Andata e ritorno, un racconto anfibio

SVEGLIAAA!!1! La tv non te lo dice ma l’uomo ha piantato delle pinne extra nei delfini per farli gareggiare!! Fate girare! Ok, seriamente, negli ultimi giorni sta facendo il giro della rete una foto di qualche anno fa: il delfino con le gambe. Ora, sebbene questo possa essere uno dei più bei nomi mai pensati per un pub, l’animale fotografato mostra semplicemente un “ricordo” evolutivo. E non è nemmeno l’unico. Oggi si esplora la roba strana che non dovrebbe essere nel corpo di chi la porta, ma che invece c’è. Per alcuni questo post potrebbe rappresentare un mio disperato grido di aiuto perché non ho più una coda prensile. Nulla di più falso. Lo giuro sulla fo**uta coda prensile che un giorno avrò.

La foto incriminata con a fianco due delfini (Tursiops truncatus) normali che giudicano le scelte di vita di quello a sinistra. Colgo l’occasione per ricordare che i delfini sono inquietanti a livelli notevoli già senza pinne extra, essendo contenitori mobili di parassiti come l’anisakis e avendo dato il via a quei quadretti da mezzo euro con gli arcobaleni. Immagini National Geographic Society.

La foto incriminata con a fianco due delfini (Tursiops truncatus) normali che giudicano le scelte di vita di quello a sinistra. Colgo l’occasione per ricordare che i delfini sono inquietanti a livelli notevoli già senza pinne extra, essendo contenitori mobili di parassiti come l’anisakis e avendo dato il via a quei quadretti da mezzo euro con gli arcobaleni. Immagini National Geographic Society.

Mantenere qualcosa che un tempo era utile ma oggi non lo è più è costoso per un organismo, sia in termini energetici sia a causa delle risorse sprecate. Gli antenati degli attuali ratiti, uccelli come gli struzzi e i casuari, hanno perso la capacità di volare quando si sono specializzati per la vita terricola. I cetacei, balene e delfini, hanno dismesso gli arti inferiori quando i loro progenitori hanno adottato definitivamente un’esistenza totalmente acquatica. Gli spettatori di “Uomini e Donne” hanno buttato via la loro corteccia cerebrale quando hanno scoperto che riuscivano a seguire il programma anche senza. La regola che vale sempre è quella della selezione naturale: quando una nuova caratteristica (o, in questo caso, la perdita di una vecchia) ti conferisce un vantaggio rispetto ai tuoi pari, puoi lasciare una prole più sana/numerosa che a sua volta erediterà la caratteristica e le permetterà di diffondersi.

Naturalmente il processo non ha nulla di intenzionale e nemmeno avviene dall’oggi al domani, ma se qualcosa è inutile o dannoso vi è un vantaggio a perderlo. È così che funziona in natura ed è così che dovremmo fare noi con cose che da tempo non sono che l’ombra di quanto erano in passato. Come “Alla fine arriva mamma”.

Questa perdita di caratteri, non più riacquistati, è abbastanza comune nel percorso evolutivo di molti organismi, tanto da meritare una vera e propria legge: la legge di Dollo. Formulata dal paleontologo Louis Dollo, recita più o meno così: “Un organismo è incapace di ritornare anche solo parzialmente a un precedente stadio già realizzato dai suoi antenati”. In pratica, se qualcosa viene perso lungo il cammino evolutivo, viene perso per sempre e non può essere ri-evoluto.

Prima di continuare l’articolo ed esporre le critiche alla legge vorrei solo ricordare che non ho problemi di nessun tipo con i paleontologi. Molti miei amici sono paleontologi. Mi rendo conto che essere paleontologi non è una cosa che si può scegliere e considero la loro battaglia per il permesso di sposarsi una questione di civiltà. Tra l’altro Dollo, oltre ad aver portato a termine ingegneria civile nel 1877 senza suicidarsi, ha trovato e montato 31 scheletri di iguanodonte. Io, nelle giornate migliori, non perdo le chiavi della macchina.

Louis Dollo, quello con in baffi, e un gabbiano (Larus occidentalis). Gli uccelli hanno perso i denti, carattere che i loro antenati teropodi possedevano. Grazie a Dio. Immagini Wikimedia Commons

Louis Dollo, quello con in baffi, e un gabbiano (Larus occidentalis). Gli uccelli hanno perso i denti, carattere che i loro antenati teropodi possedevano. Grazie a Dio. Immagini Wikimedia Commons

Tornando a noi, come può scomparire un carattere?

Per capirlo dobbiamo spostare la nostra attenzione sul DNA. Qui i geni contengono gli “schemi” per costruire le varie strutture di un organismo. Ma questi progetti non sono fissi e le mutazioni sono un fenomeno piuttosto frequente. Non è nulla di drammatico. Molti di questi eventi vengono scovati e corretti da meccanismi di riparazione del DNA e, qualora anche non venissero trovate, molte mutazioni sono innocue. Quindi, anche leggermente cambiati, molti geni continuano a codificare per lo stesso prodotto di prima. L’istituto Xavier per giovani dotati dovrà aspettare.

