Le origini evolutive dei vertebrati mascellati, il gruppo che comprende pesci, anfibi, rettili, uccelli e mammiferi, inclusi gli esseri umani, affondano le radici in uno dei momenti più drammatici della storia della vita sulla Terra. Circa 445 milioni di anni fa, durante l'Ordoviciano tardivo, il pianeta attraversò una crisi ambientale catastrofica che portò all'estinzione di massa dell'85% delle specie marine. Paradossalmente, proprio questo evento apocalittico creò le condizioni affinché i nostri antenati acquatici dotati di mascelle potessero emergere dalla marginalità evolutiva e avviare la loro conquista degli oceani. Una ricerca pubblicata su Science Advances dall'Okinawa Institute of Science and Technology (OIST) dimostra come la geografia, l'isolamento in rifugi biologici e la disponibilità di nicchie ecologiche abbiano trasformato un'estinzione di massa in un'opportunità evolutiva senza precedenti.
L'evento noto come Late Ordovician Mass Extinction (LOME) si manifestò attraverso due fasi distinte di collasso ambientale. Inizialmente, il clima terrestre subì una transizione repentina da condizioni di serra a un regime glaciale estremo, con enormi calotte di ghiaccio che si espansero sul supercontinente meridionale Gondwana. La conseguente riduzione del livello marino prosciugò vasti mari epicontinentali, distruggendo habitat cruciali per la biodiversità marina. Milioni di anni dopo, quando gli ecosistemi stavano timidamente ricominciando a riprendersi, il clima si invertì nuovamente: lo scioglimento delle calotte glaciali inondò gli oceani con acque più calde ma ricche di zolfo e povere di ossigeno, decimando le specie che si erano adattate alle condizioni fredde.
Per comprendere come i vertebrati mascellati abbiano tratto vantaggio da questa catastrofe, il team guidato dalla professoressa Lauren Sallan della Macroevolution Unit dell'OIST ha assemblato un database fossile straordinariamente dettagliato. "Abbiamo raccolto duecento anni di paleontologia dell'Ordoviciano tardivo e del Siluriano precoce", spiega Wahei Hagiwara, primo autore dello studio e ora dottorando presso l'OIST. L'analisi quantitativa ha rivelato un trend inequivocabile: dopo i pulsi di estinzione di massa, la diversità dei generi di vertebrati mascellati aumentò costantemente nel corso di diversi milioni di anni, mentre i loro predecessori privi di mascelle perdevano terreno.
Prima del LOME, gli oceani ordoviciani erano dominati da forme di vita oggi estinte. Trilobiti corazzati si muovevano tra fitte colonie di molluschi con conchiglia, mentre scorpioni marini delle dimensioni di un essere umano e nautiloidi giganti con gusci conici lunghi fino a cinque metri cacciavano nelle acque calde e poco profonde. I conodonti, vertebrati primitivi simili a lamprede dotati di occhi prominenti, erano tra i predatori più comuni. In questo ecosistema alieno, gli antenati dei gnatostomi (vertebrati mascellati) rappresentavano una presenza marginale e poco significativa dal punto di vista ecologico.
La chiave della loro successione risiede in quella che i ricercatori definiscono una sopravvivenza in rifugi isolati. Durante le crisi climatiche ripetute, i vertebrati sopravvissuti si concentrarono in sacche isolate di biodiversità, separate da barriere oceaniche profonde che la maggior parte delle specie non poteva attraversare. All'interno di questi rifugi, i vertebrati mascellati mantennero un vantaggio cruciale che avrebbe determinato la loro futura espansione. L'analisi biogeografica condotta dal team dell'OIST rappresenta la prima valutazione quantitativa della distribuzione geografica delle specie prima e dopo un evento di estinzione di massa, permettendo di identificare con precisione questi habitat critici.
Un esempio emblematico proviene dalla regione che oggi corrisponde alla Cina meridionale. I fossili di quest'area includono i resti completi più antichi di pesci mascellati strettamente imparentati con gli squali moderni. Secondo l'analisi di Hagiwara, queste specie rimasero confinate in rifugi stabili per milioni di anni prima di evolversi abbastanza da attraversare gli oceani aperti e colonizzare nuovi ambienti. Durante questo lungo periodo di isolamento, incontrarono ecosistemi ricchi di ruoli ecologici lasciati vacanti dalle specie senza mascelle e dagli artropodi estinti, innescando una rapida diversificazione adattativa.
La ricerca affronta anche una domanda fondamentale sull'evoluzione delle mascelle. "Le mascelle si sono evolute per creare una nuova nicchia ecologica, oppure i nostri antenati hanno prima riempito una nicchia esistente e poi si sono diversificati?", si chiede la professoressa Sallan. Lo studio indica chiaramente la seconda ipotesi. Il meccanismo è paragonabile a quello osservato nei fringuelli di Darwin nelle Galápagos, che svilupparono becchi diversi in funzione delle risorse alimentari disponibili. Analogamente, i vertebrati mascellati confinati geograficamente si adattarono a differenti ruoli ecologici lasciati scoperti dall'estinzione, e le loro strutture anatomiche si modellarono di conseguenza.
Tuttavia, il LOME non rappresentò una tabula rasa evolutiva. Mentre i pesci mascellati rimanevano isolati in Cina meridionale, i vertebrati privi di mascelle continuarono a prosperare altrove, dominando gli oceani aperti per altri 40 milioni di anni. Questi gruppi si diversificarono in una vasta gamma di pesci di barriera, alcuni con strutture boccali alternative. Le ragioni per cui i vertebrati mascellati alla fine prevalsero dopo essersi diffusi oltre i loro rifugi rimangono parzialmente misteriose, evidenziando come la competizione evolutiva operi su scale temporali immense.
Il team dell'OIST descrive il fenomeno come un "ciclo di reset della diversità", un modello ricorrente osservato ripetutamente durante l'era paleozoica dopo eventi di estinzione causati da cambiamenti ambientali simili. In questo schema, l'evoluzione non crea strutture ecosistemiche radicalmente nuove, ma tende a ricostruire architetture funzionali familiari utilizzando specie diverse. I primi vertebrati occuparono ruoli precedentemente ricoperti da conodonti e artropodi, restaurando gradualmente la complessità ecologica con nuovi attori biologici ma schemi organizzativi conservati.
L'importanza di questa ricerca travalica la comprensione di un singolo evento storico. Integrando dati su localizzazione geografica, morfologia, ecologia e biodiversità, i ricercatori hanno ricostruito come gli ecosistemi vertebrati si riorganizzassero dopo perturbazioni ambientali maggiori. "Questo lavoro aiuta a spiegare perché le mascelle si sono evolute, perché i vertebrati mascellati alla fine hanno prevalso, e perché la vita marina moderna discende da questi sopravvissuti piuttosto che da forme precedenti come conodonti e trilobiti", sintetizza la professoressa Sallan. La metodologia sviluppata dal team apre prospettive nuove per comprendere i processi a lungo termine che guidano l'evoluzione, specialmente in risposta a crisi ambientali, una questione di crescente rilevanza nell'attuale contesto di rapidi cambiamenti climatici.
Rimangono domande aperte sulla natura precisa dei vantaggi competitivi che permisero ai vertebrati mascellati di espandersi definitivamente oltre i loro rifugi originari. Studi futuri potrebbero chiarire i meccanismi fisiologici e comportamentali che favorirono questa transizione, così come le dinamiche ecologiche che portarono al declino finale dei vertebrati senza mascelle.
