L'evoluzione in un granchio (Novantasettesima Puntata)

Co.Scienza

Prima puntata in inglese del 2022. Nel nuovo anno cercheremo di approfondire sempre più temi coinvolgendo ricercatori e ricercatrici provenienti da istituzioni e progetti di ricerca internazionali.
Nella puntata di oggi al centro c’è l’evoluzione di un granchio, in particolare del sistema visivo della specie Callichimaera perplexa, scoperta pochi anni fa da una serie di fossili rinvenuti in Colombia. Come è possibile monitorare i cambiamenti, in termini di evoluzione di una specie, partendo dallo studio del sistema visivo. Un paper uscito su IScience (https://doi.org/10.1016/j.isci.2021.103579) ha provato rispondere ad una serie di domande sull’evoluzione di questa specie, iniziando dallo studio del sistema visivo ritrovato nei fossili.
La nostra ospite è la ricercatrice Kelsey Jenkins (Università di Yale).
Qui trovate l’articolo che ha presentato la scoperta del granchio analizzato nell’episodio: https://doi.org/10.1002/bies.202100020
Fateci sapere cosa ne pensate di queste puntate in cui proviamo ad aprire il podcast a nuove tematiche inserendo elementi e contributi che arrivano dal panorama internazionale della ricerca. Qui trovate la nostra pagina Instagram (https://www.instagram.com/trascienza.coscienza/?hl=it)
In studio: Gianluigi Marsibilio
Grafica: Sara Michielin
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Testo delle risposte in inglese.
1.Questa è una domanda eccellente! Ci sono un paio di cose diverse che si possono fare per studiare l'evoluzione di un sistema sensoriale di una specie partendo dai fossili, a seconda di ciò che viene conservato. Per esempio, con il granchio fossile Callichimaera perplexa, non si è conservato solo il contorno dell'occhio, ma sono state conservate caratteristiche molto delicate degli occhi stessi, come il cristallino e la cornea. Conoscere la forma e la posizione di questi tessuti può dirci molto sul funzionamento dell'occhio.
Ma facciamo finta per un attimo che queste caratteristiche non si siano conservate. C'è ancora molto che possiamo capire solo dalla forma generale dell'occhio. Nel nostro articolo su iScience, abbiamo anche confrontato le dimensioni dell'occhio con quelle del corpo, e lo abbiamo fatto su diversi esemplari. Poiché questi esemplari sono di dimensioni diverse, e presumibilmente in diverse fasi della vita. Possiamo usare questo confronto di dimensioni per capire quanto velocemente gli occhi stiano crescendo man mano che il granchio invecchia. Abbiamo imparato che gli occhi di questo granchio fossile sono cresciuti molto velocemente, cosa che accade comunemente nei granchi "molto visivi". Così, anche senza guardare i piccoli dettagli dell'occhio, possiamo imparare qualcosa su come questo granchio osserva il mondo semplicemente studiando le dimensioni dell'occhio.
Possiamo fare cose simili anche in altri sistemi sensoriali. Per esempio, sappiamo che l'udito si è evoluto indipendentemente nei mammiferi e nei rettili. E possiamo guardare la forma delle loro ossa dell'orecchio per dedurne alcune funzioni.
2.Ci sono sicuramente delle sfide quando si tratta di studiare le specie estinte. In primo luogo, i fossili sono raramente perfetti. Il materiale potrebbe essere rotto o potrebbe non essere conservato bene. Per esempio, si può avere un fossile in cui il corpo è davvero ben conservato, ma la testa no. O nel caso dei granchi fossili che abbiamo studiato, un esemplare potrebbe conservare dei begli occhi, e l'esemplare successivo potrebbe non avere così tanti dettagli. E naturalmente quando questo accade può essere difficile interpretare ciò che sta realmente accadendo nel fossile.
Un altro aspetto è la dimensione del campione. Negli studi scientifici, si cerca sempre un gran numero di esemplari. Avere un campione di grandi dimensioni permette di essere sicuri che gli stessi fenomeni stanno accadendo in una specie o in un gruppo di specie diverse. Quando hai solo un campione, è difficile sapere se quello che stai guardando è comune o solo un'anomalia. Sfortunatamente, questo è un problema comune con i fossili. Specialmente con i fossili di vertebrati, potresti scoprire solo un singolo esemplare, o parte di un singolo esemplare di una specie. Fortunatamente, Callichimaera, il granchio fossile che abbiamo studiato, si trova in gran numero in Colombia, permettendoci di fare inferenze più forti quando si tratta di evoluzione sensoriale.
