laboratorio evoluzione Marcello Sala

CHIMERE

[Stephen Jay Gould, La vita meravigliosa,Feltrinelli 1990]

[foglietti e penne]

Inventa un animale e disegnalo

Quanto è grande?

In che ambiente vive?

Di che cosa si nutre?

Spesso “inventiamo” forme mettendo insieme pezzi di forme note

Come stanno le cose in natura?

Fossilizzazioneconservazione di

parti dure (ossa, carapaci,

conchiglie...)

Canada, British Columbia, giacimento di Burgesssedimenti da 530 a 505 Ma facon conservate parti molli

1909Charles D. Walcott

f. di Ediacara

f. tommotiana

procarioti eucarioti pluricellulari

f. di Burgess

f. di Chengjiang

(colonie?)

f. di Lantian

Walcott: trilobite

Marrella splendens

Walcott: crostaceo branchiopode

Opabinia

Walcott: chelicerato merostomo

Sidneyia

Wiwaxia

Walcott: anellide polichete

Walcott: malacostraco / merostomo / medusoide

Peytoia (medusa)Addome di Anomalocaris

Appendice boccale di Sidneyia

Walcott: anellide polichete

Hallucigenia

Fauna di Burgess (530-505 Ma)

(spugne)

Scifozoi (meduse…)

TrilobitiCrostacei (malacostraci, branchiopodi...)Chelicerati (merostomi, ragni, scorpioni…)Uniramati (miriapodi, insetti…)

Policheti

(graptoliti) (oloturie, stelle marine, ricci…)

REGNO sottoregno ramo superphylum clade PHYLUMAnimali Fagocitellozoi Placozoi

Parazoi PoriferiMesozoi MesozoiEumetazoi Radiati Cnidari

Ctenofori

Bilateri Protostomi Ecdisozoi KinorinchiLoriciferiPriapulidaNematodiNematomorfiLobopodiOnicoforiTardigradiArtropodi

Lofotrocozoi SipunculiHyolitiNemertiniForonidiBriozoiEntoproctiBrachiopodiMolluschiAnellidiEchiuri

Platizoi PlatelmintiGastrotrichiGnatiferi

Deuterostomi ChetognatiEmicordatiEchinodermiCordati

La “comunità” di Burgess:

grande varietà anatomica in un unico ambiente65.000 esemplari - 87,9 % di esemplari animali 119 generi (37% artropodi) in 140 specie

(di cui 14 % a esoscheletro duro)specie bentoniche + specie nuotatrici

in acque poco profonde ( 100 m) Walcott 1909-1913:

anche forme inconsuete ma che appartengono a phyla che caratterizzano

la fauna successiva e attuale

Grande diversità di piani organizzativi dell’organismo nella “comunità” di Burgess:

adattamento?

No: l’ambiente è unico anche se con molte “nicchie”

L’evoluzione va nella direzione di un aumento di complessità?

Si avrebbe un’ottimizzazione delle forme più complesse

mentre i batteri sono ancora dominanti

ruolo ecologico % individui

% generi

detritivori (artropodi)

60 25-30

limifagi (molluschi) 1 5

filtratori (spugne) 30 45

carnivori e saprofagi (artropodi)

10 20

Grande diversità di piani organizzativi dell’organismo nella “comunità” di Burgess:

adattamento?

No: l’ambiente è unico anche se con molte “nicchie”

Quella di Burgess è una fauna complessa?

Strutture anatomichee funzionali complesseStruttura ecologica: specialisti legati da una rete di relazioni ecologiche

L’evoluzione va nella direzione di un aumento di complessità?

La complessa comunità di Burgess si colloca all’inizio della storia evolutiva

1909-1913 WalcottRevisioni:

1966-1983 Harry Whittington

1975-1983 Simon Conway Morris - Derek Briggs - David Bruton

Walcott: trilobite analisi tridimensionale

Whittington: artropodo unico

precursore di crostacei e trilobiti

Marrella splendens

Walcott: artropodo primitivo

analisi tridimensionaleWhittington: nuovo

phylum

Opabinia

Walcott: chelicerato merostomoBruton: artropodo unico

Sidneyia

Wiwaxia

Walcott: anellide policheteConway Morris: nuovo phylum

Addome di Anomalocaris - Appendice boccale di Sidneyia - Peytoia (medusa)

Walcott: anellide policheteConway Morris: nuovo phylum

Hallucigenia

Walcott: ---Conway Morris: nuovo phylum

Dinomischus

Walcott: --Conway Morris: nuovo phylum

Odontogriphus

Artropodi di Burgess (dopo la revisione)

Specie ordinarie di gruppi ancora

presenti in epoche successive

Specie unichenon più presenti

in epoche successive

Trilobiti 19 Trilobiti corpo molle 3

Crostacei 2

Chelicerati 1

Uniramati (Onicofori?) 1

Artropodi unici 13 (20?)

