluzione del collo e alla perdita e fusione delle ossa della porzione più rostrale del cranio. Questi cambiamenti nella morfologia craniale non stanno al passo con le modificazioni delle pinne in arti presenti fin dai primi fossili dei tetrapodi.”

Serviranno ulteriori studi per gettare ulteriore luce su questo passaggio cruciale dell’evoluzione dei viventi.

Riferimenti: Rawson, J. R. G., Esteve-Altava, B., Porro, L. B., Dutel, H., & Rayfield, E. J. (2022). Early tetrapod cranial evolution is characterized by increased complexity, constraint, and an offset from fin-limb evolution. Science Advances, 8(36), eadc8875. doi: 10.1126/sciadv.adc8875 

Immagine: di Nobu Tamura, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons