I serpenti lo fanno più velocemente, meglio: come un gruppo di lucertole squamose e senza gambe ha vinto il jackpot evolutivo

Quindi, in un’esplosione di innovazione nella forma e nella funzione, gli antenati dei serpenti svilupparono corpi senza gambe che potevano strisciare sul terreno, sistemi di rilevamento chimico altamente sofisticati per trovare e rintracciare le prede e teschi flessibili che consentivano loro di ingoiare animali di grandi dimensioni.

Questi cambiamenti hanno posto le basi per la spettacolare diversificazione dei serpenti negli ultimi 66 milioni di anni, consentendo loro di sfruttare rapidamente nuove opportunità emerse dopo che l’impatto di un asteroide ha spazzato via circa tre quarti delle specie animali e vegetali del pianeta.

Ma cosa ha innescato l’esplosione evolutiva della diversità dei serpenti – un fenomeno noto come radiazione adattativa – che ha portato alla creazione di quasi 4.000 specie viventi e ha reso i serpenti una delle più grandi storie di successo dell’evoluzione?

Un nuovo ampio studio genetico e dietetico sui serpenti, condotto da un team internazionale guidato da biologi dell’Università del Michigan, suggerisce che la velocità è la risposta. Secondo lo studio la cui pubblicazione online è prevista per il 22 febbraio sulla rivista Science, i serpenti si sono evoluti fino a tre volte più velocemente delle lucertole, con enormi cambiamenti nei tratti associati all’alimentazione, alla locomozione e all’elaborazione sensoriale.

“Fondamentalmente, questo studio riguarda ciò che rende un vincitore evoluzionistico. Abbiamo scoperto che i serpenti si sono evoluti più velocemente delle lucertole in alcuni modi importanti, e questa velocità di evoluzione ha permesso loro di sfruttare nuove opportunità che altre lucertole non potevano”, ha detto l’Università. del biologo evoluzionista del Michigan Daniel Rabosky, autore senior del prossimo articolo su Science.

“I serpenti si sono evoluti più velocemente e, osiamo dirlo, meglio di altri gruppi. Sono versatili, flessibili e in grado di specializzarsi su prede che altri gruppi non possono utilizzare”, ha affermato Rabosky, curatore del Museo di Zoologia dell’UM e ricercatore. professore presso il Dipartimento di Ecologia e Biologia Evoluzionistica.

Per lo studio, i ricercatori hanno generato il più grande e completo albero evolutivo di serpenti e lucertole sequenziando i genomi parziali di quasi 1.000 specie. Inoltre, hanno compilato un enorme set di dati sulla dieta di lucertole e serpenti, esaminando i dati del contenuto dello stomaco di decine di migliaia di esemplari conservati nei musei.

Hanno inserito questa montagna di dati in sofisticati modelli matematici e statistici, supportati da enormi quantità di potenza informatica, per analizzare la storia dell’evoluzione dei serpenti e delle lucertole attraverso il tempo geologico e per studiare come si sono evoluti vari tratti, come l’assenza di arti.

Questo approccio su più fronti ha rivelato che mentre altri rettili hanno evoluto molti tratti simili a quelli dei serpenti (ad esempio, 25 diversi gruppi di lucertole hanno perso gli arti) solo i serpenti hanno sperimentato questo livello di diversificazione esplosiva.

Prendiamo ad esempio il geco senza gambe australiano.

Come i serpenti, questa lucertola ha perso le zampe e ha sviluppato un cranio flessibile. Eppure la creatura si è a malapena diversificata nel corso di milioni di anni. Nessuna esplosione evolutiva: solo un paio di specie che riescono a sopravvivere nell’entroterra australiano.

Quindi, sembra che ci sia qualcosa di speciale nei serpenti che ha permesso loro di vincere il jackpot evolutivo. Forse qualcosa nei loro geni ha permesso loro di essere evolutivamente flessibili mentre altri gruppi di organismi sono molto più limitati.

