Nomenclatura e classificazione in paleontologia

Classificare in biologia, paleontologia, botanica o zoologia significa definire un gruppo di individui sulla base di caratteri comuni, quindi si ordinano gli organismi in modo gerarchico dove i gruppi più ampi possiedono caratteri generali mentre i gruppi più ristretti possiedono caratteri più specifici.

Aristotele (384 a.C.-322 a.C.) provò a classificare gli organismi in base al colore del sangue indicando con Enaima l’uomo, i quadrupedi, i cetacei, i pesci e gli uccelli, e Anaima animali come i crostacei o gli insetti. Soltanto con Linneo (1707-1778 d.C.) nasce la nomenclatura binomiale in cui gli organismi vengono suddivisi in vari gruppi in base ai caratteri comuni introducendo il Genere e la Specie (che vedremo tra un po’).

La diversità degli organismi è vastissima ed è per questo che esistono regole ben precise da seguire quando si deve classificare un organismo. Esistono vari campi di studio:

• Sistematica: Essa si occupa della diversità degli organismi e delle relazioni che esistono tra di loro, includendo la genetica, l’ecologia, l’etologia e analizzando le proprietà esclusive dei gruppi tassonomici, interpretando le cause biologiche che definiscono le differenze o affinità tra i vari taxa;

• Tassonomia: è una branca della sistematica in cui si applicano le conoscenze della stessa. In questo modo, quando si sono raccolti tutti i dati che ci indicheranno le differenze o affinità tra i vari gruppi, sarà possibile una classificazione che rifletta il più possibile “l’ordine naturale”.
  

Classificare, quindi, significa ordinare i gruppi tassonomici sulla base delle relazioni dei caratteri, e di conseguenza ci sono delle gerarchie da rispettare. Esse non sono altro che un raggruppamento degli organismi in base ai caratteri biologici comuni, dove la categoria più alta (Dominio) presenterà un numero base di caratteri comuni, mentre la categoria più bassa (Specie) comprenderà organismi con caratteri più specifici. Facciamo un esempio con la nostra specie:

• Dominio (Eukaryota). Il dominio è la categoria più alta e suddivide gli organismi sulla base molecolare in Prokaryota,organismi che possiedono cellule prive di un nucleo e gli organuli non differenziati; Eukaryota, organismi che possiedono cellule con un nucleo differenziato che contiene la maggior parte del DNA in un involucro formato da 2 membrane.

• Regno (Animalia). Ne esistono 7: Bacteria e Archaea che appartengono al dominio Prokaryota; Animalia, Protista, Plantae, Fungi e Chromista appartengono al dominio Eukaryota.

• Phylum (Chordata). Esistono molti phyla (plurale di Phylum) e sarebbe difficile elencarli tutti. In genere, un Phylum raggruppa organismi che possiedono lo stesso piano strutturale comune e non necessariamente la simmetria deve essere morfologica (esterna). Ad esempio, con Phylum Chordata si raggruppano tutti quegli organismi che possiedono una simmetria bilaterale (provate ad immaginare di tagliare il vostro corpo in una metà perfetta, avrete un braccio per in tutte e due le porzioni come anche le gambe, o strutture come il cranio divise a metà), possiedono una notocorda, una corda nervosa spinale, aperture faringee, un endostilo e una coda post-anale. Altri phyla che conoscerete sicuramente sono: Mollusca (a cui appartengono cozze, polpi), Arthropoda (granchi e insetti), ecc.

• Subphylum (Vertebrata). Come vedrete, cercando la classificazione di un organismo, noterete che esistono molti sottogruppi che suddividono ulteriormente i vari organismi. Per non complicare troppo le cose, ho aggiunto il subphylum vertebrata a cui appartengono tutti gli organismi che possiedono una colonna vertebrale (pesci, uccelli, anfibi, rettili, mammiferi).

• Classe (Mammalia). Sono raggruppati tutti i mammiferi.

• Ordine (Primates). Sono raggruppati tutti i primati.

• Sottofamiglia (Homininae). Sono raggruppate alcune grandi scimmie come gorilla, scimpanzé, bonobo e tutti gli individui estinti ascrivibili al lignaggio umano (ultimi 7 milioni di anni circa). È stato escluso per via di evidenze genetiche l'orango in quanto possiede una storia a parte rispetto ai gruppi citati prima.

• Genere (Homo). Appartengono a questo gruppo tutte le specie umane come Homo neanderthalensis, Homo erectus, Homo naledi, ecc.

• Specie (sapiens).

Ora entriamo nel vivo del discorso. La nomenclatura binomiale è il nome scientifico che caratterizza una data specie. Con Homo sapiens indichiamo una specie con caratteristiche uniche che caratterizzano questo gruppo, così come Tyrannosaurus rex, che possono essere paragonati al nome e cognome di una persona.

• Genere (Cognome): Cerchiamo di fare prima un esempio pratico. Il genere raggruppa una o più specie in cui sono presenti le caratteristiche che caratterizzano in linea di massima le specie raggruppate. Ad esempio, prendete il vostro cognome e vedrete che i vostri cugini, i vostri zii o nonni da parte di padre possiedono lo stesso vostro cognome, ma i nomi saranno diversi (non considerate i parenti con lo stesso nome, sennò non vale). Avrete delle caratteristiche comuni, ma non tutte, perché esistono caratteristiche uniche e personali che sono raggruppate nel vostro nome (specie). La specie, per una corretta scrittura, va sempre scritta con l'iniziale minuscola. In genere, con la specie si indica una morfologia o una caratteristica particolare tipica del gruppo.

