Scienza per immagini: come i pesci hanno imparato a respirare l'aria e conquistato le terre emerse

Alle volte vedi delle cose inaspettate. E avere lo smartfone (lo “smarte-fonne” in fiorentino) sempre con se oltre a ricevere e fare telefonate è utile per immortalare delle situazioni particolari. Questo che sto per raccontare è un esempio in cui avere un cellulare capace di fare un bel filmato si è rivelato utilissimo dal punto di vista della divulgazione scientifica, e un'occasione per parlare della transizione tra pesci e vertebrati terrestri.

Siamo a Firenze, il giorno in cui le ville medicee sono aperte perché entrate a far parte del “patrimonio universale dell'Unesco” (il centro di Firenze è stato incluso nella lista già dal 1982, uno dei primi siti a fregiarsi di questo riconoscimento).

Per la precisione siamo nella villa di Poggio Imperiale, a cui si accede da un viale dritto in salita direttamente da Porta Romana. Villa dalla storia intensa, successivamente cara a Pietro Leopoldo, il primo "vero" sovrano Lorena, uno dei migliori regnanti d'Italia di ogni tempo (è ancora presente nella villa il suo studio personale).

Nel giardino della villa c'è una vasca con delle ninfee e dei normalissimi pesci rossi.

Quello che mi ha incuriosito è che i pesci stavano più o meno tutti sulla superficie, come si vede da questo filmato ripreso nell'occasione. Prima di proseguire a leggere guardate il filmato e pensate perché.

Il motivo è evidente: l'acqua ferma e senza ricambio, con i residui dei vegetali (e forse pure di qualche pesce) in decomposizione, conteneva ormai pochissimo ossigeno sia a causa della respirazione degli animali ma anche per la dissoluzione della materia organica, la quale, essendo - banalmente - un processo di ossidazione si somma alla respirazione animale nel consumo di ossigeno.

Insomma, quale che fosse il motivo, i poveri pesci erano costretti ad arrivare in superficie per respirare aria.

Questo è ciò che è successo quando, nel Devoniano, i primi tetrapodi, sono riusciti a conquistare le terre emerse. Ne avevo parlato anni fa in occasione della scoperta di una rana senza polmoni. Ricordo che “tetrapodi” è un buon termine con cui si possono definire i vertebrati che vivono sulla terraferma e quelli marini “di ritorno”, cioè con antenati terricoli come le balene. Per Tetrapodi quindi si intendono tutti i mammiferi, uccelli, rettili ed anfibi. Ma nel Devoniano sono esistiti dei tetrapodi che erano ancora pesci; ne consegue che gli arti non si sono evoluti sulla terraferma, ma ancora in condizioni acquatiche.

I protagonisti della conquista delle terre emerse non sono stati i pesci con le pinne a raggi come i carassi  e la stragrande maggioranza dei pesci attuali (gli attinopterigi), ma quelli dotati di pinne carnose, parenti quindi dei Celacanti e dei dipnoi, i Crossopterigi. La figura qui accanto disegna una pinna "classica" dei Crossopterigi, in cui si vedono gli embrioni di quelle che diventeranno le terminazioni degli arti dei tetrapodi, mani e piedi.

Se volete saperne tutto sull'origine dei tetrapodi direi che basta andare su Paleostories, il blog del brillantissimo Marco Castiello, che nonostante la sua giovane età non può più essere definito “di primo pelo”, essendo ormai non più una promessa per la blogosfera scientifica italiana, ma una certezza.  Sull'argomento “dai pesci ai tetrapodi” ha scritto una serie di post particolarmente esaurienti, a partire da questo (sono in tutto 5). Per l'appunto non ha messo i link tra un post e l'altro e questo è un po' scomodo per la lettura....  ma sono tra le cose più chiare che abbia letto in proposito. Spero che Marco metta i link tra un post e l'altro quanto prima....

Come ha scritto Marco nel primo post della serie, 

"tutti pensano di sapere che gli arti dei tetrapodi si siano evoluti per permettere agli animali di camminare sulla terraferma, in modo da occuparne gli ambienti. I tetrapodi quindi (così racconta il mito) si sono evoluti da pesci che hanno sviluppato piano piano delle zampe con lo scopo di avventurarsi fuori dall’acqua".

Ebbene, niente di tutto questo, perché, come scrive nel quinto post della serie "oggi molto paleontologi pensano che gli arti dei tetrapodi si siano originati in ambiente acquatico per migliorare il movimento in certi ambienti irregolari e che richiedevano una certa interazione, come gli intricati labirinti di mangrovie, e non con la finalità di camminare sulla terraferma".

Aggiungo “per respirare”: gli antenati dei tetrapodi vivevano in zone di laguna e di delta dove la decomposizione di materiale vegetale portava a frequenti fasi in cui di ossigeno ce n'era poco. Fattostà che questi pesci hanno probabilmente approfittato delle pinne carnose prima e dei primi arti rudimentali poi, anche per sollevarsi a respirare meglio dall'aria, introducendola nella bocca. 

A poco a poco l'implementazione della respirazione buccofaringea ha portato alla formazione del sistema polmonare, insieme a zampe e corpo più robusto, una caratteristica necessaria per la conquista della terraferma, dove le branchie non servono più.

Esempi fondamentali della transizione pesci - tetrapodi sono Tiktaalik, una versione “precoce” di un pesce sulla via di diventare un tetrapode e Acantostega, un vero e proprio pesce a quattro zampe, descritto da Marco nel terzo post.

Tiktaalik è oltretutto un esempio della predittività (sia pure alla rovescia) dell'evoluzione.

Questa potrebbe essere una conversazione che stilizza la sua scoperta.

Domanda di un curatore di un museo di paleontologia: ho la possibilità di organizzare una spedizione per cercare gli antenati dei tetrapodi. Ma quali luoghi sembrano più adatti o, meglio, in quali ambienti potrei trovare questi fossili e in che periodo?

Risposta di un paleontologo: vanno ricercati in sedimenti lagunari del Devoniano medio e superiore

curatore del museo: ma dove potremmo trovare dei sedimenti del genere?

geologo: direi in certe zone della Groenlandia

il curatore del museo allora decide di organizzare lì una spedizione

E durante la spedizione fu trovato il Tiktaalil che, piaccia o no agli antievoluzionisti, è proprio una via di mezzo fra un pesce con le pinne carnose ed un tetrapode. Si stanno arrampicando sugli specchi per dimostrare il contrario ma prima o poi cadranno di sotto.

Acanthostega è anch'esso estremamente interessante: è un tetrapode, inequivocabilmente, ma è un pesce: la sua struttura infatti non era capace di sostenere il peso corporeo sulla terraferma.

È interessante quindi come gli antenati dei tetrapodi hanno cambiato la respirazione da branchiale a polmonare, attraverso la respirazione buccofaringea e come il filmato della vasca nel giardino della villa del Poggio Imperiale fa vedere il perchè.

A proposito, noi tetrapodi terrestri abbiamo ancora le branchie. Solo che si chiamano orecchie....