Phyla unici 8 (18?)Che cosa ci dice questo?

Nella comunità di Burgess erano presenti animali con molti tipi di organizzazione (phyla) diversi da quelli

che hanno poi costituito la fauna del pianetaIl mondo animale non è sempre stato come lo

conosciamo

diversità

tempo

tempo

L’ “albero” di Walcott

Il “cespuglio” di Gould

Alla luce dei fossili di Burgessquale delle due immagini rappresenta meglio la storia

evolutiva?

I batteri sono tutt’oggi dominanti:che cosa ci dice questo sulla dinamica dell’evoluzione?

Non va nella direzione di un aumento di complessità:per selezione si avrebbe un’ottimizzazione

delle forme più complesse

Come si spiegano “le esplosioni” di complessità di forme di vita

(soprattutto dopo le estinzioni) e poi loro riduzione?

La variabilità precede la “selezione naturale”che ottimizza e stabilizza

Perché?

La variazione origina dalle dinamiche (ricombinatorie)nel livello di organizzazione sottostante (cellule, genoma)Casualità non come “rumore” ma

come fonte di variazione (diversamente dalla fisica)

Dopo la fauna di Burgess c’è stata una forte riduzione di varietà di gruppi tassonomici (estinzione)

A un’estinzione sopravvivono i più adatti?

Walcott: anellide polichete

Wittington Conway Morris: cordato

Pikaia

Anfiosso

Pikaia gracilens

http://www.youtube.com/watch?v=Y1DPzY6o6hQ&feature=related

Riavvolgiamo il film della vita e facciamolo ripartire dal tempo di Burgess. Se la Pikaia non sopravvive noi saremo cancellati dalla storia futura: tutti noi, dallo squalo al pettirosso all’orangutan. E io non penso che un qualsiasi allibratore, data la situazione di Burgess quale ci è nota oggi, avrebbe dato molte probabilità di sopravvivenza alla Pikaia.

Stephen Jay Gould, La vita meravigliosa, 1989

La teoria nasce per induzione dai dati osservativi?…

In questo caso quali sono i dati osservativi?...… i fossili come oggetti?

… l’anatomia e la fisiologia specifica dei fossili?…Ma l’anatomia e ancor più la fisiologia specifica

sono frutto dell’interpretazione dei fossiliL’interpretazione dipende dalle rappresentazioni

dalle premesse culturali: il “calzatoio di Walcott”

Anche quello di Gould è un calzatoio?

Revisioni delle revisioni…

Addome di Anomalocaris - Appendice boccale di Sidneyia - Peytoia (medusa)

Walcott: anellide policheteConway Morris: nuovo phylumRamsköld e Hou: onicoforo

Hallucigenia

«Dettagliate analisi microscopiche di 189 nuovi reperti fossili presenti nella collezione del Royal Ontario Museum a Toronto rivelano la presenza di varie caratteristiche tipiche dei molluschi, inclusa la radula, una struttura chitinosa e retrattile, ricoperta di dentelli, che viene utilizzata da vari gruppi di molluschi (come ad esempio i gasteropodi) per raschiare il cibo dal fondale.Odontogriphus probabilmente si nutriva delle dense colonie di cianobatteri che caratterizzavano il paleoecosistema della comunità preservata nella Burgess Shale.»

Walcott: --Conway Morris: nuovo phylumCaron, Scheltema, Schander, Rudkin: mollusco

Artropodi di Burgess (dopo la revisione)

Specie ordinarie di gruppi ancora

presenti in epoche successive

Specie unichenon più presenti

in epoche successive

Trilobiti 19 Trilobiti corpo molle 3

Crostacei 2

Chelicerati 1

Uniramati (Onicofori?) 1

Artropodi unici 13 (20?)

Phyla unici 8 (18?)Che cosa ci dice questo?

Nella comunità di Burgess erano presenti animali con molti tipi di organizzazione (phyla) diversi da quelli

che hanno poi costituito la fauna del pianetaIl mondo animale non è sempre stato come lo

conosciamo

Che cosa ci dice questo?

Nella comunità di Burgess erano presenti animali con molti tipi di organizzazione (phyla) anche diversi da

quelliche hanno poi costituito la fauna del pianeta

Il mondo animale non è sempre stato come lo conosciamo

Artropodi di Burgess (dopo la revisione della revisione)

Specie ordinarie di gruppi ancora

presenti in epoche successive

Specie unichenon più presenti

in epoche successive

Trilobiti 19 Trilobiti corpo molle 3

Crostacei 2

Chelicerati 1

Uniramati (Onicofori?) 1

Artropodi unici 13 (20?)

Phyla unici 4 (10?)