Un gruppo di ricerca internazionale guidato da Giovanni Mussini, ricercatore dell’università di Cambridge, ha reinterpretato uno dei più famosi fossili della storia della paleontologia: Pikaia gracilens, ad oggi uno dei più antichi cordati conosciuti. L’analisi rivelerebbe una scoperta sorprendente: il fossile finora sarebbe stato interpretato al contrario. La ricerca è stata pubblicata su Current Biology.

Pikaia, il simbolo del Cambriano

Pikaia gracilens è un piccolo cordato estinto, vissuto circa 500 milioni di anni fa nel periodo Cambriano. Scoperto nel 1911 dal paleontologo americano Charles Dolittle Walcott nel giacimento fossilifero di Burgess Shale, nella Columbia Britannica canadese, per più di 60 anni è stato ritenuto un verme, appartenente al phylum Anellida. Fu la lunga sequenza di miomeri addominali a favorire questa interpretazione e così, per la scienza, Pikaia sarebbe rimasta un invertebrato per più di 60 anni.

Solo nel 1979 il paleontologo Simon Conway Morris ne rivoluzionò la classificazione, dopo aver scoperto nel fossile l’esistenza di una struttura simile a una notocorda, la struttura assile che nei vertebrati precede lo sviluppo di una vera e propria colonna vertebrale. La scoperta di Conway Morris avrebbe cambiato la storia della paleontologia, attribuendo alla piccola Pikaia il ruolo di più antico cordato fino ad allora conosciuto.

La storia di questo ribaltamento concettuale, e dell’importanza dell’esplosione e della successiva estinzione della maggior parte dei piani corporei sperimentati dall’evoluzione sulla Terra, sarebbe stata raccontata circa 10 anni dopo dal grande paleontologo e biologo dell’evoluzione, Stephen Jay Gould, in uno dei suoi libri più famosi, La vita meravigliosa.

Un cordato un po’ diverso

Eppure Pikaia gracilens ha sempre mostrato dei tratti leggermente differenti, sia rispetto agli altri cordati viventi, sia rispetto degli altri animali della stessa collezione fossile. Quello che è stato identificato come “organo dorsale” è sempre stato cuticolarizzato, e quindi diverso da una “vera” corda dorsale, pur avendo una forma tubolare e un decorso longitudinale. All’appello mancava un vero tratto digerente.

Inoltre Conway Morris osservò un unico lungo vaso sanguigno ventrale senza alcuna ramificazione che potesse mostrare una chiusura del circuito cardiocircolatorio. Infine, Pikaia mostrava delle antenne cefaliche ma soprattutto una fila di appendici anteriori, disposte ventralmente, ritenute organi sensori di sondaggio del fondale marino.

Si trattava già allora di caratteristiche che, pur includendo Pikaia tra i cordati, non lo avvicinavano all’anatomia di altri animali presenti nello stesso giacimento fossilifero. Pikaia si presentò da subito come un cordato un po’ diverso.

Ma secondo Mussini e colleghi, queste deviazioni non erano imputabili a un errore di catalogazione. Semplicemente Conway Morris studiò il fossile sottosopra.

Una Pikaia sottosopra

Secondo gli autori, quello che Conway Morris identificò come un unico, lungo vaso sanguigno ventrale sarebbe in realtà un cordone nervoso. L’analisi chimica della sezione lo dimostrerebbe: la porzione è risultata ricca di lipidi, evidenza indiretta di un antico sistema nervoso assile. Gli studiosi non hanno identificato la notocorda, tuttavia la presenza del cordone nervoso implica la sua esistenza, senza contare che spesso la notocorda non è identificabile in altri cordati.

Forti della scoperta, gli autori hanno chiarito che quello che finora sarebbe sempre stato considerato la prova dell’appartenenza di Pikaia gracilens ai vertebrati, l’ “organo dorsale”, sarebbe in realtà una porzione del tubo digerente: analisi ad alta risoluzione hanno infatti mostrato che la porzione anteriore di questo organo si allargherebbe ed estenderebbe alla regione faringeale dell’animale. Lì si aprirebbe, circa all’altezza della testa. Secondo gli autori, una prova importante di questo sarebbero i margini carbonacei ricchi di lipidi e di sedimenti alimentari.

A quel punto, per Mussini e colleghi, il campo era sgombro anche per reinterpretare le appendici anteriori che, anziché essere disposte verso il fondo marino, venivano ora rivolte dorsalmente alla corrente dell’acqua. Da appendici ventrali anteriori, per gli autori questi caratteri sarebbero branchie dorsali.

Si tratta quindi di un vero e proprio ribaltamento in senso dorso-ventrale.

Comunque vicini

Conseguenza di questo ribaltamento morfologico è stato anche il tentativo di rivedere la posizione evolutiva della piccola Pikaia tra i cordati. Il gruppo ha sviluppato una nuova analisi filogenetica comprendente 102 taxa e 625 caratteri, oltre a incorporare altri taxa fossili con caratteri potenzialmente in comune con i vertebrati viventi. Alcuni di questi sono altri fossili della collezione cambriana di Burgess Shale, come Vetucolia, Yunnanzoon, Metaspriggina e Myllokunmingia.

L’analisi filogenetica non ha ribaltato la distanza evolutiva di Pikaia dai vertebrati, confermando l’appartenenza a uno stem group dei Cordati, ossia un gruppo che accoglie animali estinti ma filogeneticamente vicini al crown group, cioè la linea di discendenza principale del gruppo dai vertebrati viventi all’antenato comune.

Gli autori fanno notare che la combinazione di nuova analisi morfologica e conferme derivate dall’analisi filogenetica sarebbe coerente con quanto sappiamo della regolazione genica nei vertebrati, in particolare con quella degli importanti geni HOX. Pikaia mostrerebbe pienamente che 500 milioni di anni fa i network genetici di base dello sviluppo di notocorda, branchie, porzione branchio-faringea del corpo erano già evoluti.

La nostra Pikaia dunque continua a far parlare di sé, a più di un secolo dalla sua scoperta e oltre 500 milioni di anni dopo la sua evoluzione. Niente male, per un piccolo verme poi reinterpretato come vertebrato ed ora nuovamente sottosopra. Nuove analisi del fossile e dei suoi vicini sapranno dire ancora di più dell’origine dei vertebrati, quel grande subphylum a cui apparteniamo anche noi.

Riferimenti:

Mussini, G., Smith, M. P., Vinther, J., Rahman, I. A., Murdock, D. J. E., Harper, D. A. T., & Dunn, F. S. (2024). A new interpretation of Pikaia reveals the origins of the chordate body plan. Current Biology, 34(13), 2980–2989.e2. doi: 10.1016/j.cub.2024.05.026

Immagine: Di Nobu Tamura (http://spinops.blogspot.com) – Opera propria, CC BY 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=19459659