Continuiamo a prendere come esempi i cetacei. Gli arti posteriori sono scomparsi nelle balene e nei delfini, tuttavia non possiamo dire lo stesso dei geni che ne determinavano lo sviluppo. Se questi animali trotterellassero ancora sulla terra ferma come i loro antenati, i geni per lo sviluppo delle zampe posteriori sarebbero sotto forte selezione per essere mantenuti. Tuttavia ora i delfini e le balene nuotano nel mare, oltre che nei nostri sogni e quadretti in technicolor. I geni, prima essenziali, sono ora liberi di accumulare mutazioni senza particolari svantaggi per l’organismo. Sono queste mutazioni che, secondo la legge di Dollo, rendono inutilizzabile un gene e impediscono che una struttura scomparsa si ripresenti nei discendenti di un determinato gruppo di organismi. Stime recenti hanno definito come “estremamente improbabile” il fatto che una caratteristica abbandonata venga ri-evoluta dopo un periodo superiore ai 10 milioni di anni. Attenzione, non ho detto impossibile, perché i geni sono ancora lì .

Non potendo osservare direttamente quando un carattere viene perso ci si è rivolti alla filogenesi. La filogenesi è lo studio dei rapporti di parentela tra i viventi ed è quella disciplina che permette di costruire quei dendrogrammi chiamati a volte anche alberi della vita, pur non avendo nulla in comune con il sopravvalutatissimo film di Malick. Se dalle analisi filogenetiche risulta che la caratteristica persa da un antenato non si ripresenta in nessuno dei discendenti la legge di Dollo è rispettata.

Questo albero filogenetico mostra i caratteri persi e acquistati dai cetacei lungo la loro evoluzione. Il rettangolo in rosso evidenzia la perdita degli arti posteriori.  Come prevede la legge di Dollo, nessun rappresentante odierno dei misticeti e degli odontoceti  può portare le crocs. In alto c’è un ippopotamo perché è l’organismo vivente più strettamente imparentato con i cetacei. Sul serio. Immagine modificata da The Tangled Bank di C.Zimmer.

Questo albero filogenetico mostra i caratteri persi e acquistati dai cetacei lungo la loro evoluzione. Il rettangolo in rosso evidenzia la perdita degli arti posteriori. Come prevede la legge di Dollo, nessun rappresentante odierno dei misticeti e degli odontoceti può portare le Crocs. In alto c’è un ippopotamo perché è l’organismo vivente più strettamente imparentato con i cetacei. Sul serio. Immagine modificata da The Tangled Bank di C.Zimmer.

Come buona parte delle le leggi postulate agli inizi del 1900 la legge di Dollo è stata modificata mano a mano che le conoscenze scientifiche aumentavano tanto che oggi, nella sua più recente formulazione, essa postula che solo i “caratteri complessi” non verranno più ri-evoluti.

Però per quelli è valida no?

Per scoprirlo dobbiamo andare nelle umide foreste della Colombia. Qui, lontano dalle strade di Bogotà, vive la rana marsupiale di Guenther (Gastrotheca guentheri). Oltre ad essere un animaletto con la peculiare abitudine di portare le uova in tasche sulla schiena  questa anfibio ha un’altra caratteristica: è l’unica rana vivente con la mandibola provvista di denti.

Ok, ok, lasciate che vi spieghi perché la cosa è degna di nota.

Gli anfibi esistenti vengono raggruppati in 3 ordini: gimnofioni, caudati e anuri. Mentre i primi due raggruppamenti contengono animali con mandibole dentute, gli anuri (le rane) presentano denti solo sulla mascella. Tutte. Tutte le 4800-e-passa specie. Si ipotizza che questi animali abbiano perso questa caratteristica in quanto, per catturare la preda, utilizzano la lingua. La mandibola ha subito molte trasformazioni, prima tra tutte la perdita di denti, che le permettono di facilitare l’uscita della lingua durante la caccia. Le rane che cacciano prede di dimensioni maggiori (come altre rane) hanno mandibole più complesse, ed alcune hanno evoluto strutture simili a denti (ma non denti veri!) per permettere una presa più salda della vittima.

John Wiens della Università di Stony Brook (New York) ha stimato che la mandibola dentata, persa dagli antenati di tutti gli anuri viventi, è stata ri-evoluta dalla rana di Guenther almeno 225 milioni di anni dopo la sua scomparsa. Non solo la legge di Dollo non è rispettata (un carattere abbandonato si è ripresentato) ma anche il tempo in cui questo è avvenuto è totalmente fuori scala. Interessante anche il fatto che Triadobatrachus massinoti, un anfibio fossile considerato il primo anuro e vissuto nel triassico (245-250 milioni di anni fa), non avesse denti mandibolari. Probabilmente questa caratteristica era già stata persa in precedenza dagli antenati di Triadobatrachus, che comunque aveva validi motivi per non guardare alla vita con un sorriso, essendo totalmente incapace di saltare come invece fanno le rane attuali.

A sinistra una delle poche immagini esistenti di G.guentheri. A destra una ricostruzione di T.massinoti. La tristissima storia di questo anfibio è già stata scelta da Tim Burton per un film. Johnny Depp ha avuto il ruolo di Triadobatrachus. Immagini Biodiversity institute (University of Kansas)e Wikimedia Commons

A sinistra una delle poche immagini esistenti di G.guentheri. A destra una ricostruzione di T.massinoti. La tristissima storia di questo anfibio è già stata scelta da Tim Burton per un film. Johnny Depp ha avuto il ruolo di Triadobatrachus. Immagini Biodiversity institute (University of Kansas) e Wikimedia Commons

Vabbè una eccezione. Chi se ne frega. Facciamo fuori tutte le Gastrotheca esistenti così Dollo è rispettato. Perché ce n’è solo una di eccezione no?

Rimanendo sempre nell’ambito degli anfibi, alcuni di loro vanno incontro ad un fenomeno particolare chiamato pedomorfosi. In pratica, gli organismi adulti mantengono le caratteristiche che hanno quando sono giovani (come le branchie esterne), e non vanno incontro alla classica metamorfosi in cui da uno stadio totalmente acquatico si passa ad uno anche terrestre. Si pensa che, negli anfibi, questo fenomeno si sia evoluto in ambienti con condizioni di vita sfavorevoli per organismi terrestri, ma favorevoli per le forme acquatiche (le caverne, ad esempio). La pedomorfosi è presente nelle salamandre come l’axolotl, che vanno a costituire uno dei due ordini rimanenti degli anfibi: i caudati.

Visto che siamo in Colombia, facciamo due passi fino agli Stati Uniti.

Mi raccomando, sguardo fisso quando attraversate il confine così capiscono che siete voi il pericolo (link).

Già nelle umide caverne del Texas possiamo trovare, cercando bene, alcuni rappresentanti della sottofamiglia Spelerpinae. Queste salamandre sono pedomorfiche, anche se studi recenti hanno appurato che questa condizione è stata acquisita successivamente dai loro antenati che erano, in precedenza, metamorfici. Tuttavia, come nel caso di G.guentheri, anche qui un membro della superfamiglia pare fregarsene alla grande della legge di Dollo. Eurycea troglodytes è una spelerpina lunga 2-3 cm che possiede alcune popolazioni metamorfiche.

Un axolotl (Ambystoma mexicanum), l’anfibio che è praticamente obbligatorio mettere quando si parla di pedomorfosi se no ti vengono a prendere a casa. A fianco, due esemplari pedomorfici di E.troglodytes. Foto delle forme metamorfiche non c’erano. Fatemi causa. Immagini Wikimedia Commons e Dr John Himes.

Un axolotl (Ambystoma mexicanum), l’anfibio che è praticamente obbligatorio mettere quando si parla di pedomorfosi se no ti vengono a prendere a casa. A fianco, due esemplari pedomorfici di E.troglodytes. Foto delle forme metamorfiche non c’erano. Fatemi causa. Immagini Wikimedia Commons e Dr John Himes

La cosa è interessante perché la metamorfosi è un meccanismo che stravolge completamente il corpo dell’animale che lo subisce ed è formata da diversi passaggi come il riassorbimento delle branchie esterne e numerosi cambiamenti scheletrici. Un carattere complesso sotto ogni punto di vista. Analisi filogenetiche hanno individuato che la metamorfosi, prima di ripresentarsi in E.troglodytes, è scomparsa per circa 8-22 milioni di anni. Dollo si sta rivoltando nella tomba.

Potrei andare avanti parecchio, elencandovi le più recenti ri-acquisizioni di caratteri, come il ritorno delle ali negli insetti stecco o il ripresentarsi dell’oviparità (la deposizione di uova) in alcuni boa.

No, nemmeno io avevo idea che i boa partorissero i piccoli senza deporre le uova di norma.

Stanotte non dormo.

Sono state avanzate alcune spiegazioni per il ritorno dei caratteri scomparsi, come il fatto che i geni coinvolti avessero dei “cugini” (chiamati omologhi) codificanti per strutture simili. Le rane hanno mantenuto i denti sulla mascella e il meccanismo che permette il loro sviluppo potrebbe avere dato modo a G.guentheri di ri-evolvere mandibole dentute. È anche vero che i geni che codificano per una cosa sola non sono la maggioranza in un organismo, ed è probabile che quelli responsabili dello sviluppo di un carattere perso siano mantenuti perché necessari a fare qualche altra struttura ancora utile. In questo modo, le chance per qualcosa di scomparso di ripresentarsi aumentano.

Con un po’ di fortuna, i miei figli non dovranno chinarsi a raccogliere nulla. Ci penserà la loro coda.

FONTI

  • Bonett, R., Steffen, M., & Lambert, S. (2013). Evolution of paedomorphosis in plethodontid salamanders: ecological correlates and re‐evolution of metamorphosis.   doi:10.1111/evo.12274.
  • Wiens, J. J. (2011). Re-evolution of lost mandibular teeth in frogs after more than 200 million years, and re-evaluating Dollo’s law. Evolution; international journal of organic evolution, 65(5), 1283–96.
  • Collin, R., & Miglietta, M. P. (2008). Reversing opinions on Dollo’s Law. Trends in ecology & evolution, 23(11), 602–9.

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