28 giugno 2013

World War ZL

Il Tempo Profondo ha regole tutte sue, ed è rischioso avventurarsi nel passato paleontologico senza le adeguate conoscenze e la consapevolezza di cosa può accadervi.
Normalmente, si assume che un taxon (specie o clade) sia "esistito" in un determinato intervallo di tempo. Ad esempio, Tyrannosaurus è esistito nel Maastrichtiano, Deinonychus nel Barremiano, Allosaurus nel Kimmeridgiano-Titoniano. Queste affermazioni sono, ovviamente, approssimazioni. Per due motivi.
Il primo, più immediato, è che questi taxa sono basati su pochi esemplari (spesso uno solo, o comunque limitati a pochi siti), e l'affermazione "X è vissuto nel piano A" è una semplificazione di "X è stato rinvenuto all'interno di una sequenza stratigrafica collocata internamente al piano A". Non disponendo di molti esemplari, è difficile stabilire l'effettiva "durata" di un taxon.  In teoria, potremmo aver rinvenuto uno dei pochissimi esemplari di una specie esistita per un brevissimo intervallo geologico, anche se ciò è statisticamente improbabile. Come facciamo a stabilire se quel taxon sia durato più o meno di quello che viene normalmente affermato?
Immaginate di avere solo qualche documento sulla vita di una persona, senza dati relativi alle date di nascita e morte. Potrete dire "Tizio è vissuto nel 1968", e "Tizio è vissuto nel 1973", ma non potrete stabilire con esattezza se sia vissuto primo a dopo. Pertanto, l'unica affermazione plausibile che potete stabilire è che "Tizio è vissuto tra il 1968 ed il 1973". Analogamente, quando affermate che "Tyrannosaurus è esistito nel Maastrichtiano" fate un'affermazione simile a quella del tizio vissuto tra il 1968 ed il 1973. 
Dai dati in vostro possesso, potete fare delle stime che estendono il range 1968-1973 della persona che state studianto. Ad esempio, se il documento datato 1968 è un certificato di laurea, potete ragionevolmente supporre che quella persona avesse almeno 20-25 anni nel 1968, dato che la grandissima maggioranza di coloro che si laureano ha almeno 20-25 anni quando si laurea (anche se, occasionalmente, ci sono delle persone particolarmente dotate che si laureano nell'infanzia, presumiamo che avendo "estratto" a caso una persona "normale", tale eventualità si possa scartare). Quindi, potete estendere come stima dell'esistenza di Tizio l'intervallo 1943/1948-1973, estendendo nel passato di almeno 20-25 anni prima del 1968. Tuttavia, nessuno può escludere che Tizio si sia laurato molto dopo il suo terzo decennio di vita, dato che è possibile laurearsi anche in tarda età. Da questo punto di vista, quindi, una data di laurea è poco utile per stabilire l'età di nascita di una persona, anche se permette di escludere date troppo vicine al 1968.
L'esempio che ho appena fatto, tuttavia, è poco pertinente per i taxa: dato che le specie nascono e si estinguono secondo processi non analoghi a quelli delle persone, non è possibile fare stime generali come nel caso di "quanto oltre all'intervallo 1968-1973" tale persona con laurea visse.
Nel Tempo Profondo esistono metodi e concetti differenti per stabilire (o almeno stimare) la durata di un taxon. 
Il dato sicuro è quello dei fossili in situ: se fossili del taxon X sono presenti (e non rimaneggiati) in uno strato definito, abbiamo la sicurezza che tale taxon è dell'età alla quale tale strato è riferito. Questo dato è l'equivalente paleontologico dell'intervallo 1968-1973 del mio esempio umano. Nel grafico qui sotto, tale intervallo corrisponde alle linee gialle dei quattro cladi A, B, C, D.

