Uno “squalo” di 439 milioni di anni costringe a ripensare la linea temporale dell’evoluzione

La nuova scoperta mette in discussione i modelli esistenti dell'evoluzione dei vertebrati condensando in modo significativo il periodo di tempo per l'emergere dei pesci con mascelle dai loro antenati senza mascelle più vicini

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Uno "squalo" di 439 milioni di anni costringe a ripensare la linea temporale dell'evoluzione

I predatori all’apice della catena alimentare dell’oceano sono gli squali. I paleontologi sono stati in grado di individuare i resti di antichi antenati di questi pesci risalenti all’era paleozoica, avvenuta centinaia di milioni di anni fa. Questi antichi “squali”, spesso indicati come acantodi, erano ricoperti di spine. A differenza degli squali moderni, avevano sviluppato un’armatura ossea attorno alle loro pinne accoppiate.

Gli scienziati sono rimasti scioccati dall’età di una specie di acantodi scoperta di recente in Cina. Il ritrovamento è risultato essere il più antico pesce dotato di mascella e precede di circa 15 milioni di anni i primi fossili del corpo acantodiano.

I risultati dei ricercatori sono stati recentemente pubblicati sulla rivista Nature.

Fanjingshania rinnovata

Ricostruzione di Fanjingshania renovata. Credit : Zhang Heming

Ricostruito da migliaia di minuscoli frammenti scheletrici, il Fanjingshania, dal nome del famoso sito Patrimonio dell’Umanità UNESCO Fanjingshan, è un pesce bizzarro dotato di un’armatura ossea esterna e molteplici coppie di spine a pinne che lo distinguono dai pesci dotati di mascella attuali, squali cartilaginei, razze e pesci ossei con raggi e pinne lobate.

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L’esame del Fanjingshania da parte di un team di ricercatori dell’Accademia cinese delle scienze, della Qujing Normal University e dell’Università di Birmingham ha rivelato che la specie è anatomicamente vicina a gruppi di “squali” spinosi estinti noti collettivamente come acantodi. A differenza degli squali moderni, gli acantodi avevano ossificazioni della pelle nella regione della spalla più volte rilevati nei pesci primitivi dotati di mascella.

Fanjingshania rinnovata nell'Oceano

Una ricostruzione di Fanjingshania renovata nell’oceano. Crediti: Fu Boyuan e Fu Baozhong

I resti fossili di Fanjingshania sono stati scoperti in campioni della Formazione Rongxi nella contea di Shiqian, provincia di Guizhou, Cina.

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Queste scoperte forniscono una prova verificabile che i principali raggruppamenti di vertebrati iniziarono a diversificarsi decine di milioni di anni prima dell’inizio della cosiddetta “Età dei pesci”, 420 milioni di anni fa.

Gli scienziati hanno scoperto caratteristiche che distinguono il Fanjingshania da ogni altro vertebrato conosciuto. Ha spine pettorali, pre-pettorali e pre-pelviche che si fondono insieme come una singola unità con le placche del cingolo scapolare dermico. Inoltre, è stato riscontrato che le porzioni ventrali e laterali delle placche della spalla si estendono fino al bordo posteriore delle spine delle pinne pettorali.

La specie possiede scaglie del tronco distintive e le corone di queste scaglie sono costituite da una fila di elementi simili a denti (odontodi) che sono ornati da creste nodose irregolari. Stranamente, la crescita della dentina è registrata nelle squame ma non in altre parti dello scheletro dermico, come le spine delle pinne.

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Questo è il più antico pesce dotato di mascella con un’anatomia conosciuta“, ha affermato il prof. Zhu Min dell’Istituto di paleontologia e paleoantropologia dei vertebrati (IVPP) dell’Accademia cinese delle scienze. “I nuovi dati ci hanno permesso di collocare il Fanjingshania nell’albero filogenetico dei primi vertebrati e di ottenere le informazioni tanto necessarie sui passaggi evolutivi che portano all’origine di importanti adattamenti dei vertebrati come mascelle, sistemi sensoriali e appendici accoppiate“.

