laboratorio evoluzione Marcello Sala COSA EMERGE DAL PASSATO? [S.J. Gould, “”Pescare il Leviatano dal suo passato”, in: Naturalmente n. 3/2005, Accademia Editoriale Pisa]

Obiezione alla teoria dell’evoluzione di Darwin: se le specie cambiano nel tempo, perché non si trovano le forme di transizione? (“anelli mancanti”)... La prima risposta di Darwin: [...] considero la documentazione geologica naturale come una storia del mondo conservata imperfettamente e scritta in un dialetto che cambia; una storia di cui possediamo soltanto l’ultimo volume relativo a due o tre paesi. Di questo volume solo un breve capitolo ogni tanto è stato conservato e, di ogni pagina, solo qualche riga qua e là. (Charles Darwin, L’origine delle specie, 1859) La seconda risposta di Darwin: le forme intermedie hanno un numero inferiore di individui

Risposte attuali 1) Lacunosità della documentazione fossile fossilizzazione evento raro e condizionato dall’ambiente 2) Il cambiamento non avviene sempre in modo graduale all’interno della specie (anagenesi) ma spesso attraverso “rapide” ramificazioni di specie che succedono a periodi di “stasi” evolutiva (“equilibri punteggiati” ) Ci si aspetta che le sequenze evolutive documentate da fossili siano rare tempo diversità

Balena (cetaceo mysticete): Lunghezza m vita esclusivamente acquatica respirazione aerea polmonare narici che si aprono sulla sommità della testa arti posteriori ridotti a piccoli residui interni di ossa nuoto: spinta verticale della coda orizzontale azionata dall’ondulazione verticale della colonna vertebrale funzione di timone delle pinne toraciche collo corto non flessibile

Da dove viene (filogeneticamente) la balena? La balena vive in acqua ma è un mammifero e i mammiferi hanno origine terrestre: quali cambiamenti deve avere subito nella sua storia evolutiva? Transizione dall’ambiente terrestre a quello marino: - perdita degli arti posteriori - sviluppo di pinne natatorie - sviluppo di una coda piatta (e di pinne dorsali) - sviluppo del sistema uditivo (mandibola  orecchio interno)

Ipotesi: parentela con i Mesonychidi Mesonyx : carnivoro terrestre dell’Eocene Ma fa Lunghezza 1,5-3 m Simile a un lupo dotato di zoccoli

Mesonyx

1983: Pakicetus (Eocene 52 Ma fa) in sedimenti di fiume in riva al mare Lunghezza 1,5 m Denti e coda da mesonychide Cranio da balena ma senza le strutture che sono in relazione all’udito in acqua (modifiche delle ossa dell’orecchio cavità che contiene il cuscinetto di grasso che trasmette il suono dalla mandibola all’orecchio) senza le cavità che si riempiono di sangue per equilibrare la pressione Che cosa si ricava da questi dati? Non si immergeva a lungo né profondamente

Pakicetus Mesonyx

1834: “Basilosaurus” (Eocene Ma fa) in sedimenti marini Lunghezza m 1990: arto posteriore da terrestre ma troppo piccolo per sostenere il corpo orecchio simile ai cetacei Che cosa suggeriscono queste informazioni? Vita in mare Arto non funzionale residuo degli antenati dalla vita terrestre

Pakicetus “Basilosaurus” Mesonyx

1993: Indocetus (46 Ma fa) in bassifondi marini Denti da carnivoro Bacino e arto posteriore grandi (simili a quelli dei Mesonychidi terrestri) presumibilmente funzionali in terraferma a sostenere il corpo Ipotesi su come viveva? In parte in mare (caccia) e in parte sulla riva

Indocetus “Basilosaurus” Pakicetus Mesonyx

1994: Ambulocetus natans (49,5 Ma fa) in sedimenti di mare poco profondo Coda da mammifero di terra Piccolo zoccolo alle ultime falangi come nei Mesonychidi Arti posteriori molto grandi anteriori più piccoli e limitati nel movimento Colonna vertebrale flessibile Che cosa suggeriscono queste informazioni? Discendenza “recente” da antenati terrestri Nuoto non per spinta della coda ma per ondulazione verticale della colonna e spinta degli arti posteriori sulla terra movimento simile ai leoni marini Lunghezza 4 m

Indocetus “Basilosaurus” Pakicetus Ambulocetus Mesonyx

1994: Rodhocetus (46,5 Ma fa) in sedimenti di mare profondo Lunghezza 3 m

Femore più piccolo rispetto all’Ambulocetus Vertebre del sacro non fuse come nei mammiferi terrestri  flessibilità nell’ondulazione verticale Corte vertebre cervicali  rigidità del collo vantaggiosa per fendere l’acqua Che cosa suggeriscono queste informazioni? Adattamento alla vita in acqua

La spina vertebrale sostiene muscoli che tengono sollevata la testa Il bacino articolato con il sacro è un rinforzo nel sostenere il peso della colonna vertebrale Che cosa suggeriscono queste informazioni? In acqua non sono necessari dispositivi antigravità  si tratta di residui degli antenati terrestri

Indocetus “Basilosaurus” Pakicetus Ambulocetus Mesonyx Rodhocetus

Documentazione completa di una transizione progressiva dalla vita sulla terra a quella in acqua (adattamento) m m 3 m 4 m 1,5 m

Rivista la relazione di parentela con i Mesonychidi m m 3 m 4 m 1,5 m

Che funzione ha la coda in pesci e cetacei? Dà spinta al corpo in acqua Perché i cetacei hanno la coda orizzontale? È un vantaggio per il movimento di uscita dall’acqua per respirare Perché i pesci hanno la coda verticale? Non devono emergere per respirare Ma sarebbe uno svantaggio averla? No E dunque a cosa è dovuta la differenza?...

pesce anfibio Diversa flessibilità della colonna vertebrale Nei cetacei si flette in verticale come nei mammiferi Colonna vertebrale di mammifero (canide) vista dal dorso vista dal fianco

Perché i cetacei hanno una colonna vertebrale da mammiferi polmoni come tutti i mammiferi e… allattano come i mammiferi? Sono mammiferi ovvero hanno antenato comune con gli altri mammiferi più recente (220 Ma) dell’antenato comune con i pesci (500 Ma) I cetacei e i sirenidi sono mammiferi che si sono evoluti in forme adatte all’ambiente acquatico a partire da 55 Ma fa

Gli adattamenti dei cetacei alla vita in acqua come il sistema valvolare dello sfiatatoio o il sistema uditivo (mandibola-orecchio interno) o la scomparsa degli arti posteriori o la coda orizzontale sono esiti più recenti della “selezione naturale” necessari per superare i vincoli posti da strutture più profonde e basilari (polmoni, colonna vertebrale) ereditate dagli antenati mammiferi