“Un aspetto straordinario dei serpenti è quanto siano ecologicamente diversi: scavano sottoterra, vivono nell’acqua dolce, nell’oceano e in quasi ogni habitat immaginabile sulla terra”, ha affermato Alexander Pyron, coautore dello studio e professore associato di biologia alla George Washington University. “Mentre alcune lucertole fanno alcune di queste cose – e ci sono molte più lucertole che serpenti – ci sono molti più serpenti nella maggior parte di questi habitat nella maggior parte dei luoghi.”

Le cause ultime, o fattori scatenanti, delle radiazioni adattative sono uno dei grandi misteri della biologia. Nel caso dei serpenti, è probabile che ci siano stati molteplici fattori che hanno contribuito e potrebbe non essere mai possibile separarli.

Gli autori del prossimo studio di Science si riferiscono a questo evento irripetibile nella storia evolutiva come una singolarità macroevolutiva con cause “sconosciute e forse inconoscibili”.

Una singolarità macroevolutiva può essere vista come un improvviso passaggio a una marcia evolutiva più elevata, e i biologi sospettano che queste esplosioni si siano verificate ripetutamente nel corso della storia della vita sulla Terra. L’improvvisa comparsa e la successiva dominanza delle piante da fiore è un altro esempio.

Nel caso dei serpenti, la singolarità è iniziata con l’acquisizione quasi simultanea (da una prospettiva evolutiva) di corpi allungati senza gambe, sistemi avanzati di rilevamento chimico e teschi flessibili.

Questi cambiamenti cruciali hanno permesso ai serpenti, come gruppo, di perseguire una gamma molto più ampia di tipi di prede, consentendo allo stesso tempo alle singole specie di evolvere una specializzazione alimentare estrema.

Oggi ci sono cobra che colpiscono con veleno letale, pitoni giganti che stritolano la loro preda, scavatori dal muso a pala che cacciano gli scorpioni del deserto, sottili serpenti arborei chiamati “mangiatori di sostanza appiccicosa” che predano lumache e uova di rana in alto sopra il suolo, serpenti marini dalla coda che sondano le fessure della barriera corallina alla ricerca di uova di pesce e anguille e molti altri.

“Uno dei nostri risultati chiave è che i serpenti hanno subito un profondo cambiamento nell’ecologia alimentare che li separa completamente dagli altri rettili”, ha detto Rabosky. “Se esiste un animale che può essere mangiato, è probabile che qualche serpente, da qualche parte, abbia sviluppato la capacità di mangiarlo.”

Per lo studio, i ricercatori hanno dato uno sguardo approfondito alle preferenze alimentari dei serpenti esaminando le osservazioni sul campo e i registri del contenuto dello stomaco per oltre 60.000 esemplari di serpenti e lucertole, per lo più provenienti da musei di storia naturale. I musei che hanno contribuito includevano il Museo di Zoologia dell’Università del Michigan, sede della più grande collezione di ricerca al mondo di esemplari di serpenti.

“Gli esemplari dei musei ci offrono questa incredibile finestra su come gli organismi si guadagnano da vivere in natura. Per gli animali riservati come i serpenti, è quasi impossibile ottenere questo tipo di dati in altro modo perché è difficile osservare direttamente gran parte del loro comportamento”, ha affermato lo studio. il co-autore principale Pascal Title della Stony Brook University, che ha completato il suo dottorato alla UM nel 2018.

I 20 autori dello studio provengono da università e musei di Stati Uniti, Regno Unito, Australia, Brasile e Finlandia.

“Ciò che mi piace di questo studio è il modo in cui integra i dati raccolti sul campo e quelli museali con nuovi metodi genomici e analitici per mostrare una verità biologica fondamentale: i serpenti sono eccezionali e francamente piuttosto interessanti”, ha affermato il co-autore principale Sonal Singhal dello Stato della California. University, Dominguez Hills, che ha iniziato a lavorare al progetto come studioso post-dottorato di UM.