Ricerche su pesci fossili del tardo Devoniano, circa 375 milioni di anni fa, dettaglia l'evoluzione delle pinne quando hanno iniziato a trasformarsi in arti adatti a camminare sulla terraferma.

Il nuovo studio dei paleontologi dell'Università di Chicago, pubblicato questa settimana su Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze , utilizza la scansione TC per esaminare la forma e la struttura dei raggi delle pinne mentre sono ancora racchiusi nella roccia circostante. Gli strumenti di imaging hanno permesso ai ricercatori di costruire per la prima volta modelli digitali 3D dell'intera pinna del fishapod Tiktaalik roseae e dei suoi parenti nella documentazione fossile. Potevano quindi usare questi modelli per dedurre come funzionavano e cambiavano le pinne man mano che si evolvevano in arti.

Gran parte della ricerca sulle pinne durante questa fase di transizione chiave si concentra sul grande, ossa distinte e pezzi di cartilagine che corrispondono a quelli del nostro braccio, avambraccio, polso, e cifre. Conosciuto come "endoscheletro, "i ricercatori tracciano come queste ossa sono cambiate per diventare braccia riconoscibili, gambe e dita nei tetrapodi, o creature a quattro zampe.

I delicati raggi e le spine delle pinne di un pesce formano un secondo, scheletro "dermico" non meno importante, che in questo periodo stava subendo anche cambiamenti evolutivi. Questi pezzi sono spesso trascurati perché possono cadere a pezzi quando gli animali vengono fossilizzati o perché vengono rimossi intenzionalmente dai preparatori fossili per rivelare le ossa più grandi dell'endoscheletro. I raggi dermici formano la maggior parte della superficie di molte pinne di pesce, ma sono stati completamente persi nelle prime creature con arti.

"Stiamo cercando di capire le tendenze generali e l'evoluzione dello scheletro dermico prima che avvenissero tutti quegli altri cambiamenti e si evolvessero gli arti a pieno titolo, " ha detto Thomas Stewart, dottorato di ricerca, un ricercatore post-dottorato che ha guidato il nuovo studio. "Se vuoi capire come si evolvevano gli animali per usare le pinne in questa parte della storia, questo è un set di dati importante."

Vedere antiche pinne in 3-D

Stewart e i suoi colleghi hanno lavorato con tre pesci del tardo Devoniano con caratteristiche primitive di tetrapodi:Sauripterus taylori, Eusthenopteron foordi e Tiktaalik roseae, che è stato scoperto nel 2006 da un team guidato dal paleontologo di UChicago Neil Shubin, dottorato di ricerca, l'autore senior del nuovo studio. Si credeva che Sauripterus ed Eusthenopteron fossero completamente acquatici e usassero le loro pinne pettorali per nuotare, sebbene possano essere stati in grado di sostenersi sul fondo di laghi e torrenti. Tiktaalik potrebbe essere stato in grado di sostenere la maggior parte del suo peso con le sue pinne e forse le ha anche usate per avventurarsi fuori dall'acqua per brevi viaggi attraverso secche e distese fangose.

"Vedendo l'intera pinna di Tiktaalik otteniamo un'immagine più chiara di come si è puntellata e si è mossa. La pinna aveva una specie di palmo che poteva trovarsi a filo del fondo fangoso di fiumi e torrenti, " ha detto Shubin.

Stewart e Shubin hanno lavorato con lo studente universitario Ihna Yoo e Justin Lemberg, dottorato di ricerca, un altro ricercatore nel laboratorio di Shubin, per scansionare esemplari di questi fossili mentre erano ancora racchiusi nella roccia. Utilizzando il software di imaging, hanno poi ricostruito modelli 3D che hanno permesso loro di muoversi, ruotare e visualizzare lo scheletro dermico come se fosse completamente estratto dal materiale circostante.

I modelli hanno mostrato che i raggi delle pinne di questi animali erano semplificati, e la dimensione complessiva della rete di pinne era inferiore a quella dei loro predecessori più pescosi. Sorprendentemente, videro anche che la parte superiore e inferiore delle pinne stavano diventando asimmetriche. I raggi delle pinne sono in realtà formati da coppie di ossa. In Eusthenopteron, Per esempio, la dorsale, o in alto, il raggio della pinna era leggermente più grande e più lungo del ventrale, o quello inferiore. I raggi dorsali di Tiktaalik erano parecchie volte più grandi dei suoi raggi ventrali, suggerendo che avesse muscoli che si estendevano sul lato inferiore delle sue pinne, come la base carnosa del palmo, per aiutare a sostenerne il peso.

"Questo fornisce ulteriori informazioni che ci permettono di capire come un animale come Tiktaalik stesse usando le sue pinne in questa transizione, "Ha detto Stewart. "Gli animali sono passati dal nuotare liberamente e usare le pinne per controllare il flusso dell'acqua intorno a loro, per adattarsi a spingersi contro la superficie sul fondo dell'acqua."

Stewart e i suoi colleghi hanno anche confrontato gli scheletri dermici di pesci viventi come storioni e pesci polmonati per comprendere i modelli che stavano vedendo nei fossili. Hanno visto alcune delle stesse differenze asimmetriche tra la parte superiore e inferiore delle pinne, suggerendo che quei cambiamenti hanno giocato un ruolo più importante nell'evoluzione dei pesci.

"Questo ci dà più fiducia e un altro set di dati per dire che questi schemi sono reali, diffusa e importante per i pesci, non solo nella documentazione fossile per quanto riguarda la transizione da pinna a arto, ma la funzione delle pinne in senso lato".