Possiamo affermare con certezza quasi assoluta che ogni taxon sia esistito per un intervallo maggiore o uguale della propria linea gialla. Tale certezza deriva dall'Effetto Signor-Lipps (da Signor e Lipps 1982, studio che per primo formalizzò questo principio). Il motivo è analogo a quello per cui siamo sicuri che Tizio non visse solamente nell'intervallo 1968-1973: dato che i fossili sono frammentari e rari, è improbabile che si disponga della completa sequenza documentata dell'esistenza di un taxon, ma solo di una sua porzione limitata: di conseguenza, un taxon ha sempre un'estensione maggiore di quella data dai resti fossili.
Ma quanto maggiore? Quanto sarà estesa tale linea, e come? L'Effetto Signor-Lipps prevede due estensioni della durata rispetto a quella documentata: una nel passato ed una nel futuro.
L'estensione nel passato può essere stimata in parte tramite la filogenesi: se il taxon C è sister-taxon del taxon D, ciò significa che sono derivati da un antenato comune, il quale - per la definizione di "antenato" - è vissuto necessariamente prima di entrambi. Pertanto, se l'antenato comune di D e C è vissuto prima di D, e se D ha un'antichità maggiore di C, allora anche la linea evolutiva di C deve essere antica almeno quanto quella di D (linea azzurra sotto la linea gialla di C). E lo stesso dicasi della linea del clade "C+D" che deve essere antica almeno quanto la linea di B.
Tale estensione nel passato di una linea in base alla durata documentata del suo sister-taxon è detta Ghost Line (GL). Ad esempio, siccome Spinosaurinae è sister-taxon di Baryonychinae (per definizione), siccome Baryonychinae risale almeno al Barremiano (125 milioni di anni fa) mentre Spinosaurinae non è documentato prima dell'Albiano (115 milioni di anni fa), dobbiamo dedurre una ghost line di Spinosaurinae che arrivi indietro di almeno altri 10 milioni di anni, per essere estesa almeno quanto quella di Baryonychinae. Badate bene che le ghost line non dicono nulla sull'effettiva durata delle specie/generi/cladi di tale linea: ciò non significa che Spinosaurinae "compaia" nel Barremiano, ma solo che la sua linea evolutiva doveva "già" essere presente, dato che Baryonychinae è documentato nel Barremiano. Tuttavia, nulla vieta che future scoperte estendano Spinosaurinae fino al Giurassico (e, in tal caso, anche Baryonychinae, o meglio: la sua ghost line, verrebbe esteso fino al Giurassico).
E per estendere nel futuro? Ciò è più problematico, dato che non esistono metodi filogenetici o empirici per estendere nel futuro la distribuzione di un taxon: solo i fossili, il dato diretto, permette di estendere nel futuro le linee di un clade. Lane et al. (2005) chiamano queste linee che "estendono" l'esistenza di un clade ben oltre la data (presunta) della loro estinzione (che, di conseguenza, risulta essere una falsa estinzione, un errore di lettura del dato fossile senza la dovuta correzione data dall'Effetto Signor-Lipps) con il nome di Zombie Line (ZL, linee viola nel grafico). Siccome solo la scoperta di nuovi fossili determina una ZL, e siccome la ZL è sempre posta dopo il fossile più rececente di tale taxon, una ZL è scoperta dall'atto stesso di eliminarla (almeno in parte).
Paradossalmente, infatti, è impossibile distruggere completamente le Zombie Line: nel momento in cui è "scoperta", ovvero, nel momento in cui si estende in avanti la durata di un taxon, tale linea è sì "de-zombiezzata", ma solo per quell'intervallo ora aggiunto (che diventa parte della effettiva esistenza del taxon in questione), ma ciò non intacca lo status di "ZL" del resto del tempo geologico successivo privo di documentazione. Ovvero, si può solo ridurre il range della loro possibile esistenza, ma mai eliminarle del tutto. L'unico modo sicuro per annullare una ZL di un taxon fossile è paradossale, perché equivale all'eliminazione dello stesso taxon fossile: infatti, nel momento in cui si estende sempre più in avanti una linea, si può alla fine arrivare al tempo presente, ma ciò corrisponde a dimostrare che un taxon fossile NON è un taxon fossile! 
In breve, le ZL si nutrono dell'assenza di documentazione fossile: se i fossili mancano da un particolare livello, infatti, può essere sia perché il taxon era effettivamente estinto in quel momento, ma anche perché, semplicemente, siamo nella sua ZL. Ed in entrambi i casi, non è possibile eliminare la ZL, perché anche qualora trovassimo infine dei fossili, essi direbbero solamente che la ZL si è ritirata in avanti, sfuggendo al nostro tentativo di eliminarla.
L'indistruttibilità delle Zombie Line, nonostante che esse "non siano determinabili" è uno dei tanti paradossi del Tempo Profondo.


Bibliografia:
Lane, A., Janis, C.M., and Sepkoski, J.J., Jr. 2005. Estimating paleodiversities: a test of taxic and phylogenetic methods. Paleobiology, 31(1):21-34. 
Signor, P. W., and J. H. Lipps. 1982. Sampling bias, gradual extinction patterns and catastrophes in the fossil record. Geological Society of America Special Paper 190:291–296.


3 commenti:

  1. Excellent article Andrea - really informative and makes people aware how things in palaeontology are not always black and white (or purple and green!)

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  2. Perché si presume che due specie sister taxon siano nate nelle stesso tempo da un antenato comune. Se A e B sono taxa sister taxon dove B è più antico di A, non può essere possibile che B sia l'antenato di A e A sia nato dopo la nascita di B, per diramazione dalla stessa B?
    In questo caso le ghost line possono dirci che, in base ai dati disponibili, A non può essere nato prima di B e dunque che A è al massimo antico quanto B.
    Non riesco a trovare una qualche utilità nelle zombie line. Sono io che non ho capito o è effettivamente così?
    Spero di essermi spiegato bene e ti ringrazio sei vorrai rispondermi.

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    1. Non ho parlato di specie, ma di linee evolutive.
      La relazione antenato-discendente ha senso solo per le specie, non per le linee evolutive. Le linee evolutive non sono mai antenate una di qualche altra, ma solo legate da relazioni di parentela (sister-taxon). Per questo nel mio esempio ho usato Baryonychinae e Spinosaurinae, e non Baryonyx walkeri e Spinosaurus aegyptiacus.
      Se A e B sono sister-taxa, non può uno essere antenato dell'altro. Le due categorie si escludono a vicenda: o sei antenato o sei sister taxon. E solo nel secondo caso ha senso usare le ghost line.

      Il concetto di zombie line è prettamente teorico, non deve avere una utilità pratica: è un termine utile ai fini del discorso, per non dover ogni volta ripetere "la parte sconosciuta di distribuzione di un taxon che si estende più avanti della più recente documentazione di tale taxon, prevista dall'Effetto Signor-Lipps".

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