Dalle pinne ai piedi

1.2 Ecco i Tunicati!

Leggi qui l’introduzione a questa Storia Naturale (Sezione 1.1).

Disclaimer: Se non fosse del tutto ovvio per chiunque stia leggendo questo blog, nessuna delle opere d’arte, fotografie e filmati inclusi di seguito è stata creata da me.
Ogni storia ha un inizio – e questo intrepido scrittore ha scelto di piantare il suo primo stendardo di battaglia sui sedimenti oceanici del Cambriano dove gli strani e meravigliosi Tunicati si sono evoluti e hanno prosperato (probabilmente). Forse un giorno, in un lontano futuro, finirò il mio capitolo conclusivo sull’evoluzione umana, mi sdraierò sulla mia logora sedia a rotelle, berrò un freddo, lungo e meritato sorso di Dr. Pepper e sorriderò peccaminosamente. Per ora, queste cose devono rimanere sogni irrealizzabili. Ho appena iniziato il mio viaggio sulla lunga, tortuosa e meravigliosa strada dell’evoluzione dei Vertebrati. Che i giochi abbiano inizio!

NOTA: Ciona intestinalis sembra essere l’organismo tunicato modello usato da molte delle mie fonti – molte delle specifiche (specialmente le cifre numeriche) che uso nei paragrafi successivi si applicano esclusivamente a questa specie. Tali cifre saranno contrassegnate da un asterisco.

1.2.0 Tunicati

Potrebbero non avere l’aspetto giusto, ma animali simili a questi coloratissimi, anche se irrilevanti, molluschi coloniali potrebbero essere stati i progenitori di tutta la vita vertebrata sul pianeta.

I tunicati o Urochordati sono membri di un gruppo di animali che comprende le salpe marine, le gorgonie, i pirosomi e molte altre creature filtranti simili a sacche.

Da quando sono stati riconosciuti per la prima volta come un gruppo tassonomico distinto da Jean-Baptiste Lamarck nel 1816 (un prolifico naturalista dell’inizio del XIX secolo che è spesso malvisto nei libri di testo di biologia in questi giorni per il suo errato modello pre-darwiniano di evoluzione), i biologi hanno variamente ipotizzato che i calamari e le salpe marine (e i loro cugini) rappresentassero una strana e poco compresa stirpe di molluschi (forse parenti prossimi di bivalvi come cozze e ostriche) o vermi anellidi. Una delle loro caratteristiche più peculiari, tuttavia, era la forma larvale motile, simile a un girino che, come i vertebrati, aveva una testa distinta e una coda muscolare. Eppure, pochi sospettavano che condividessimo un’ascendenza comune più stretta con queste umili creature simili a spugne che con i vivaci e sorprendenti artropodi o i molluschi cefalopodi incredibilmente intelligenti.

In effetti, come vedremo, la somiglianza della larva di tunicato con il girino non è del tutto casuale.

Grazie agli sforzi di un embriologo russo di talento, Alexander Kowalevsky, è stato osservato che le larve di tunicato possiedono le seguenti importanti caratteristiche:

– Fessure branchiali (usate nella vita adulta per l’alimentazione con filtri)

– Una struttura flessibile e di supporto chiamata notocorda che corre lungo la lunghezza della coda. Questa asta è composta da cartilagine – lo stesso tessuto rigido ma flessibile che si trova nel naso e nell’orecchio umano. Si può pensare a questa struttura come a una sorta di proto-backbone, anche se il paragone non è del tutto valido.

– Una coda

– Un cordone nervoso dorsale (situato lungo la schiena)

In generale, ogni organismo che possiede queste quattro caratteristiche in qualsiasi momento del suo ciclo vitale è chiamato Cordato (un phylum di organismi che include i molluschi di mare, le lance e i vertebrati come noi). I vertebrati si distinguono dagli altri cordati per la presenza di una colonna vertebrale rigida e segmentata che sostituisce la primitiva notocorda durante lo sviluppo embrionale.

1.2.1 Biologia dei Tunicati

Le descrizioni anatomiche sono complicate e poco interessanti. Quindi, cercherò di fare del mio meglio per limitare la mia breve panoramica sull’anatomia dei tunicati al minor numero possibile di frasi. Sottolineerò i fatti essenziali che giocheranno un ruolo importante nella nostra storia.

(Da www.earthlife.net)

La maggior parte dei tunicati sono immobili – ancorati al fondo dell’oceano da piccoli processi simili a radici chiamati villi*. Presentano due aperture lobate – una attraverso la quale l’acqua entra nella cavità corporea (il sifone incorrente o bocca) e un’altra attraverso la quale esce dalla stessa (il sifone escorrente). I tunicati possono allungare, accorciare, piegare, chiudere e aprire queste due aperture con l’aiuto di muscoli circolari.

