Il primo cuore fossile tridimensionale e la prima traccia di guaina mielinica nel record fossile

Di 'recente' è stata pubblicata una ricerca molto interessante che riguarda un cuore fossilizzato, appartenente ad un placoderma. I placodermi sono una classe estinta di pesci gnatostomi che presentano delle morfologie molto particolari, come il capo corazzato, e vissero tra il Siluriano superiore e il Devoniano superiore. Quindi, tra i 400 e i 370 milioni di anni fa circa.

E', sostanzialmente, uno dei primi gruppi nel record fossile a presentare delle mascelle e mandibole mobili, atte alla predazione (ma non alla masticazione) che erediteranno tutti i vertebrati, anche se la masticazione come carattere 'diagnostico' comparirà in tempi successivi. Infatti, questi pescioloni corazzati erano abbastanza agili, con uno stile di vita simile a quello degli squali, ma non masticavano le prede, bensì utilizzavano l'apertura della bocca per catturare le prede intere, con l'aiuto anche del vortice d'acqua che si creava con l'apertura della bocca.

Insomma, è probabilmente uno dei gruppi a vertebrati che rivela spesso un gran numero di sorprese dal punto di vista paleobiologico: si conoscono molto bene le strutture degli gnatali (strutture simili a denti), l'adozione di diverse strategie riproduttive (naturalmente, fossilizzate), la presenza di tanti gruppi adattati ad ambienti diversi, molti dei quali senza 'placche protettive', ecc.

Ultimamente, senza perderci troppo in chiacchiere e ritornando al discorso iniziale, una notizia che ha fatto scalpore è il ritrovamento di un cuore fossile datato circa 380 milioni di anni fa. Ma, la cosa sorprendente, è che sono stati rinvenuti anche il fegato, l'intestico e lo stomaco.

Già la fossilizzazione di "parti dure" è un evento raro, ma rinvenire organi fossili è ancora più raro, e se riusciamo a studiarli ora è grazie proprio ai lagerstätte, un particolare corpo sedimentario che in particolari condizioni permette alla materia organica "molle", che in genere si degrada in poco tempo, di preservarsi (sotto forma di roccia, naturalmente!).

Ecco quali informazioni anatomiche ci fornisce il fossile di placoderma arthrodira rinvenuto recentemente:

• E' al momento l'unico cuore fossilizzato tridimensionalmente. La struttura si presenta schiacciata e a forma di 'S', ed è ben separato dal fegato e da altri organi addominali;

• Lo stomaco possedeva delle pareti spesse;

• Il fegato è bilobato.

Sostanzialmente, la disposizione e la forma del cuore indicano che la presenza di un "collo", o comunque una protostruttura che permettesse di muovere il capo, a livello filogenetico, comparve ben prima di quanto studiato precedentemente.

Un altro ritrovamento paleobiologico molto importante, forse passato in sordina qualche tempo fa, è la scoperta di tracce di guaina mielinica, la prima nel record fossile ed associata ai placodermi.

La maggior parte dei vertebrati è caratterizzata dalla presenza di guaina mielinica che consente grandi aumenti della velocità di propagazione dell'impulso lungo gli assoni, ed il gruppo candidato è quello dei placodermi, pesci dotati di placche che rivestivano alcune regioni del loro corpo. Sono degli ottimi candidati per diversi motivi:

• Sono i primi pesci a presentare una morfologia comune a tutti i vertebrati (tranne missine e lamprede), cioè le mandibole e le mascelle. In pratica, furono i primi vertebrati a riuscire a chiudere e aprire la bocca grazie ad un'articolazione a "cerniera", posta tra lo scudo toracico e lo scudo cefalico che permetteva a quest'ultimo, quindi alle mandibole e mascelle, di aprirsi e chiudersi per catturare le prede. Una struttura abbastanza complessa che solo grazie alla presenza di guaina mielinica poteva essere "controllata" in modo efficiente;

• Sono stati scoperti fossili di placodermi conservati in modo eccezionale in cui è possibile vedere degli elementi che confermerebbero la presenza della guaina mielinica, e che di conseguenza indicherebbero una probabile comparsa della stessa nel Devoniano.

Nell'immagine con quella sorta di "struttura gialla", si possono notare le impronte dei nervi cranici e dei forami che attraversano i crani di questi pesci. I diametri dei nervi oculomotori sono molto simili a quelli degli osteostraci (pesci senza mascelle del Paleozoico estinti), mentre la lunghezza dei nervi era 10 volte maggiore indicando che, pur mantenendo un diametro costante, il sistema oculomotore deve essere stato mielinizzato per "funzionare" come una via motoria a conduzione rapida, cioè gli assoni dovevano essere già avvolti da guaina mielinica per far "correre" più velocemente l'impulso/informazione.

La seconda immagine, quella in bianco e nero con le frecce, rappresenta un 'neurone fossile' con piastre terminali motorie (indicate dalle frecce) che si attaccano alle fibre muscolari. È una prova indiretta di neuroni con guaine mieliniche.

Fonte testo e immagini:

• Trinajstic K, Marshall C, Long J, Bifield K. Exceptional preservation of nerve and muscle tissues in Late Devonian placoderm fish and their evolutionary implications. Biol Lett. 2007 Apr 22;3(2):197-200.

• Kate Trinajstic et al. Exceptional preservation of organs in Devonian placoderms from the Gogo lagerstätte.Science377,1311-1314(2022).