Molte creature possono usare i campi elettrici per comunicare, percepire i predatori o stordire la loro preda con potenti scariche elettriche, ma come fosse nata questa capacità era un mistero.

Il nostro nuovo giornale, pubblicato questa settimana sulla rivista Paleontologia , dettaglia come questa elettrorecezione potrebbe essersi evoluta nei primi animali con la spina dorsale.

Rivela anche come fossero presenti tipi completamente nuovi di organi sensoriali negli antichi parenti di squali e pesci ossei, i pesci placodermi estinti.

Cos'è l'elettroricezione e come funziona?

Gli squali sono il simbolo dell'elettroricezione. Alcune specie sono così sensibili ai campi elettrici da poter rilevare la carica di una singola batteria di torcia collegata agli elettrodi 16, 000 km di distanza. È noto che i grandi squali bianchi reagiscono a cariche di un milionesimo di volt in acqua.

Gli elettrorecettori (conosciuti come ampolle di Lorenzini) sono tubi pieni di gelatina che si aprono sulla superficie della pelle degli squali. Dentro, ogni tubo termina in un bulbo noto come ampolla. Se rimuovi la pelle dalla testa di uno squalo, centinaia di queste lampadine possono essere viste.

La gelatina nel tubo è altamente conduttiva, che consente di trasferire il potenziale elettrico all'apertura dei pori all'ampolla alla base del tubo. Le differenze di tensione attraverso la membrana che riveste ciascuna ampolla provocano l'attivazione dei nervi, inviare segnali al cervello.

Gli elettrorecettori sono più spesso usati per catturare le prede, dalla rilevazione di campi elettrici generati dalla preda. Per esempio, questo permette agli squali di trovare la preda nascosta nella sabbia.

Alcuni pesci hanno anche sviluppato un'elettrocomunicazione complessa, con cui comunicano attraverso il rilevamento di segnali elettrici prodotti da altri pesci.

Sebbene sia meglio conosciuto dagli squali, l'elettroricezione è nota anche in diversi oscuri gruppi di pesci, compresi i lungfish, celacanti, le bizzarre chimeridi, e le antiche lamprede senza mascelle.

Infatti, l'elettroricezione è sorprendentemente diffusa nei vertebrati, che ci ha portato a ricercarne la presenza negli antenati dei pesci viventi studiando antichi fossili.

Prove fossili per l'elettroricezione

Le scansioni TC ad alta risoluzione ci hanno permesso di "sezionare digitalmente" fossili ben conservati e rivelare sistemi sensoriali conservati all'interno delle ossa. Uno dei sistemi sensoriali più conosciuti nei pesci fossili è il sistema della linea laterale, che rileva le variazioni di pressione nell'acqua. I pesci usano questo sistema per cambiare direzione in gruppo senza scontrarsi l'un l'altro quando nuotano in un banco.

Ma intorno al sistema della linea laterale in alcuni pesci fossili c'era un'altra serie di piccoli fori. Le scansioni TC hanno rivelato che la loro struttura interna era simile agli elettrorecettori nei pesci viventi, e la posizione dei pori corrisponde alla distribuzione degli elettrorecettori nei pesci polmonati viventi.

Un complesso sistema di tubi ramificati (sotto) sembra aver fornito nervi agli elettrorecettori.

Questi antichi sistemi di elettrorecettori sembrano essere stati particolarmente elaborati nei pesci polmonati fossili. I Lungfish sono un gruppo antico, che ancora sopravvivono in Australia, Africa e Sudamerica. I pesci polmonati fossili australiani di 400 milioni di anni, eccezionalmente conservati, avevano musi ricoperti da una fitta serie di questi elettrorecettori.

Altri fossili dello stesso periodo mostrano che i sistemi di elettrorecettori potrebbero essere stati molto diversi. Per esempio, un altro pesce antico, imparentato con i pesci con le pinne raggiate chiamati Ligulalepis , presenta una serie di grandi fosse che si allargano alla base, che possono rappresentare gruppi di elettrorecettori.

Ora sembra che durante la prima evoluzione dei vertebrati, i sistemi di elettrorecettori erano diversi e hanno attraversato un periodo di sperimentazione.

Alcuni di questi primi esperimenti hanno avuto successo e persistono ancora oggi. Per esempio, il celacanto ( Latimeria ) è un pesce unico con le pinne lobate più strettamente imparentato con gli animali terrestri rispetto alla maggior parte degli altri pesci. Ha un organo elettrorecettore specializzato chiamato organo rostrale affondato nella sua scatola cranica. Serve per individuare le prede nascoste in piccoli anfratti quando il celacanto compie la sua caratteristica "testa sulla testa".

Nuovi sistemi sensoriali sconosciuti

I nostri studi hanno anche rivelato sistemi sensoriali precedentemente sconosciuti nei pesci placodermi, un gruppo estinto che ha dominato gli ecosistemi tra circa 420 milioni e 360 ​​milioni di anni fa. Questi sistemi sensoriali sembrano essere completamente unici, sebbene non assomiglino agli elettrorecettori.

Questi includono grandi fosse nella parte inferiore della guancia, che abbiamo chiamato "apparato di Young" in onore del ricercatore australiano di placodermi Dr. Gavin Young, che per primo li ha illustrati in dettaglio dai fossili 3-D trovati vicino alla diga di Burrinjuck.

Anche se non possiamo confermare per cosa sono stati utilizzati, il fatto che queste fosse mostrino un passaggio nervoso attraverso l'osso suggerisce che potrebbero aver ospitato una sorta di sistema sensoriale insolito.

Più studiamo gli antichi placodermi con la mascella, più scopriamo su di loro che semplicemente non corrispondono alle previsioni dei primi ricercatori che pensavano che fossero essenzialmente simili agli squali.

Recentemente abbiamo scoperto che i membri più anziani del gruppo avevano mascelle e zigomi simili ai primi pesci ossei (osteitti). I placodermi hanno anche rivelato l'origine della faccia dei vertebrati, come si sono evoluti per la prima volta gli organi sessuali e quando ha avuto origine la copulazione dei vertebrati.

L'inaspettata scoperta di nuovi tipi di sistemi sensoriali invia anche un segnale evolutivo che non sono simili agli squali e in effetti molto distinti nel modo in cui hanno percepito il loro ambiente.

Il nostro studio su questi affascinanti pesci continua man mano che vengono trovati fossili di placodermi 3D più sorprendenti da siti australiani, e preparati utilizzando metodi digitali e tomografici CT. Qui in Australia sono in corso lavori che presto sveleranno nuove informazioni sull'anatomia di questi pesci mai immaginate prima.

Questo articolo è stato originariamente pubblicato su The Conversation. Leggi l'articolo originale.