3.Callichimaera è un granchio davvero insolito. Javier Luque, il mio coautore in questo progetto, ha pubblicato un documento nel 2019 introducendo questo granchio al mondo. Da quel lavoro sappiamo che questo è un granchio con un corpo aerodinamico e adatto al nuoto, qualcosa che non è super comune tra i granchi di oggi, anche se ci sono un paio di granchi che sanno nuotare. Callichimaera conserva anche gli occhi estremamente grandi, l'argomento del più recente articolo su iScience che abbiamo pubblicato.
Probabilmente la cosa più interessante è che l'intero corpo di questo animale è molto simile a una larva. Diverse specie di granchi hanno larve dall'aspetto molto simile, chiamate megalopa. Callichimaera sembra essenzialmente una megalopa gigante, assomiglia infatti a un granchio bambino. Ma sappiamo che è un adulto perché mostra organi sessuali maturi. Questo mantenimento di caratteristiche giovanili negli adulti non è così raro nel regno animale, ma è la prima volta che nei granchi vediamo un esempio così estremo di questo, dove fondamentalmente l'intera struttura del corpo è interessata.
4.Se puoi mettere in relazione la tua specie di studio" fossile" con altre specie, gli stai dando un contesto che può evidenziare l'importanza della ricerca. I paleontologi spesso inseriscono i fossili in un contesto evolutivo e cercano di capire chi sono i parenti più prossimi, e questo a sua volta può dirci quando certe caratteristiche possono essersi evolute all'interno di un lignaggio.
Non solo, questo può anche fornire un contesto ecologico. Nel nostro studio, siamo stati in grado di confrontare Callichimaera con altre 14 specie di granchi con i loro sistemi visivi che sono unici per i loro ambienti. Confrontando il granchio fossile con i granchi viventi, siamo in grado di dire che il nostro granchio è simile ad altri granchi che sono "altamente visivi".
5.Sappiamo che nei granchi "altamente visivi", gli occhi crescono molto rapidamente durante la vita dell'animale. Per esempio, i granchi violinisti sono un tipo di granchio che si impegnano in elaborati rituali di accoppiamento in cui il maschio tamburella e agita una delle sue chele per attirare una compagna. Questo è un comportamento altamente visivo, quindi avrebbe senso che tu abbia bisogno di una buona visione e che debba svilupparla rapidamente per riprodurti e far sì che la tua progenie arrivi alla generazione successiva. Vediamo modelli di crescita simili nei granchi altamente predatori che usano i loro occhi quando cacciano - quindi ancora una volta se vuoi mangiare e sopravvivere, hai bisogno di far crescere i tuoi occhi molto rapidamente per vedere ciò che stai cacciando.
Il rovescio della medaglia è ci sono specie che non fanno crescere i loro occhi molto velocemente. Per esempio, c'è un gruppo di granchi chiamato "Frog Crabs". Questi sono granchi che vivono in acque profonde, vivono sotto il sedimento e passano la maggior parte del loro tempo a nascondersi in tane. Dato che non usano i loro occhi, i loro occhi sono davvero piccoli, e non dedicano molta energia per cercare di farli crescere.
6.Come ho detto prima, la dimensione del campione è un grande strumento in paleontologia, e in tutte le scienze in realtà. Naturalmente, per il nostro studio abbiamo studiato un sacco di granchi, sia vivi che fossili, grazie alle collezioni dei musei. Le collezioni museali sono risorse assolutamente fantastiche negli studi evolutivi, perché si può effettivamente entrare e prendere misure da un esemplare fisico che si può tenere in mano. Questa è un'opportunità per avere dati reali nelle tue mani.
Sta diventando comune anche un fantastico strumento come gli archivi di campioni digitali. Questi siti web (come Morphosource.org che è molto popolare) questi siti contengono migliaia di file digitali, tra cui scansioni CT di animali viventi e fossili. Se puoi scaricare una TAC di un fossile, questo ti fa risparmiare un sacco di soldi e tempo. Non devi pagare un biglietto aereo per un museo, non devi preoccuparti di ottenere permessi, potenzialmente molto difficili da ottenere in altri paesi, e non devi affrontare i costi di una TAC perché qualcuno è stato così gentile da condividere i suoi dati online. Mentre a tutti noi potrebbe piacere un viaggio divertente in un museo per guardare gli esemplari, alcune persone, in particolare gli studenti, potrebbero non avere i fondi e le risorse per farlo, il che naturalmente influisce sulla nostra capacità di fare la nostra ricerca. Quindi questa digitalizzazione di massa del materiale degli esemplari in definitiva rende la scienza più replicabile, molto più collaborativa e molto più accessibile di quanto non fosse anche solo dieci anni fa.
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