Il movimento di animali dalla terra al mare è avvenuto più volte negli ultimi 250 milioni di anni ed è stato documentato in molti modi diversi e singolari. Ma ora, per la prima volta, un team di ricercatori ha creato una panoramica che non solo fornisce informazioni sull'evoluzione, ma può anche aiutare a valutare più accuratamente l'impatto degli umani sul pianeta.
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Gli oceani pullulano di tetrapodi - uccelli, rettili, mammiferi e anfibi "a quattro zampe" che si sono ripetutamente spostati dalla terra al mare, adattando le gambe in pinne. Le transizioni sono state spesso correlate alle estinzioni di massa, ma le vere ragioni sono conosciute solo in parte sulla base dei fossili e attraverso lo studio del clima terrestre, per esempio.
Tali transizioni sono considerate "illustrazioni canoniche" del processo evolutivo e quindi ideali per lo studio; i tetrapodi marini viventi - come balene, foche, lontre e leoni marini - hanno anche un grande impatto ecologico, secondo Neil P. Kelley e Nicholas D. Pyenson, i due scienziati smithsoniani che hanno compilato il nuovo look di questi tetrapodi, apparendo questa settimana nella rivista Science .
Invece di raccogliere prove da un singolo campo, la coppia ha riunito la ricerca di molte discipline, tra cui la paleontologia, la biologia molecolare e l'ecologia della conservazione, per dare un quadro molto più ampio di ciò che stava accadendo quando gli animali sono passati dalla terra al mare attraverso millenni.
Quasi per necessità, gli scienziati tendono a lavorare in silos ristretti, quindi questa ricerca aiuterà ad ampliare le loro opinioni e potenzialmente a compiere progressi più rapidi nella comprensione dell'evoluzione. Sapere come queste creature si sono adattate nel corso delle ultime centinaia di milioni di anni, e in particolare come sono cambiate nell'era da quando sono apparsi gli umani, potrebbe aiutarci a diventare migliori amministratori del pianeta.
"È una sintesi unica nel suo genere di tutto ciò che si sa di quei diversi gruppi che si sono evoluti per tornare al mare", afferma Louis L. Jacobs, professore di scienze della terra e presidente dell'Istituto per lo studio della Terra e uomo alla Southern Methodist University. Il documento espone tutto in un modo che consente agli scienziati di fare confronti tra le specie, aggiunge.
"La recensione è davvero al centro dell'evoluzione e perché lo studio dell'evoluzione è importante", afferma Sterling Nesbitt, assistente professore di geoscienze al Virginia Polytechnic Institute e alla State University. Nesbitt si concentra sull'evoluzione dei vertebrati, non sugli animali marini, ma afferma che il lavoro dei ricercatori Smithsonian aiuterà lui e i suoi studenti a capire, ad esempio, come alcuni animali terrestri possano essersi adattati per poter vivere sugli alberi.
La ricerca "fornisce anche il contesto evolutivo per comprendere come le specie viventi di predatori marini si evolveranno e si adatteranno alla vita nell'Antropocene", afferma Kelley, autore principale del documento e ricercatore nel dipartimento di paleobiologia del Museo Nazionale di Storia Naturale. Aggiunge che ha scelto di proposito di usare il termine "antropocene" nel documento. Alcuni scienziati lo usano per descrivere l'attuale era geologica, ma anche per significare che è un momento in cui gli umani sembrano giocare un ruolo dominante nella direzione del pianeta.
Per un periodo di 300 milioni di anni, molti tipi di specie che vanno dalle foche ai mosasauri hanno sviluppato indipendentemente simili arti anteriori aerodinamici simili (per il nuoto) mentre passavano dalla vita sulla terra all'oceano. (Neil Kelley e Nick Pyenson, NMNH) "Non è solo accademico immaginare quale potrebbe essere il destino di questi animali", afferma Kelley, aggiungendo che i predatori marini, in particolare, sono attori ecologicamente importanti. "Potrebbe avere un grande impatto se perdiamo questi predatori", afferma.
L'articolo di Kelley e Pyenson attinge da 147 studi per lo più sottoposti a peer review in una varietà di campi, offrendo una ricca panoramica di alcuni degli adattamenti paralleli avvenuti tra un certo numero di specie marine di tetrapodi. È estremamente allettante, dice Jacobs.