• Naturalmente, ogni specie ha uno scopritore o uno studioso che ha dato loro il nome, quindi dopo il Genere e la specie potreste trovare il cognome dello scopritore. L'elefante asiatico, per esempio, si chiama Elephas maximus Linnaeus, 1758 (anno della scoperta o della descrizione).

Il concetto di specie. Purtroppo, classificare non è un lavoro semplice perché non esiste una definizione univoca di specie, ed ogni campo ha un suo diverso metodo di classificare la specie. Elenco le due più conosciute (esistono una decina circa di definizioni di specie):

• La specie biologica è quella più diffusa in zoologia ed è una delle più complete basata su un criterio sia spaziale che temporale: la specie infatti è definita sulla base della filogenesi (antenati comuni, discendenti, ecc…) e dell'isolamento riproduttivo, infatti la specie è rappresentata da individui interfecondi che produrranno prole fertile.

• La specie morfologica è basata sui caratteri morfologici ed è molto diffusa in paleontologia in quanto con la fossilizzazione non si conservano nessuna componente biologica (il DNA sopravvive per circa 700-800 mila anni e le proteine anche un milione di anni in più del DNA).

L'analisi dei caratteri classificativi. Questa parte di articolo è dedicata in buona parte alla classificazione paleontologica in quanto, in questa disciplina, nei fossili non si conservano caratteri biologici o etologici, e di conseguenza richiede un approccio diverso in quanto vengono considerati solo i caratteri morfologici (ma in linea di massima faremo la conoscenza di alcuni termini e concetti che vengono utilizzati anche nella biologia evolutiva per classificare. La classificazione in biologia evolutiva verrà trattata nel dettaglio prossimamente).

In paleontologia, come anticipato prima, si utilizza la morfologia (forma delle ossa o delle conchiglie) per l'identificazione della specie e la collocazione temporale delle stesse per poter ricostruire tutte le eventuali parentele. Ma i caratteri osservabili e classificabili non hanno tutti la stessa valenza perché il grado di somiglianza di due taxa può dipendere dall'avere in comune:

• Organi Omologhi, cioè organi ereditati da un comune progenitore;

• Organi Analoghi, cioè organi che svolgono la medesima funzione ma che hanno una origine evolutiva diversa.

La cladistica è un metodo di classificazione dei viventi che si basa sul grado di parentela dall'ultimo progenitore comune. In base al metodo di classificazione cladistica, animali e piante vengono disposti in gruppi tassonomici monofiletici (i cladi) comprendenti ciascuno un antenato comune e tutti i suoi discendenti. La cladistica è svincolata dal tempo e dallo spazio e si basa soltanto sui caratteri perché non possiamo conoscere come e quando un carattere è comparso e/o mutato, quando avviene la speciazione e tutti gli studi che si possono fare con i geni ed il DNA. È basato soltanto su delle matrici di presenza o assenza dei caratteri omologhi (i caratteri analoghi non vengono considerati) come una sorta di sistema binario dove 1 significa che il carattere è presente e 0 che è assente. Dipendentemente dall'osservazione e dalla considerazione dei vari caratteri, possiamo distinguere le varie relazioni in:

• Monofilia. È l'insieme di specie tutte discendenti di un antenato comune. Un gruppo con tale proprietà è detto monofiletico o clade;

• Polifilia. È l'insieme di specie che non considera un eventuale antenato comune. Un gruppo polifiletico raggruppa le specie per analogia, per somiglianza e non ha alcun valore secondo la cladistica (se considerassimo solo gli anfibi, senza prendere in considerazione l'antenato comune tra i vari tetrapodi, allora con anfibi indichiamo un gruppo polifiletico);

• Parafilia. È un gruppo sistematico che include tutte le specie derivate tutte da un progenitore comune appartenente al gruppo ma senza includere tutti i suoi discendenti (per esempio, se considerassimo soltanto i dinosauri partendo dall'antenato comune senza considerare gli uccelli, allora potremmo dire che quello dei dinosauri è un gruppo parafiletico).

Questi raggruppamenti, come detto prima, si basano sulla presenza/assenza di caratteri:

• Plesiomorfi. Compaiono nella parte più remota del cespuglio evolutivo;

• Apomorfi. Compaiono nell'ultima parte del cespuglio evolutivo. Le apomorfie della stessa struttura sono costituite in:

  1. Autoapomorfia: quando un gruppo rappresenta una novità evolutiva (una nuova specie deve avere autapomorfia);

  2. Sinapomorfia: quando questo carattere nuovo caratterizza l'insieme di più specie;

  3. Simpleisomorfia: nelle linee evolutive derivate è presente un carattere antico che accomuna queste specie.

Ora che sappiamo qualcosa sui caratteri, possiamo costruire il nostro cladogramma, cioè possiamo rappresentare la filogenesi (la parentela) tra i vari organismi fossili mettendo in relazione i vari elementi scelti come discriminanti secondo il Criterio della Parsimonia (l'ipotesi di parentela più semplice), utilizzando il metodo dicotomico per verificare la presenza dei caratteri. Si costruisce una matrice che porterà determinati valori per ogni carattere: 0 o 1 per indicare assenza o presenza del dato carattere. Esistono però dei 'falsi' caratteri che possono in qualche modo modificare la nostra matrice: i caratteri possono cambiare da un individuo e considerare magari dei caratteri che sembrano rilevanti, quando in realtà non lo sono.

Devo escludere la variabilità individuale che può essere causata da:

• Ontogenesi: potrei trovare caratteri solo dei giovani, degli adulti, o dei vecchi. Un organismo muta crescendo e con i fossili non possiamo osservare come l'organismo si sviluppa e cresce;

• Dimorfismo sessuale: esistono caratteri che trovo solo nei maschi o solo nelle femmine;

• Malattie: individui patologici possono falsare l'analisi dei caratteri.