Quando a scuola ci hanno insegnato l’evoluzione dei vertebrati, ci è stata raccontata una versione forse un po’ troppo semplificata di come sono effettivamente andate le cose: alcuni pesci si sono evoluti in anfibi, alcuni anfibi in rettili e, da questi ultimi, sarebbero poi comparsi i mammiferi. La storia evolutiva dei tetrapodi (come dice il termine, i vertebrati dotati di quattro arti) che hanno colonizzato la terraferma è però molto più complessa di così e lo dimostra una nuova ricerca pubblicata su Science. Lo studio, condotto da Jason D. Pardo, ricercatore associato del Field Museum of Natural History di Chicago, e da Arjan Mann, della Lauer Foundation for Paleontology, Science and Education, propone un’idea rivoluzionaria: i primi tetrapodi, a differenza di come si pensava, potrebbero non aver attraversato una fase larvale e una metamorfosi simili a quelle degli anfibi moderni che noi tutti conosciamo.

“Quando eravamo al liceo, a molti di noi è stata insegnata questa versione semplificata dell’evoluzione: alcuni pesci si sono evoluti in anfibi, alcuni di questi anfibi si sono evoluti in rettili e alcuni di questi rettili si sono evoluti in mammiferi. […] Questa premessa fondamentale, ovvero che i primi vertebrati a quattro zampe si siano evoluti come anfibi, è sbagliata”, sottolinea Pardo nel comunicato stampa del Field Museum (traduzione dell’autrice).

La scoperta di Pardo e Mann non mette in discussione la storia evolutiva dei tetrapodi a trecentosessanta gradi, ma rivede un aspetto importante della storia filogenetica, ovvero il modo in cui questi animali si sviluppavano nelle prime fasi della loro vita, appena dopo essere usciti dall’uovo.

Le collezioni di fossili del Mazon Creek

Il giacimento fossilifero di Mazon Creek si trova nell’Illinois centrale ed è formato da grandi concrezioni di siderite che preservano un biota molto diversificato. I depositi si formarono in un sistema deltizio e comprendono associazioni di ambiente terrestre e d’acqua dolce, oltre ad altre di prodelta ed estuario con influenza marina. I reperti, raccolti nel tempo da collezionisti professionisti e amatoriali e conservati in collezioni pubbliche e private, hanno messo a disposizione dei due ricercatori numerosi fossili di tetrapodomorfi primitivi. Alcuni conservano perfino parti molli, che in genere scompaiono durante la fossilizzazione e si sono rivelate particolarmente utili per lo studio.

Più nello specifico, Pardo e Mann hanno esaminato le collezioni di Mazon Creek provenienti non solo dal Field Museum of Natural History, dal Royal Ontario Museum, dallo Smithsonian National Museum of Natural History, dal Milwaukee Public Museum e dalla Lauer Foundation for Paleontology, Science and Education, ma anche dalle collezioni private associate all’Earth Sciences Club of Northern Illinois. Grazie a queste numerose collezioni, i ricercatori sono stati in grado di identificare stadi precoci successivi alla schiusa in tre gruppi di tetrapodomorfi basali (megalittidi, aistopodi ed embolomeri), creando una documentazione anatomica della loro storia evolutiva, sulla quale si basa la scoperta.

La scoperta dei fossili

“È la prima volta che troviamo esemplari così precoci, appena nati. Questa scoperta è una vera testimonianza della straordinaria importanza di Mazon Creek, il sito da cui provengono questi fossili”, ricorda Arjan Mann nello stesso comunicato (traduzione dell’autrice).

Il valore dei fossili analizzati da Pardo e Mann non risiede soltanto nella loro rarità, ma anche nel loro ottimo stato di conservazione. Grazie a questi reperti, i ricercatori sono infatti riusciti a osservare com’erano fatti questi animali nelle primissime fasi della loro vita, ottenendo una documentazione fossile estremamente difficile da ricostruire, che comprende anche parte dei tessuti molli degli individui, come il sacco vitellino.

Tra gli esemplari analizzati, il meglio conservato è un embolomero (un rettiliomorfo dall’aspetto simile a quello di un coccodrillo, discendente da un tetrapode simile a un anfibio), catalogato con la sigla FMNH PR 1082. L’animale probabilmente morì prima di iniziare ad alimentarsi, dato che conserva quello che sembra un sacco vitellino addominale. L’altro esemplare, FMNH PR 5106, potrebbe appartenere alla stessa specie; è leggermente più piccolo e conserva anch’esso tracce di un sacco vitellino.

