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1 · La Terra prima di noi scienza e tecnica

Primi anfibi

circa 375 milioni di anni fa Acque basse e rive dei continenti

In breve

Alcuni pesci con pinne robuste vivevano in acque basse e povere di ossigeno. Nel corso di molte generazioni, pinne e scheletro si adattarono a sostenere il corpo anche fuori dall'acqua. Tiktaalik, vissuto circa 375 milioni di anni fa, aveva branchie e squame ma anche un collo mobile e pinne con un polso flessibile. I primi animali a quattro zampe conservavano ancora molte caratteristiche acquatiche.

Perché è importante Il passaggio dall'acqua alla terra diede origine alla linea evolutiva di anfibi, rettili, uccelli e mammiferi.

Fonte: Natural History Museum (Londra), «Prehistoric fish: 11 of the largest, weirdest and most significant»

Illustrazione: Primi anfibi (Acque basse e rive dei continenti)
Illustrazione creata con l'IA per Storiascopio

Scheda per studiare circa 5 minuti di lettura

Il racconto

Uno scienziato che sapeva dove scavare

Nel 2004 il paleontologo americano Neil Shubin e i suoi colleghi Ted Daeschler e Farish Jenkins stavano cercando qualcosa che nessuno aveva mai trovato: un animale a metà strada tra un pesce e un animale a quattro zampe. Non cercarono a caso. Sapevano che nel Devoniano, circa 375 milioni di anni fa, c'era stato un passaggio dall'acqua alla terra. Sapevano anche che serviva una roccia della giusta età, formata in antichi fiumi e acquitrini. La trovarono sull'isola di Ellesmere, nell'Artico canadese, dove oggi fa un freddo estremo ma allora il clima era caldo.

Dopo anni di spedizioni, nell'estate del 2004 uno dei ricercatori vide un muso piatto sporgere da una roccia. Era il fossile di un grande pesce lungo fino a circa due metri e mezzo. Lo battezzarono Tiktaalik roseae. «Tiktaalik» è una parola della lingua inuktitut, parlata dagli Inuit del Canada, e vuol dire «grosso pesce di acqua dolce»: gli anziani della comunità locale furono consultati per scegliere il nome. La scoperta fu annunciata nel 2006 sulla rivista Nature.

Un pesce che sembra un coccodrillo

Tiktaalik aveva tratti da pesce: squame, branchie, pinne con raggi. Ma aveva anche tratti da animale a quattro zampe. Il suo capo era piatto, con gli occhi sopra, come quello di un coccodrillo, e le narici aperte sul muso; aveva un collo, cosa che i pesci non hanno: poteva girare la testa senza muovere tutto il corpo. Aveva costole robuste, che sostenevano il corpo, e probabilmente anche polmoni primitivi, oltre alle branchie.

La parte più importante erano le pinne anteriori. Dentro avevano ossa che corrispondono al braccio, all'avambraccio e al polso dei nostri arti: un osso superiore, due ossa più sotto e piccole ossa del polso. Le pinne si piegavano, come un gomito, e permettevano di spingere il corpo sul fondo. Non erano ancora zampe con le dita, ma potevano permettere all'animale di sostenersi in acque poco profonde, o di trascinarsi qualche istante fuori, sulla fanghiglia. Gli scienziati hanno chiamato animali di questo tipo, a metà strada, «forme di transizione» o, con un nome un po' scherzoso, «pescipodi».

Dall'acqua alla terra, per gradi

Tiktaalik non è l'antenato diretto di tutti gli animali a quattro zampe, ma una specie vicina a quel gruppo e un esempio di come poteva essere. Altri fossili raccontano i passi successivi. Acanthostega, trovato in Groenlandia e studiato a fondo dagli anni Ottanta dalla paleontologa britannica Jenny Clack, aveva già vere zampe con otto dita, ma viveva soprattutto in acqua e aveva anche le branchie. Ichthyostega, anch'esso della Groenlandia, aveva zampe più robuste e forse si trascinava a terra. Questi animali sono chiamati tetrapodi primitivi, cioè «a quattro zampe».

Una scoperta recente ha complicato un po' il quadro. Nel 2010 un gruppo di paleontologi, tra cui alcuni polacchi, ha descritto, in Polonia, delle impronte di zampe di circa 390-395 milioni di anni fa: sarebbero più vecchie di Tiktaalik. Se sono davvero impronte di tetrapodi, i primi animali a quattro zampe esistevano già prima del pesce Tiktaalik, che sarebbe allora un «cugino» sopravvissuto di forme più antiche. Gli scienziati ne discutono ancora.

Perché uscire dall'acqua?