Il corpo del tunicato può essere diviso in una regione superiore (faringea) e una inferiore (addominale). La regione superiore contiene la faringe, quella inferiore gli organi digestivi e riproduttivi e un cuore rudimentale.

I tunicati non hanno vasi sanguigni e il sangue si limita a scorrere in grandi seni e spazi nel tessuto corporeo. Hanno un rapporto tra superficie e volume corporeo abbastanza alto da poter contare sulla diffusione di anidride carbonica e ossigeno attraverso la pelle per la respirazione.

(Wow. Gli assoli di violino possono far sembrare intenso anche il filtraggio del cibo)

I tunicati sono le uniche creature del regno animale che possono produrre cellulosa (la sostanza che si trova nelle pareti cellulari delle piante). L’epidermide (pelle) del tunicato secerne un rivestimento protettivo duro e spesso opaco chiamato test (o “tunica” – da cui il nome).

Un solco nella parete della faringe secerne del muco che aiuta a intrappolare il plancton.

Negli esseri umani, la faringe è situata nella parte superiore del collo, appena oltre la cavità orale. Non sorprende che anche la faringe dei Tunicati sia situata posteriormente alla cavità orale. Essa (la faringe) è perforata da piccole fessure o spaccature (che sono analoghe alle branchie dei pesci) La faringe è essenzialmente un sacco ellittico allungato contenuto in una camera più grande chiamata atrio.

Forse inaspettatamente, la funzione primaria delle fessure branchiali dei Tunicati non è la respirazione, ma la filtrazione. Le particelle di cibo (principalmente plancton) portate nella faringe vengono filtrate dall’acqua (l’acqua viene espulsa con forza attraverso le fessure branchiali) e poi portate nell’intestino. La materia fecale viene espulsa dal corpo attraverso il sifone ricorrente. I tunicati sono prodigiosi filtratori – possono filtrare centinaia di litri d’acqua al giorno ed eliminare una parte significativa dei batteri (oltre il 90%) contenuti in essa.

L’acqua, d’altra parte, passa nell’atrio subito dopo la filtrazione e poi esce dal corpo attraverso il sifone eccitante. Il battito di milioni di strutture subcellulari simili a capelli chiamate cilia è responsabile del mantenimento di una corrente d’acqua costante.

I tunicati hanno anche un sistema muscolare primitivo di muscoli longitudinali (che vanno dal sifone incorrente alla base) e circolari che aiutano il tunicato a cambiare forma e ad aprire e chiudere i suoi sifoni. Una piccola collezione di corpi cellulari nervosi (formalmente chiamati gangli) si osserva tra i due sifoni che può essere equivalente al diencefalo dei vertebrati. Una ghiandola neurale è anche presente – questo può essere ancestrale alla ghiandola pituitaria. A differenza delle spugne, i tunicati possono rispondere al tocco.

In molte specie di tunicati, gli individui possono aggregarsi per formare grandi colonie.

I tunicati sono invertebrati marini estremamente comuni, e non tutti sono necessariamente sedentari. Alcuni nuotano liberamente. Alcune salpe di mare, per esempio, usano i loro sifoni ricorrenti per la propulsione a getto!

1.2.2 Le larve

Temevo di aver allontanato una parte considerevole dei miei lettori nei paragrafi precedenti. Non preoccupatevi se non siete in grado di interiorizzare immediatamente le posizioni relative e le funzioni di tutti i referenti anatomici di cui ho parlato nelle ultime centinaia di parole. Sarà sufficiente per i nostri scopi se riuscirete a radicare saldamente nella vostra mente l’idea che –

1) I tunicati sono, per la maggior parte, piccoli animali di fondo simili a sacche che si nutrono di plancton.

2) Sono strettamente imparentati con i vertebrati

“Ma” il lettore perspicace potrebbe obiettare, “Non ci hai ancora mostrato come piccole creature simili a spugne possano concepibilmente trasformarsi in creature simili a pesci!”

In effetti non l’ho fatto. Sono stato negligente nell’organizzazione e nel ritmo. Ma forse questa domanda troverà adeguata risposta nei prossimi paragrafi.

La maggior parte dei Tunicati sono ermafroditi. Espellono uova e sperma nell’acqua di mare attraverso il sifone escretore. La fecondazione avviene in acque aperte. Lo sviluppo embrionale avviene in modo sorprendentemente rapido. Le larve completamente formate, simili a girini, si schiudono entro 25* ore. È (principalmente) la forma larvale del tunicato e non la forma adulta che è di grande interesse per noi.

La larva del tunicato gode di una vita libera di sole 6-36* ore prima di attaccarsi a un substrato duro e metamorfosare nella forma adulta sessile. Utilizza tre strutture simili a capelli sulla testa per ancorarsi al suolo.

