Rettili che respirano come uccelli

La scoperta che i polmoni delle iguane verdi funzionano in modo simile a quelli degli uccelli costringe a rivedere la storia dell’evoluzione del sistema respiratorio
Si è sempre ritenuto che l’evoluzione di un sistema respiratorio di questo tipo potesse essere spiegata con le particolari prestazioni richieste dal volo a organismi, gli uccelli, endotermici, cioè capaci di ricavare il calore dal proprio metabolismo e di mantenere così una temperatura costante ed elevata al loro interno. È stato però dimostrato che anche nei polmoni degli alligatori americani (Alligator mississipiensis) e del varano della steppa (Varanus exanthematicus) avviene un flusso d’aria unidirezionale simile a quello degli uccelli. Se dunque, come appare evidente, questo tipo di respirazione non si è evoluta solo per soddisfare le elevate richieste energetiche del volo, come possiamo giustificare la sua presenza in rettili come gli alligatori e i varani? Il metabolismo di questi organismi, peraltro, è ectotermico, cioè ricava il calore dall’esterno e non è in grado di mantenere all’interno dell’organismo una temperatura costante. Eppure in questi rettili i polmoni presentano tratti anatomici simili a quelli degli uccelli, che rendono possibile il flusso unidirezionale dell’aria durante la respirazione. I varani della steppa sono predatori, perciò in alcune circostanze sono capaci di prestazioni elevate, in termini di lavoro muscolare e resistenza. Il loro metabolismo richiede perciò un adeguato consumo di ossigeno. È proprio a questo che potrebbe servire la respirazione mediante flusso unidirezionale?
Una nuova scoperta, illustrata su Proceedings of the National Academy of Sciences, rende la questione ancora più controversa e costringe a rivedere le idee sulla storia dell’evoluzione del sistema respiratorio nei Diapsidi, il gruppo da cui si sono originati dinosauri, uccelli e quelli che oggi definiamo rettili (fatta eccezione per le tartarughe, la cui esatta collocazione è ancora oggetto di discussione). Gli autori hanno dimostrato che anche nel sistema respiratorio delle iguane verdi (Iguana iguana) il passaggio dell’aria avviene attraverso un flusso unidirezionale, nonostante il fatto che l’anatomia dei polmoni di questi rettili sia differente non solo da quella degli uccelli ma anche da quella di altri rettili come i varani delle steppe e siano assenti alcune strutture ritenute, in precedenza, necessarie perché possa avvenire questo tipo di respirazione. Inoltre le iguane verdi sono animali erbivori, con un metabolismo dai consumi di ossigeno diversi da quelli di un predatore.
La respirazione secondo flusso unidirezionale, dunque, potrebbe essersi evoluta per assolvere a funzioni diverse da quelle ipotizzate finora. Questa scoperta, come scrivono gli autori, apre a un altro scenario: il flusso unidirezionale era una caratteristica del sistema respiratorio dei Diapsidi prima delle separazione nelle due linee degli Arcosauromorfi (coccodrilli, dinosauri, uccelli) e dei Lepidosauromorfi (serpenti, lucertole, tuatara), nel periodo Permiano (tra 299 e 252 milioni di anni fa).
Ma c’è un’altra possibilità. Potremmo essere di fronte a un caso di convergenza evolutiva. Questo tipo di fisiologia respiratoria potrebbe essere comparsa più volte in modo indipendente lungo le diverse linee evolutive che hanno portato agli uccelli e ai rettili attualmente esistenti.
Sarà necessario ampliare lo sguardo e studiare la fisiologia della respirazione in molti altri gruppi di vertebrati viventi, non solo rettili, per trovare la risposta di questo enigma evolutivo.
Antonio Scalari
Riferimento:
Immagine da Wikimedia Commons