Monday, February 26, 2024

Dalle zampe alle pinne

di Ester Cecere

Sebbene siano animali molto diversi tra loro, cetacei, pinguini e tartarughe presentano un elemento del corpo in comune: le pinne. A determinare la presenza di questa appendice è il fatto che tutti vivono in acqua o a stretto contatto con essa. Ester Cecere dell’Istituto di ricerca sulle acque del Cnr, illustra come in ciascuno di essi sia avvenuta la trasformazione

Sappiamo che le prime, elementari forme di vita sulla Terra comparvero in acqua. Successivamente, la conquista dell’ambiente terrestre da parte dei vertebrati rappresentò un evento cruciale nella storia dell’evoluzione. Le testimonianze fossili hanno permesso di ricostruire con una certa chiarezza le profonde trasformazioni a cui sono andate incontro le appendici dei primi animali che hanno conquistato le terre emerse, le quali hanno consentito loro di uscire dall’acqua e di camminare agevolmente sulla terra, e indicano nei tetrapodi il primo gruppo di vertebrati dotato di questa capacità. Possiamo sintetizzare questo processo in una semplice espressione: dalle pinne alle zampe. Tuttavia, come risposta adattativa di un essere a un nuovo ambiente in cui vivere è avvenuto anche il contrario, ossia, ritornando a vivere in mare, si è passati dalle zampe alle pinne.

Vi siete mai chiesti cosa hanno in comune delfini, pinguini, tartarughe e squali? Le pinne, direte prontamente. Esatto. Eppure sono animali molto diversi: i delfini sono mammiferi, i pinguini uccelli, le tartarughe rettili, gli squali pesci. Tutti però hanno le pinne perché vivono in acqua o a stretto contatto con essa e, quindi, devono nuotare. Vivendo nello stesso ambiente, sono stati sottoposti alle stesse pressioni ambientali, pertanto, hanno evoluto nel tempo, per selezione naturale, strutture simili con la stessa funzione. Questo processo va sotto il nome di “convergenza evolutiva” e spiega perché alcune caratteristiche simili siano presenti in specie che appartengono a gruppi tassonomici molto diversi e distanti tra loro da un punto di vista evolutivo. Queste specie sono dette convergenti. Gli organi o le strutture che hanno la stessa funzione ma che non derivano dalla presenza di un antenato comune si definiscono analoghi. E’ avvenuto così che le zampe delle testuggini (le tartarughe che vivono sulla terraferma) si sono trasformate in pinne; stesso destino hanno subito le ali dei pinguini. Nei delfini, e in genere in tutti i cetacei, rappresentati da balene, delfini, capodogli, orche e simili, il processo di trasformazione è stato un po’ più complesso.

I cetacei, sono fra gli esempi più straordinari delle metamorfosi dovute all’evoluzione. Derivati da progenitori terrestri dotati di due paia di zampe, pelo, coda e denti simili a quelli degli attuali orsi e lupi, hanno sviluppato strutture adatte a un ambiente acquatico man mano che il loro habitat terrestre è stato sostituito da quello marino. Tutti i primitivi cetacei, cioè i protocetidi (il primo Protocetidae, detto anche “cetaceo di mezzo”, è stato ritrovato in Egitto nel 2021), utilizzavano gli arti palmati per nuotare e presentavano molto probabilmente uno stile di vita simile a quello delle foche, acquatico ma connesso alla terraferma per il parto, il riposo e gli accoppiamenti.

I cetacei che conosciamo oggi hanno subito, quindi, drastici cambiamenti nel corso di milioni di anni per potersi adattare sempre meglio a una vita esclusivamente marina. Tra le modificazioni anatomiche rientrano la scomparsa degli arti posteriori (benché siano presenti ossa vestigiali, cioè residue, posizionate dove un tempo si trovavano le zampe), la trasformazione degli arti anteriori in pinne, la trasformazione della coda in una pinna caudale orizzontale, che viene mossa dal basso verso l’alto e alla cui base permane il peduncolo caudale residuo della coda ben visibile soprattutto in quelle specie che, prima di immergersi, mostrano completamente o parzialmente la pinna caudale, come il capodoglio. Delle loro origini terrestri rimangono la respirazione dell’aria alla superficie dell’acqua, l’omologia delle ossa delle pinne pettorali con quelle presenti nell’arto umano (si dicono omologhi organi di specie diverse derivanti dalla stessa porzione dell’embrione), i movimenti della colonna vertebrale, che sono verticali e caratteristici di un animale adattato alla corsa sulla terra più che ai movimenti orizzontali dei pesci.

Tartaruga marina

I pinguini si sono evoluti per usare le loro ali come pinne, che assomigliano alle ali degli aerei e sono affusolate e appiattite, per ottenere la massima efficienza sott’acqua. Ogni pinna è coperta da piume corte, simili a squame, che sono dure e conferiscono la rigidità indispensabile per nuotare sott’acqua e per ridurre il rischio di lesioni durante il nuoto. Le pinne aiutano i pinguini anche a terra, per mantenere l’equilibrio quando camminano o saltano da un posto all’altro o per spingersi sulla neve mentre sono sdraiati sulla pancia, spostandosi rapidamente da un punto all’altro e risparmiando energie. Le pinne dei pinguini, infatti, sembrano progettate per il risparmio energetico. Sono prive di articolazioni, il che permette a questi uccelli di muoverle con più potenza, specialmente quando si immergono in profondità e devono affrontare la corrente e la pressione dell’acqua per muoversi velocemente. Questa trasformazione, per cui i pinguini non hanno continuato a volare, è stata determinata dal fatto che, nelle fredde e inospitali regioni dell’Antartide, non ne avevano bisogno poiché il loro sostentamento è disponibile in mare.

Ci sono più di 300 specie di tartarughe nel mondo, di cui 250 acquatiche (che vivono in acqua dolce, zone umide e paludi), 60 terrestri e solo 7 marine. Sono i rettili più antichi viventi oggi, abitano gli oceani da 225 milioni di anni senza aver cambiato il proprio aspetto fisico e sono perfettamente adattate alla vita marina, grazie alla forma allungata del corpo ed alla presenza di “zampe” trasformate in pinne. Le tartarughe marine primitive avevano ancora delle appendici ossee sulle pinne, una sorta di unghie, e le dita non erano del tutto fuse tra loro a formare una vera e propria pinna. Ciò fa pensare che le tartarughe marine si siano evolute dalle testuggini provviste di arti e unghie adatti alla vita sulla terra, che si sono via via trasformati in pinne. Ciò che veramente sorprende è che, una volta evolutisi, tutti gli adattamenti alla vita marina siano rimasti morfologicamente e biologicamente costanti fino a oggi. Goffe e lente sulla terraferma, le tartarughe marine in mare sono velocissime e agili.

Nel 2018, i ricercatori del Monterey Bay Aquarium, in California, hanno osservato che le tartarughe marine usano le pinne come se fossero mani: se ne servono per scavare, fare rotolare il cibo e anche per trascinarlo. Comportamenti simili sono stati documentati nei mammiferi marini, dai trichechi alle foche e ai lamantini, ma non nelle tartarughe marine.

[Almanacco della Sxcienza N.6, maggio 2023]

redazione
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Tiziano Thomas Dossena, Leonardo Campanile, LindaAnn LoSchiavo, and Dominic Campanile

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