Come notato in precedenza in questo post, le larve possiedono una notocorda cartilaginea che corre lungo la coda e parte della schiena. La sola coda costituisce i 4/5* della lunghezza dell’animale. L’animale è lungo solo 1-2 cm* all’inizio. Il corpo è ricoperto di test. L’estremità anteriore del cordone nervoso è espansa per formare una vescicola cerebrale (equivalente al cervello dei vertebrati). La testa ha anche un occhio (un occhio molto primitivo che può percepire i cambiamenti di intensità e direzione della luce) e un otolito (sensibile all’accelerazione lineare e alla forza di gravità – queste funzioni sono svolte da un orecchio interno specializzato nei cordati superiori).

Durante la metamorfosi molte di queste intriganti caratteristiche vengono perse (il tunicato digerisce persino il suo stesso cervello).

Le somiglianze tra le larve di tunicato e i vertebrati sono impressionanti. Queste somiglianze sono raccontate in 1.2.0.

È possibile, e non del tutto insolito tra i tunicati, che le caratteristiche giovanili siano mantenute da un organismo nella fase adulta attraverso un processo chiamato neotenia (chiamato anche paedomorfosi). Tali individui possono ancora raggiungere la maturità sessuale e riprodursi. I primi cordati simili a pesci potrebbero essere discesi da larve di tunicati neotenici. La paedomorfosi o neotenia può giocare un ruolo importante nell’evoluzione. Da Wikipedia:

“La neotenia gioca un ruolo nell’evoluzione, come mezzo attraverso il quale, nel corso delle generazioni, una specie può subire un significativo cambiamento fisico. In questi casi, la forma neotenica di una specie diventa la sua forma matura “normale”, non più dipendente da fattori ambientali che inibiscono la maturità. Il meccanismo per questo potrebbe essere una mutazione o interazioni tra i geni coinvolti nella maturazione, cambiando la loro funzione per impedire questo processo”

Il passo tra le larve dei tunicati e le creature antidiluviane “senza ossa” simili ai pesci non è del tutto difficile.

In effetti, i membri di una classe di tunicati, cioè i Larvacea, mantengono la loro coda muscolare larvale nell’età adulta e sono creature a nuoto libero. Studieremo un altro gruppo di cordati invertebrati che hanno un aspetto ancora più simile a quello dei pesci – anche negli stadi adulti.

1.2.3 Perché la notocorda/proto-backbone ha senso evolutivamente?
Dobbiamo ricordare che lo stadio larvale dei tunicati è essenzialmente una forma di dispersione. I girini sono incapaci persino di nutrirsi. Le larve sono dotate di dispositivi sensoriali (di cui sopra) principalmente per cercare luoghi adatti per stabilirsi – non per localizzare il cibo o sfuggire alla predazione come nella maggior parte dei vertebrati moderni. Forse i tunicati che potevano disperdere le loro larve su una gamma fisica più ampia erano favoriti dalla selezione naturale, e quindi godevano di un maggiore successo riproduttivo. La notocorda, nella sua forma più antica, sembra essere stata un adattamento per una locomozione efficiente (tra le larve di tunicato comunque). Le larve di tunicato si muovono lanciando i loro corpi in una serie di curve o ondulazioni laterali (piuttosto simili a come si muovono le anguille). Questo tipo di movimento dà al corpo una notevole spinta propulsiva in avanti (permettendo alle larve di viaggiare più lontano e più velocemente). Senza la presenza di una struttura rigida di supporto come la notocorda, il corpo si accorcerebbe o si teletrasporterebbe semplicemente quando i blocchi di fibre muscolari coinvolti in questo tipo di movimento (chiamati collettivamente miomeri) si contraggono. Quindi, tale locomozione sarebbe abbastanza inefficiente, se non impossibile, senza la notocorda.

Le piante terrestri hanno inventato ogni sorta di meravigliosi e sorprendenti meccanismi di dispersione dei semi – dalle resistenti noci di cocco ripiene di fluidi ai piumosi semi di dente di leone. Forse la nostra spina dorsale si è evoluta prima sotto l’influenza di simili “tendenze” di diversificazione – anche se in un ambiente acquatico e in un diverso regno della vita.

Il racconto che ho riprodotto sopra non è privo di controversie – ma ho fatto del mio meglio con le fonti che ho a disposizione e con le mie conoscenze.

Mi scuso se questo post è stato eccessivamente secco o tecnico. Non disperate. Con i tunicati fuori dai piedi, nel prossimo post andremo indietro di 550 milioni di anni nel passato ed esploreremo le nostre prime origini in un Oceano Cambriano perduto. Incontreremo il selvaggio Anomalacaris, il goffo trilobite, il nobile Pikaia e il nostro pater familias, Haikouichthys. Dovrebbe essere fantastico.

Bellissimo.