Tra i suoi numerosi fili, il lavoro evidenzia una linea di ricerca relativamente nuova chiamata ricostruzione del pigmento fossile, una tecnica che offre agli scienziati la capacità di determinare, da un fossile, il colore di una piuma di uccello antico o di una pelle di rettile preistorico. La colorazione può fornire indizi sul modo in cui le specie si adattano al loro ambiente. Uno studio, ad esempio, ha rivelato che gli antichi rettili marini avevano una colorazione scura, "probabilmente per la regolazione della temperatura o la protezione dalla luce ultraviolenta", scrivono i ricercatori.
Gli studi genomici stanno anche aiutando a mettere insieme le ragioni per cui gli animali marini con diversi antenati terrestri sembrano aver sviluppato adattamenti simili quando sono andati nell'oceano, secondo gli autori. Ad esempio, sia le balene dal becco che le foche si sono evolute per avere la capacità di immagazzinare nei miei muscoli la mioglobina, una proteina che lega l'ossigeno. Questo dà ai subacquei profondi la possibilità di sopravvivere sott'acqua per lunghi periodi di tempo. Prima della genomica, gli scienziati non erano stati in grado di rintracciare tale capacità simile a livello molecolare, afferma Kelley.
Ma ora, possono vedere che questi diversi tipi di subacquei marini possono avere gli stessi meccanismi cellulari. "C'è una profonda connessione evolutiva lì", afferma Pyenson, curatore di mammiferi marini fossili presso il Museo di storia naturale. La domanda ora è se le sequenze genetiche possono essere legate a comportamenti o tipo di corpo specifici, alle capacità respiratorie o allo sviluppo delle pinne. "Non lo sappiamo ancora, ma potremmo nei prossimi cinque anni circa", aggiunge Kelley.
Separati nel tempo da oltre 50 milioni di anni, i delfini moderni e gli ittiosauri estinti discendevano da diverse specie terrestri ma sviluppavano ancora un simile corpo simile a un pesce. (Dolphin, NOAA. Ichthyosaur, per gentile concessione di Lindgren et al, Nature Publishing Group) La recensione riunisce anche vari studi che mostrano l'impatto dell'uomo sull'evoluzione del tetrapode. Gli umani hanno cacciato una varietà di tetrapodi quasi fino all'estinzione e l'attività umana sembra indirettamente accelerare la scomparsa degli altri. Sei delle sette specie di tartarughe marine sono minacciate. E il delfino del fiume Yangtze, trovato solo in quel fiume in Cina, è stato dichiarato estinto nel 2006 a causa di incidenti marittimi e degrado dell'habitat.
Ma alcuni tetrapodi hanno superato gli umani. Le balene grigie, che si pensava vivessero solo nel Pacifico, sono state recentemente trovate nell'Atlantico. "L'ipotesi migliore per come sono arrivati è che si stanno muovendo attraverso l'Artico", dice Kelley, osservando che il ghiaccio si è sciolto abbastanza da consentire un passaggio a base acquosa. La documentazione fossile mostra che una volta le balene grigie vivevano nell'Atlantico circa 100 milioni di anni fa, quindi il loro ritorno potrebbe essere un processo di ricolonizzazione, dice Kelley.
Kelley e Pyenson sperano che il loro articolo motiva più collaborazioni, ad esempio tra paleontologi, biologi e ambientalisti, per mettere insieme passato e presente, soprattutto per dare un'occhiata più da vicino agli animali marini. Gli umani "stanno avendo un impatto enorme sul futuro", afferma Pyenson. La recensione aiuta a rispondere alla domanda "quale sarà il destino di queste specie ecologicamente importanti?"
"Comprendere l'oceano è vitale per gli esseri umani su questo pianeta", afferma Jacobs, osservando che svolge un ruolo importante nell'ecosistema. Ma aggiunge che gli umani stanno cambiando l'oceano, portando a un innalzamento del livello del mare e all'aumento delle temperature, nonché a cambiamenti nella salinità e nell'acidità, che stressano tutti gli animali. "Non conosciamo tutte le conseguenze impreviste di ciò che questi cambiamenti fisici porteranno."
Un assortimento di tetrapodi marini dell'era cretacea provenienti dalla fine dell'era dei rettili, tra cui una tartaruga marina, un uccello marino incapace di volare, un grande mosasaur e un elasmosauro dal collo lungo. (Opere di Karen Carr / NMNH)