A noi sembra un passo enorme, ma forse non lo fu. Le acque basse del Devoniano erano calde, povere di ossigeno e piene di predatori. Un pesce con polmoni e pinne robuste poteva respirare l'aria in superficie e spostarsi tra le pozze. Con il tempo, a poco a poco, chi riusciva a restare fuori dall'acqua più a lungo trovava cibo senza concorrenti: insetti, vermi e altri animaletti che vivevano tra le piante. Non fu una scelta, ma un lento vantaggio che si accumulò per milioni di anni.

I discendenti di quei primi animali a quattro zampe sono gli anfibi, i rettili, gli uccelli e i mammiferi, compresi noi. Quando muovi la mano e il polso, usi un disegno di ossa nato in pinne come quelle di Tiktaalik.

Perché successe

Il passaggio dall'acqua alla terra avvenne perché, nel Devoniano, le terre emerse offrivano molte opportunità. Le piante avevano formato foreste e acquitrini, e con le piante c'erano insetti e altri invertebrati da mangiare. Le acque poco profonde erano povere di ossigeno, quindi i pesci che sapevano respirare aria avevano un vantaggio.

Per cambiare in modo così grande ci vollero anche modifiche ai geni. Ricerche recenti mostrano che gli stessi geni che formano le pinne dei pesci formano anche le mani e i piedi, ma che nei tetrapodi sono stati attivati in modo diverso, in una zona che dà origine alle dita. In laboratorio, modificando alcuni di questi geni nei pesci zebra, i ricercatori hanno ottenuto pinne con parti simili a piccole dita.

L'evoluzione non ha un progetto: ogni piccolo passo è stato utile in quel momento. Pinne robuste servivano nelle acque basse; solo molto dopo diventarono zampe.

Cosa cambiò

L'arrivo dei vertebrati sulla terraferma aprì un nuovo capitolo della storia della vita. Nei milioni di anni successivi comparvero gli anfibi, poi i rettili, che ruppero il legame con l'acqua deponendo uova con guscio, e da questi, nelle strade diverse della storia, dinosauri, uccelli e mammiferi.

La scoperta di Tiktaalik ha avuto anche un valore scientifico speciale, perché la previsione fatta da Shubin e dai colleghi, che in rocce di una certa età e di un certo tipo si sarebbe trovata una forma di transizione, si è avverata. È un esempio di come la scienza funzioni: si fa un'ipotesi, si va a verificarla e si guarda se è vera. Il fossile è diventato famoso nei libri di scuola di tutto il mondo.

Oggi sappiamo che molti tratti del nostro corpo derivano da quell'epoca: l'avambraccio con due ossa, le dita, il collo, il modo di respirare con i polmoni. Neil Shubin ha raccontato questa storia nel libro «Your Inner Fish», in cui spiega come l'anatomia umana porti le tracce dei nostri antenati acquatici.

Persone e luoghi chiave

Persone

Neil Shubin
Paleontologo americano dell'Università di Chicago. Guidò la spedizione che trovò Tiktaalik e scrisse il libro «Your Inner Fish» (il pesce che è dentro di noi).
Ted Daeschler
Paleontologo dell'Accademia delle scienze naturali di Filadelfia. Co-scopritore di Tiktaalik.
Jenny Clack
Paleontologa britannica (1947-2020). Studiò Acanthostega e Ichthyostega e mostrò che i primi tetrapodi avevano più di cinque dita.

Luoghi

Isola di Ellesmere, Nunavut (Canada)
Isola dell'Artico dove nel 2004 fu trovato Tiktaalik, in rocce che 375 milioni di anni fa erano fiumi in una regione calda.
Groenlandia orientale
Luogo in cui furono trovati Acanthostega e Ichthyostega, tetrapodi di circa 365 milioni di anni.
Zachełmie, Polonia
Cava dove sono state scoperte impronte di circa 390-395 milioni di anni, forse di tetrapodi.

Da sapere

  • Tiktaalik è un nome inuktitut: per scegliere il nome furono consultati gli anziani della comunità inuit del Nunavut, la regione canadese in cui si trovano le rocce.
  • Prima della scoperta, Shubin e i colleghi avevano scelto il luogo in base a una mappa geologica: cercavano rocce di fiumi di 375 milioni di anni fa che affiorassero in superficie.
  • Il collo di Tiktaalik è una novità: nei pesci la testa è attaccata alle spalle, mentre in lui il capo poteva muoversi da solo.
  • Acanthostega aveva otto dita su ogni zampa: la regola delle cinque dita arrivò dopo.
  • Il nostro polso e il nostro gomito hanno una struttura che si ritrova nelle pinne di Tiktaalik: l'osso del braccio, due dell'avambraccio, poi i piccoli ossi del polso.

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