laboratorio evoluzione
DA PINNE
A ZAMPE
[Bruno Bertolini, Immagini dell’evoluzione,
in Le scienze naturali nella scuola, n.47 2012]
Marcello Sala
Pesci del Devoniano (416-359 Ma fa)
Attinopterigi: pinne con raggi
Sarcopterigi (Crossopterigi,
Celacantidi, Dipnoi):
pinne carnose
(ossa e muscoli)
Esempio: Eusthenopteron
(crossopterigio) 385 Ma fa
Pinne pari:
elemento base articolato sul cinto
omologo a femore od omero +
due ossa omologhe a tibia-perone
o radio-ulna +
piccole ossa omologhe a dita
su cui si articolano i lepidotrichi
raggi ossei di origine dermica
365 Maf primi tetrapodi (= 4 piedi)
scheletro da pesce ma
con arti articolati
come nei Sarcopterigi
ma senza lepidotrichi
i più antichi con più di 5 dita
Ichthyostega
Acanthostega
375 Maf (Devoniano medio)
Tiktaalik
Nelle pinne pari anteriori
ossa del polso
e semplici dita
che le rendono in grado
di reggere il peso
ipotesi sul suo rapporto
con l’ambiente?
Pinne anteriori funzionali a
sostenere il corpo
e tenere sollevata la testa
fuori dall’acqua
A che punto della storia dei vertebrati
è iniziata l’evoluzione degli arti posteriori?
Dopo la transizione alla terraferma come adattamento
Scoperta una parte posteriore diTiktaalik:
la dimensione delle pinne posteriori è
paragonabile a quella delle pinne anteriori
ratto caratteristico dei primi tetrapodi:
che cosa suggerisce questo dato?
Tiktaalik era forse in grado di camminare sul fondo marino
come i Dipnoi (pesci polmonati)
Da ciò quale ipotesi?
Accrescimento degli arti posteriori
prima del passaggio alla terraferma
solo dopo queste “nuove” zampe si sarebbero ulteriormente
evolute in quanto vantaggiose nella locomozione
365 Maf
380 Maf
385 Maf
Quale evoluzione
si può ipotizzare?
Pinne pari più robuste con cui
è possibile camminare sul fondo
sacco polmonare (Dipnoi)
Nel tardo Devoniano
Sarcopterigi anche in
stagni, paludi, acque
basse eutrofiche
con scarso O2
385
380
375
365
Maf
Evoluzione della struttura delle pinne pari
Nella successione evolutiva un “salto”
da pinne con lepidotrichi ad arto con dita:
come si può spiegare?
Nella successione evolutiva un “salto”
da pinne con lepidotrichi ad arto con dita:
come si può spiegare?
Nei vertebrati tre serie di Geni Hox
1) sviluppo di femore/omero
2) sviluppo di tibia-perone/radio-ulna
3) sviluppo di dita
nei pesci lo sviluppo dell’arto si ferma alla fase 2 e
si connette ai lepidotrichi che si sviluppano dal derma
I geni Hox della fase 1 e 2 sono in rete
la fase 3 ha un unico gene enhancer (attivatore)
che ipotesi si può fare?
Per mutazione un gene della fase 2 acquisisce la funzione
di enhancer della fase 3  “salto” ai tetrapodi
Nei pesci attuali manca la fase 3 ma
nel pesce spatola (Polyodon) di origine antica
nello sviluppo si attivano geni Hox della fase 3
ma senza sviluppo di un piede:
che ipotesi si può fare?
La potenzialità di sviluppare un piede era già presente
negli antichi Crossopterigi ed è andata perduta
E in quelli attuali?
è presente ma non si attua perché
il sistema di controllo genico
è diverso da quello dei tetrapodi
Ma...
... in Panderichtys forse
non una grossa ulna ma
piccola ulna + abbozzi di dita:
e quindi...?
In forma rudimentale le dita
erano già presenti in qualcuno
dei Crossopterigi antichi
Aggiornamenti
Tungsenia paradoxa
409 Ma fa (Devoniano inferiore)
i più vecchi resti di uno gruppo estinto con caratteristiche
intermedie tra tetrapodi
e dipnoi (anche viventi)
Forme del cranio
indicative di un cervello
di animale terrestre
più di 40 Ma prima dei
primi tetrapodi terrestri:
che cosa significa dal
punto di vista evolutivo?
La modifica delle strutture
precede la funzionalità
(la rende possibile)