Oltre a questi due embolomeri, i ricercatori hanno identificato anche un aistopode (un tetrapode privo di arti, morfologicamente simile a un serpente) appena nato, catalogato con la sigla USNM PAL 785706 e probabilmente appartenente alla specie Phlegethontia longissima. Le analisi hanno inoltre considerato numerosi esemplari di Esconichthys apopyris, un pesce sarcopterigio tetrapodomorfo della famiglia dei megalittidi, e numerosi fossili ai primi stadi vitali di tetrapodi del ramo dei lissanfibi, compresi alcuni temnospondili.

Ma quindi, la metamorfosi?

Se i primi tetrapodi avessero già avuto un ciclo vitale caratterizzato da una fase larvale simile a quella degli anfibi moderni (quindi uovo-girino-adulto), ci si sarebbe aspettato di trovare fossili con strutture tipiche di questa fase transitoria. Negli esemplari analizzati, però, non sono state individuate strutture larvali transitorie, comprese quelle associate alla respirazione branchiale. Questa assenza sostiene l’ipotesi che la “metamorfosi acquatica” non abbia un’origine così antica.

I fossili studiati da Pardo e Mann suggeriscono piuttosto uno sviluppo diretto dei primi tetrapodi.

Gli esemplari fossilizzati mostrano, già nelle prime fasi dopo la schiusa, un precoce sviluppo della testa e l’ossificazione della scatola cranica, così come delle ossa dentigere. Inoltre, l’assenza di cartilagini soprarostrali e infrarostrali supporta l’ipotesi che queste caratteristiche siano “novità” esclusive degli anfibi “moderni”. Nel complesso, la rapida ossificazione osservata negli esemplari giovanili insieme all’assenza delle caratteristiche proprie di una fase larvale transitoria suggeriscono quindi che i primi tetrapodi potessero svilupparsi direttamente verso una morfologia più simile a quella adulta, senza attraversare una fase larvale e una successiva metamorfosi come quelle che osserviamo oggi negli anfibi.

Quindi lo stadio a girino branchiato?

Chiare tracce della presenza di branchie esterne dopo la schiusa delle uova si ritrovano in alcuni temnospondili del ramo dei lissanfibi e sono documentate da numerosi fossili anche al di fuori di Mazon Creek. Stando a una ricostruzione parsimoniosa della storia evolutiva e tenendo conto di ciò che Pardo e Mann riportano nella loro ricerca, si possono ipotizzare due storie evolutive ugualmente possibili, poiché già documentate, rispettivamente, in alcuni pesci attinotterigi e negli anfibi moderni. La prima prevede che la metamorfosi sia comparsa una sola volta alla base del gruppo corona dei tetrapodi (crown tetrapods), per poi andare perduta in più linee evolutive; la seconda, invece, che le larve dotate di branchie esterne non siano un’eredità di un unico antenato comune, ma siano comparse indipendentemente in diverse linee evolutive.

Sul piano temporale, le analisi suggeriscono che uno sviluppo simile a quello che oggi osserviamo negli anfibi moderni potrebbe essere comparso tra 40 e 60 milioni di anni dopo l’origine dei primi tetrapodi, come caratteristica evolutiva acquisita in seguito all’interno del gruppo e non come elemento decisivo per l’origine e l’adattamento dei tetrapodi. In altre parole, la transizione dall’acqua alla terraferma dei tetrapodi non sarebbe stata necessariamente accompagnata, almeno non fin dall’inizio, da un ciclo vitale con larva acquatica, metamorfosi e adulto. I tetrapodi potrebbero invece aver raggiunto una morfologia adatta alla vita sulla terraferma attraverso un percorso evolutivo molto diverso da quello che si immaginava. In quest’ottica, ancora una volta, la storia dell’evoluzione si rivela molto più intricata e ramificata di quanto appaia.

Riferimenti

Jason D. Pardo, Arjan Mann, Direct development of stem tetrapods across the fin-to-limb transition. Science 392, 1292–1296 (2026). DOI: 10.1126/science.aeb7635.

Immagine in apertura: Nobu Tamura, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons.