Non c’è dubbio che ribaltare completamente una teoria vecchia e, consolidata, di ben 75 anni, sia un passo azzardato e per di più faticosamente impegnativo. Infatti, sfidare una teoria che spiega l’evoluzione dei rettili nel corso degli ultimi 300 milioni di anni, comporta davvero un lavoro enorme. Compresi una dedizione ed un impegno tali, da far “infiammare” la macchina fotografica, e caricarsi di scansioni TAC e, soprattutto, migliaia di chilometri di viaggio. Basta controllare i timbri sul passaporto di Tiago R. Simões.
Simões e il postdottorando Alexander Agassiz, nel laboratorio della paleontologa di Harvard Stephanie Pierce, ha condotto dal 2013 al 2018, studi approfonditi sull’evoluzione della prima classe di vertebrati.
Il primo ricercatore, ha viaggiato in più di 20 paesi e in più di 50 diversi musei per effettuare TAC e fotografie di quasi 1.000 fossili di rettili, di alcune centinaia di milioni di anni fa.
Sono stati circa 400 giorni di raccolta attiva, contribuendo a formare quella che si ritiene essere la più grande linea temporale disponibile sull’evoluzione dei principali gruppi di rettili viventi ed estinti.
Ora, un’analisi statistica di quel grande database, sta aiutando gli scienziati a comprendere meglio l’evoluzione di questi vertebrati a sangue freddo; contraddicendo una teoria largamente diffusa, secondo la quale le principali transizioni nell’evoluzione sono sempre avvenute in grandi, rapide (geologicamente parlando) esplosioni; innescate da importanti spostamenti ambientali. I risultati sono descritti in un articolo pubblicato di recente su Nature Communications.
In essa, i ricercatori dimostrano che l’evoluzione delle stirpi estinte di rettili, di oltre 250 milioni di anni fa, ha avuto luogo attraverso molte piccole alterazioni di cambiamenti morfologici. Tutto questo, in un periodo di 50 milioni di anni, invece che durante un unico grande evento evolutivo, come si pensava in precedenza.
Sfidata teoria vecchia di 75 anni sull’evoluzione dei rettili
Essi mostrano anche che l’evoluzione iniziale della maggior parte dei discendenti delle lucertole, era un processo sempre più lento e incrementale, rispetto a quanto precedentemente compreso.
“Non è stato un salto improvviso a stabilire l’ampia diversità che vediamo oggi nei rettili”; sostiene Simões. “Ci fu un salto iniziale, ma relativamente piccolo, e poi un aumento sostenuto nel tempo di quei tassi [di evoluzione] e dei diversi valori di diversità”.
La prova di quanto si evidenzia in questa teoria, è stata vista in altri tipi di animali, ma questa è la prima volta che è stata constatata nei rettili – una delle specie di animali più diverse del pianeta, con oltre 10.000 specie differenti e una sorprendente varietà, capacità e caratteristiche.
Considerate, ad esempio, come alcune specie di lucertole possono bloccarsi, restando letteralmente congelate durante la notte e poi, come nulla fosse, scongelarsi e sbloccare il metabolismo la mattina dopo. Oppure basti pensare alle tartarughe, che crescono all’interno di vere armature protettive.
I risultati, tuttavia, sono in contrasto con la teoria evolutiva delle radiazioni adattive che il paleontologo di Harvard George G. Simpson ha reso popolare negli anni ’40. E che ha cercato di spiegare le origini della diversità biologica del pianeta.
La radiazione adattiva (o radiazione evolutiva – cioè la descrizione di un fenomeno di rapida diversificazione di nuove specie, a partire da un progenitore comune, ognuna delle quali è adattata ad occupare una specifica nicchia ecologica), è stata al centro di intense indagini per decenni. Ma solo negli ultimi anni sono esistiti la tecnologia, i metodi e i dati per misurare con precisione i rapidi tassi di evoluzione dei fossili in termini di diverse specie animali, morfologie e a livello molecolare, utilizzando il DNA.
Tra i ricercatori di questo studio c’erano anche Pierce, il professore associato di Biologia organica ed evolutiva Thomas D. Cabot e curatore della paleontologia dei vertebrati nel Museo di Zoologia comparata; Oksana Vernygora, una studentessa laureata dell’Università di Alberta in Canada; e il professor Michael Wayne Caldwell dell’Alberta.
Studio per determinare l’origine morfologica dei rettili
Simões ha viaggiato in quasi tutti i principali musei di storia naturale del mondo per raccogliere i dati per lo studio, compresi i musei nazionali di storia naturale di Londra, Parigi, Berlino, Ottawa, Pechino e Tokyo. Negli Stati Uniti, ha visitato lo Smithsonian National Museum of Natural History, il Carnegie Museum of Natural History e il Museo di Zoologia Comparata di Harvard.
Gli scienziati ritengono che, comprendendo come gli animali si evolvono in periodi di tempo più lunghi, possono trarre una serie di lezioni sull’ecologia e su come gli organismi sono influenzati dai cambiamenti ambientali. Utilizzando il database, i ricercatori possono determinare quando hanno avuto origine le principali stirpi o morfologie dei rettili; vedere come questi cambiamenti hanno influenzato lo stesso DNA, e poi imparare lezioni importanti su come le specie sono state influenzate da eventi storici.
I rettili, per esempio, sono sopravvissuti a tre importanti eventi di estinzione di massa. Il più grande è stato l’estinzione di massa permiano-triassica, circa 250 milioni di anni fa; che ha ucciso circa il 90% delle specie del pianeta, guadagnandosi il soprannome di “Grande Morte”. Si ritiene che sia stata causata da un accumulo di gas naturali ad effetto serra.
I ricercatori della linea temporale creata, hanno scoperto che i tassi di evoluzione dei rettili e le differenze anatomiche tra di loro prima dell’evento su citato, erano quasi altrettanto elevate anche dopo lo stesso fenomeno. Tuttavia, è stato solo molto tempo dopo la “Grande Morte”, che i rettili sono diventati dominanti in molti ecosistemi ed estremamente diversificati in termini di numero e di specie diverse.
L’impatto e il cambiamento ambientale
La scoperta ha cementato come, i tassi veloci di cambiamento anatomico, non hanno bisogno di coincidere con la diversità genetica; o un’abbondanza di specie (chiamata diversità tassonomica o diversità specifica, cioè il complesso delle specie che abitano una certa regione, che alcuni autori la definiscono alfa-diversità), ha ulteriormente respinto radiazioni adattive come l’unica spiegazione per l’origine di nuovi gruppi di animali e piani corporei. I ricercatori hanno anche notato che ci sono voluti quasi 10 milioni di anni per riportare i rettili ai precedenti livelli di diversità anatomica ed embriologica.
“Questo genere di cose ti dice, sull’ampio schema delle cose e su scala globale, quanto impatto, nel corso della storia della vita, possa avere l’impatto di improvvisi cambiamenti ambientali”; ha detto Simões.
Ulteriori prove che contraddicevano le radiazioni evolutive, comprendevano risultati simili ma sorprendenti sulle origini dei serpenti, che hanno raggiunto gli aspetti principali dei loro piani corporei magri e allungati all’inizio della loro evoluzione circa 170 milioni di anni fa (ma non hanno perso completamente gli arti per altri 105 milioni di anni).
Hanno anche subito rapidi cambiamenti al cranio circa 170-165 milioni di anni fa, che hanno portato a bocche così potenti e flessibili che oggi possono ingoiare prede intere molte volte più grandi di loro.
Individuato disallineamento sull’evoluzione del DNA
Ma mentre i serpenti hanno sperimentato i più rapidi tassi di cambiamento anatomico nella storia dell’evoluzione dei rettili, questi cambiamenti non sono coincisi con l’aumento della diversità tassonomica o con alti tassi di evoluzione molecolare come previsto dalle radiazioni adattive, hanno detto i ricercatori.
Gli scienziati non sono stati in grado di individuare il motivo di questo disallineamento e hanno suggerito la necessità di ulteriori ricerche. In particolare, vogliono capire come si evolvono i piani del corpo e come i cambiamenti nel DNA si riferiscono ad esso.
“Ora possiamo vedere meglio quali sono i grandi cambiamenti nella storia della vita e soprattutto nella storia della vita dei rettili sulla Terra”, Conclude Simões. “Continueremo a scavare”.
