La prima apparizione di trilobiti nei reperti fossili risale a 521 milioni di anni fa negli oceani del periodo Cambriano, quando i continenti erano ancora inospitali per la maggior parte delle forme di vita. Pochi gruppi di animali si sono adattati con successo come i trilobiti, che erano artropodi che vissero sui fondali marini per 270 milioni di anni fino all'estinzione di massa alla fine del Permiano circa 252 milioni di anni fa.

Gli organismi più antichi vivevano, più rari sono i loro fossili e più difficile è capire il loro modo di vivere. I paleontologi affrontano un compito arduo nello stabilire relazioni evolutive nel tempo e nello spazio. Superando le difficoltà insite nell'indagine su un gruppo di animali vissuti tanto tempo fa, Scienziati brasiliani affiliati al Dipartimento di Biologia della Scuola di Scienze Bauru dell'Università Statale di San Paolo (FC-UNESP) e al Laboratorio di Paleontologia della Scuola di Filosofia Ribeirão Preto dell'Università di San Paolo, Science and Letters (FFCLRP-USP) è riuscita per la prima volta a dedurre modelli paleobiogeografici tra i trilobiti.

La paleobiogeografia è una branca della paleontologia che si concentra sulla distribuzione di piante e animali estinti e sulle loro relazioni con le antiche caratteristiche geografiche. Lo studio è stato condotto da Fábio Augusto Carbonaro, ricercatore post-dottorato presso il Laboratorio di Paleontologia dei Macroinvertebrati Bauru (LAPALMA) dell'UNESP diretto dal Professor Renato Pirani Ghilardi. Tra gli altri partecipanti c'erano Max Cardoso Langer, un professore presso FFCLRP-USP, e Silvio Shigueo Nihei, professore presso il Bioscience Institute (IB-USP) della stessa università.

I ricercatori hanno analizzato le differenze morfologiche e le somiglianze delle 11 specie di trilobiti finora descritte nel genere Metacryphaeus; questi trilobiti vissero durante il Devoniano tra 416 milioni e 359 milioni di anni fa (mya) nelle fredde acque del mare che copriva quella che oggi è la Bolivia, Perù, Brasile, le Malvine (Falkland) e il Sudafrica.

Il periodo devoniano è suddiviso in sette fasi. metacrifeo visse durante le fasi di Lochkovian (419,2-410,8 mya) e Pragian (410,8-407,6 mya), quali sono le prime fasi del Devoniano.

I risultati della ricerca sono stati pubblicati in Rapporti scientifici e fanno parte del progetto "Paleobiogeografia e rotte migratorie dei paleoinvertebrati del Devoniano in Brasile", che è sostenuto dalla Fondazione per la ricerca di San Paolo -FAPESP e dal Consiglio nazionale brasiliano per lo sviluppo scientifico e tecnologico (CNPq). Ghilardi è il principale investigatore del progetto.

"Quando si estinsero nel Permiano, 252 milioni di anni fa, i trilobiti non lasciarono discendenti. I loro parenti viventi più prossimi sono i gamberetti, e, più a distanza, ragni, scorpioni, ragni e acari marini, " Disse Ghilardi.

I fossili di trilobiti si trovano in abbondanza in tutto il mondo, spiegò, così abbondantemente che a volte vengono chiamati scarafaggi del mare. Il paragone non è ingiustificato, perché anatomicamente, i trilobiti assomigliano agli scarafaggi. La differenza è che non erano insetti e avevano tre segmenti corporei longitudinali o lobi (da cui il nome).

Nell'emisfero settentrionale, la documentazione fossile di trilobiti è molto ricca. I paleontologi hanno finora descritto 10 ordini comprendenti oltre 17, 000 specie. I più piccoli erano lunghi 1,5 millimetri, mentre i più grandi erano lunghi circa 70 cm e larghi 40 cm. In alcune regioni si trovano trilobiti perfettamente conservati, come il Marocco. Questi possono essere belli se usati per creare cammei o gioielli intaglio. Fossili di trilobiti dal Brasile, Perù e Bolivia, in contrasto, sono spesso mal conservati, costituiti semplicemente dalle impronte lasciate nel fango bentonico dai loro esoscheletri.

"Sebbene il loro stato di conservazione sia tutt'altro che ideale, ci sono migliaia di fossili di trilobiti nei sedimenti che formano il bacino del Paraná nella regione meridionale del Brasile, e il bacino del Parnaíba lungo lo spartiacque nord-nordest, " disse Ghilardi, che presiede anche la Società Brasiliana di Paleontologia.

Secondo Ghilardi, il loro cattivo stato di conservazione potrebbe essere dovuto alle condizioni geologiche e climatiche prevalenti in queste regioni durante il Paleozoico, quando le porzioni di terraferma che un giorno avrebbero formato il Sudamerica erano al Polo Sud e interamente ricoperte di ghiaccio per periodi prolungati.

Durante il Devoniano, Il Sud America e l'Africa erano collegati come parte del supercontinente Gondwana. Il Sudafrica è stato unito all'Uruguay e all'Argentina nella regione del River Plate, e gli stati meridionali del Brasile erano in continuità con la Namibia e l'Angola.

