L’evoluzione delle piume

Articolo pubblicato originariamente da Steven Novella su Skeptic Blog. Traduzione di Eleonora Gaier.

In seguito al mio post della settimana scorsa sui dinosauri piumati ho ricevuto questa domanda via e-mail:

Innanzitutto, come farebbe una creatura a sviluppare le piume? Immagino ci dovrebbero essere degli stadi intermedi tra l’assenza di piume e il piumaggio completo, ma quali sarebbero eventualmente  questi stadi? Nessun’altra famiglia di specie sembra avere qualcosa di lontanamente simile alle piume. E poi quale sarebbe il vantaggio evolutivo delle piume, specialmente considerando che i dinosauri ritrovati in Cina erano privi di ali e (al meglio delle mie conoscenze) quelli volanti come gli pterodattili erano già sprovvisti di piume? Qualsiasi chiarimento voglia condividere sarà apprezzato.

L’e-mail è stata scritta da qualcuno che accetta l’evoluzione (non da un negazionista) ma che è sinceramente perplesso riguardo alle domande riportate. Questa è un’ottima domanda, che lo stesso Darwin si trovò ad affrontare. Resta inoltre una delle tattiche negazioniste comunemente usate dai creazionisti, nonostante Darwin avesse fornito una risposta molto convincente nell’Origine delle specie.

La domanda più generica sarebbe: come evolvono le caratteristiche complesse verso la loro forma attuale, quando non hanno ancora un grado evolutivo avanzato tale da renderle utili? A che cosa serve metà occhio o metà ala? Negli ultimi anni la domanda è stata riformulata sotto la nozione di “complessità irriducibile“, ma il nocciolo della questione non cambia.

La premessa fondamentale implicita nella domanda è che un tratto deve essersi evoluto direttamente verso il suo uso attuale. Adesso le piume e le ali si usano per volare, perciò si sono evolute direttamente per quello scopo. L’evoluzione, tuttavia, non vede così in là nel futuro. I tratti caratteristici si sono evoluti per essere usati subito. Devono avere un’utilità immediata. L’evoluzione è anche opportunista e caotica: le caratteristiche nate per uno scopo possono anche essere adattate a un altro.

Questo processo fu inizialmente chiamato “preadattamento”, ma il termine cadde in disuso perché implicava una qualche anticipazione dell’uso seguente, risultando fuorviante. Nel 1982 Gould e Vrba proposero come alternativa il termine “exaptation”, in italiano “exattamento”. Esso si può riferire a un tratto che si è evoluto per uno scopo e poi è stato sfruttato per un altro, oppure a una caratteristica che è apparsa a causa di una deriva genetica (senza un adattamento specifico) e poi è stata sfruttata diversamente.

Consentitemi di prendere in prestito da Michael Behe l’esempio ormai famoso del flagello dei batteri, che secondo lui è “irriducibilmente complesso”: se avesse una forma meno complessa di quella attuale non potrebbe funzionare (come flagello, concetto implicito ma non considerato da Behe). Ecco un’ottima lezione di Ken Miller (in inglese) che spiega come le varie parti dei flagelli batterici siano tutte omologhe di proteine e strutture che servono a scopi diversi. Ad esempio, la base del flagello è il sistema secretorio di tipo III usato da alcuni tipi di batteri per iniettare tossine in altre cellule.

E per quanto riguarda le piume? Per prima cosa vorrei occuparmi dell’affermazione contenuta nell’e-mail secondo cui “nessun’altra famiglia di specie sembra avere qualcosa di lontanamente simile alle piume”. Questo non corrisponde a verità: le piume sono un adattamento del tegumento (la pelle); i vertebrati terrestri hanno sviluppato una moltitudine di adattamenti tegumentari diversi. I rettili hanno una varietà di squame, i mammiferi hanno il pelo e la pelliccia. Guardate le squame irsute del serpente Atheris hispida.

Gli uccelli possiedono anche elementi tegumentari diversi dalle piume: ne è un ottimo esempio il tacchino selvatico, con la sua “barba” pelosa e la pelle che cresce in eccesso sul collo; gli uccelli presentano becchi, artigli e adattamenti tegumentari, oltre alle tipiche squame sulle zampe.

Anche i dinosauri non aviari, dalle prove a nostra disposizione, possedevano una varietà di elementi tegumentari. Quindi, anche se concordo che l’adattamento più plateale del tegumento dei vertebrati terrestri possono essere le piume, non è assolutamente l’unico.

Non è ancora stata scoperta l’origine esatta dell’evoluzione delle piume, ma gli scienziati sono a un buon punto nella ricerca. La domanda è: quanto si collocano indietro nella storia dei dinosauri, o forse addirittura dei loro predecessori, le piume o i loro precursori? Questo si scoprirà probabilmente tramite l’analisi genetica.

A che cosa potevano servire le prime piume prima di subire l’adattamento adeguato per il volo? Vi sono varie ipotesi. Non essendoci esempi viventi di dinosauri piumati o creature simili, sarà difficile dimostrare in modo definitivo quale fosse lo scopo delle prime piume. Possiamo solo proporre opzioni plausibili e verificare che siano almeno coerenti con le prove fossili.

Un’ipotesi è che le prime piume lanuginose fossero un adattamento per la termoregolazione. La lanugine è molto isolante e sarebbe stata molto utile per mantenere il calore, specialmente per i dinosauri giovani. In seguito queste piume potrebbero essere state sfruttate e adattate per le esibizioni finalizzate all’accoppiamento. Le piume grandi potrebbero anche essere usate per intrappolare gli insetti di cui nutrirsi; riferendosi più direttamente al volo, le prime piume potrebbero essere state usate per aumentare la portata degli attacchi alle prede e anche per permettere correzioni di rotta durante il volo. Potrebbero anche essere state usate per rallentare e guidare la discesa nel caso di una caduta dall’alto, ad esempio dal ramo di un albero. Questo potrebbe aver portato a un volo planato e infine al volo derivato dallo sbattere delle ali.

Gli esempi riportati non seguono una sequenza lineare precisa, e anche la radiazione adattiva implica che le piume potrebbero aver intrapreso molti percorsi diversi attraverso vari adattamenti e usi, di cui almeno uno (ma probabilmente più di uno) avrebbe infine condotto al volo derivato dallo sbattere delle ali.

Questo spiega almeno come potrebbero essersi evolute le piume prima di essere abbastanza sviluppate da risultare utili nel volo. Ecco allora che mezza ala potrebbe aver avuto molti usi.

Immagine: Atheris ispida. Foto di Bree Mc (soulsurvivor08), da Wikimedia Commons, licenza CC BY 2.0.