Dopo il ritrovamento, è stato subito chiaro agli scienziati che il cingolo scapolare del Fanjingshania, con la sua serie di spine, è la chiave per individuare la posizione della nuova specie nell’albero evolutivo dei primi vertebrati. Hanno scoperto che un gruppo di acantodi, noti come climatiidi, possiede l’intero complemento delle spine della spalla riconosciute in Fanjingshania.

Inoltre, contrariamente al normale sviluppo della placca dermica, le ossificazioni pettorali della Fanjingshania e dei climatiidi sono fuse a squame del tronco modificate. Questa è vista come una specializzazione della condizione primitiva dei vertebrati con mascelle in cui le placche ossee crescono da un unico centro di ossificazione.

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Frammento di scheletro dermico pettorale

Frammento dello scheletro dermico pettorale (parte di una spina pettorale fusa alla piastra del cingolo scapolare) di Fanjingshania renovata mostrato in vista ventrale. Credito: Andreev, et al

Inaspettatamente, le ossa fossili di Fanjingshania mostrano prove di un ampio riassorbimento e rimodellamento che sono tipicamente associati allo sviluppo scheletrico nei pesci ossei.

Questo livello di modifica dei tessuti duri non ha precedenti nei condritti, un gruppo che include i moderni pesci cartilaginei e i loro antenati estinti“, ha affermato l’autore principale Dr. Plamen Andreev, ricercatore presso la Qujing Normal University. “Parla di una plasticità dello sviluppo dello scheletro mineralizzato maggiore di quella attualmente compresa all’inizio della diversificazione dei pesci a mascelle“.

Le caratteristiche di riassorbimento di Fanjingshania sono più evidenti nelle squame del tronco isolate che mostrano evidenza di spargimento simile a un dente degli elementi della corona e rimozione dell’osso dermico dalla base della scala. I campioni a sezione sottile e le fette di tomografia mostrano che questa fase di riassorbimento è stata seguita dalla deposizione di elementi della corona sostitutiva.

Sorprendentemente, gli esempi più vicini di questo rimodellamento scheletrico si trovano nella dentizione e nei denti della pelle (denticoli) di pesci ossei estinti e viventi.

Nel Fanjingshania, tuttavia, il riassorbimento non ha colpito i singoli denti o denticoli, come si è verificato nei pesci ossei, ma ha invece rimosso un’area che includeva denticoli a squame multiple. Questo peculiare meccanismo di sostituzione ricorda più da vicino la riparazione scheletrica rispetto alla tipica sostituzione dente/denticolo dei vertebrati mascellari.

Un’ipotesi filogenetica per Fanjingshania che utilizza una matrice numerica derivata da caratteri osservabili ha confermato l’ipotesi iniziale dei ricercatori che la specie rappresenti un ramo evolutivo precoce dei condritti primitivi.

Questi risultati hanno profonde implicazioni per la nostra comprensione dell’origine del pesce con la mascella poiché si allineano con le stime dell’orologio morfologico per l’età dell’antenato comune dei pesci cartilaginei e ossei, datandolo a circa 455 milioni di anni fa, durante un periodo noto come Ordoviciano.

Questi risultati ci dicono che l’assenza di resti indiscussi di pesci con mascelle risalenti all’ordoviciano potrebbe essere spiegata dal sottocampionamento di sequenze di sedimenti di antichità comparabili. Indicano anche un forte pregiudizio per la conservazione di denti, mascelle e fossili di vertebrati articolati in strati coevi a Fanjingshania.

La nuova scoperta mette in discussione i modelli esistenti dell’evoluzione dei vertebrati condensando in modo significativo il periodo di tempo per l’emergere dei pesci con mascelle dai loro antenati senza mascelle più vicini. Ciò avrà un profondo impatto sul modo in cui valutiamo i tassi evolutivi nei primi vertebrati e la relazione tra il cambiamento morfologico e molecolare in questi gruppi“, ha affermato il dott. Ivan J. Sansom dell’Università di Birmingham.

Riferimento: “Spiny chondrichthyan from the lower Silurian of South China” di Plamen S. Andreev, Ivan J. Sansom, Qiang Li, Wenjin Zhao, Jianhua Wang, Chun-Chieh Wang, Lijian Peng, Liantao Jia, Tuo Qiao e Min Zhu , 28 settembre 2022, Natura .
DOI: 10.1038/s41586-022-05233-8