Analisi parsimoniosa

La ricerca è iniziata con l'analisi di 48 caratteristiche (dimensioni, forma e struttura di organi e parti anatomiche) rinvenuti in circa 50 esemplari fossili delle 11 specie di Metacryphaeus. "In linea di principio, queste caratteristiche servono a stabilire la loro filogenesi:la storia evolutiva di tutte le specie nell'universo, analizzato in termini di linee di discendenza e relazioni tra gruppi più ampi, " Disse Ghilardi.

Conosciuto come un'analisi parsimoniosa, questo metodo è ampiamente utilizzato per stabilire relazioni tra organismi in un dato ecosistema, e negli ultimi anni, ha anche iniziato ad essere utilizzato nello studio dei fossili.

Secondo Ghilardi, parsimonia, generalmente, è il principio che la spiegazione più semplice dei dati è la spiegazione preferita. Nell'analisi della filogenesi, significa che l'ipotesi di relazioni che richiede il minor numero di cambiamenti caratteristici tra le specie analizzate (in questo caso, trilobiti del genere Metacryphaeus) è quello che ha più probabilità di essere corretto.

Il contributo biogeografico allo studio è stato dato dal professor Nihei, che lavora presso IB-USP come tassonomista e sistematista di insetti. Il campo della sistematica si occupa dei cambiamenti evolutivi tra antenati, mentre la tassonomia si concentra sulla classificazione e sulla denominazione degli organismi.

"L'analisi biogeografica in genere coinvolge gruppi viventi le cui età sono stimate dalla filogenesi molecolare, o il cosiddetto orologio molecolare, che stima quando due specie probabilmente divergevano sulla base del numero di differenze molecolari nel loro DNA. In questo studio sui trilobiti, abbiamo usato l'età in modo simile, ma è stato ottenuto dai reperti fossili, " ha detto Nihei.

"Il punto principale dello studio era utilizzare i fossili in un metodo che normalmente coinvolge la biogeografia molecolare. Pochissimi studi di questo tipo hanno precedentemente coinvolto i fossili. Credo che il nostro studio apra la strada a un nuovo approccio basato su metodi biogeografici che richiedono un cronogramma [ un cladogramma molecolarmente datato] perché questo cronogramma può essere ottenuto anche da taxa fossili come quelli studiati dai paleontologi, piuttosto che cladogrammi molecolari per animali viventi."

Come paleontologo vertebrato specializzato in dinosauri, Langer ha riconosciuto di sapere poco sui trilobiti ma molto sulle moderne tecniche computazionali utilizzate nell'analisi parsimoniosa, su cui si è basata la sua partecipazione allo studio. "Credo che l'aspetto chiave di questo studio, e il motivo per cui è stato accettato per la pubblicazione in una rivista così importante come Rapporti scientifici , è che è il primo uso in assoluto della parsimonia per comprendere la filogenesi di un genere di trilobiti nell'emisfero australe, " Egli ha detto.

dispersione gondwaniana

I risultati delle analisi paleobiogeografiche rafforzano la teoria preesistente che Bolivia e Perù costituissero la patria ancestrale di Metacrifeo. "I modelli stimano una probabilità del 100% che Bolivia e Perù formassero l'area ancestrale del clade Metacryphaeus e la maggior parte dei suoi cladi interni, " Ha detto Ghilardi. La conferma della teoria mostra che i modelli parsimoniosi hanno il potere di suggerire la presenza di cladi in un momento specifico nel passato anche quando non ci sono registrazioni fisiche note di quella presenza.

Nel caso di Metacrifeo, i documenti più antichi in Bolivia e Perù risalgono al primo stadio pragiano (410,8-407.6 mya), ma si ritiene che il genere si sia evoluto nella regione durante lo stadio Lochkoviano (419,2-410.8 mya). Parsimonia, perciò, suggerisce che Metacryphaeus abbia avuto origine in Bolivia e Perù qualche tempo prima di 410,8 milioni di anni fa, ma non prima di 419,2 milioni di anni fa. In ogni caso, si crede che sia molto più antico di qualsiasi fossile conosciuto.

Secondo Ghilardi, i risultati possono essere interpretati come dimostranti che la radiazione adattativa di Metacryphaeus ad altre aree del Gondwana occidentale si è verificata durante episodi di trasgressione marina nel Lochkovian-Pragian, quando il mare inondò parti del Gondwana. "La dispersione di Metacryphaeus trilobiti durante il Lochkovian avvenne dalla Bolivia e dal Perù al Brasile, al bacino del Paraná, ora nella regione del sud, e il bacino del Parnaíba, sullo spartiacque nord-nord-est e verso le Malvinas/Falkland, mentre avveniva la dispersione pragiana verso il Sud Africa, " Egli ha detto.

Trilobiti fossili sono stati trovati continuamente nel bacino del Paraná negli ultimi decenni. I trilobiti raccolti alla fine del XIX secolo nel bacino del Parnaíba erano conservati dal Museo Nazionale del Brasile a Rio de Janeiro, che è stato distrutto da un incendio nel settembre 2018. "Questi fossili non sono ancora stati trovati sotto le macerie ed è probabile che di loro non sia rimasto nulla. Erano semplici impronte di conchiglie lasciate negli antichi fondali marini. Anche in forma pietrificata, devono essersi dissolti nel fuoco, " Disse Ghilardi.