Tullimonstrum e la natura delle nostre tassonomie

Non è un amore?

Ieri sera, poco prima di cena, è stata pubblicata la notizia paleontologica del 2016. 

No, non è relativa ad un theropode, né ad un dinosauro.

Finalmente, dopo oltre mezzo secolo di enigmatica problematicità, sappiamo cosa diavolo fosse Tullimonstrum!

Nel caso non siate dei malati di paleontologia come il sottoscritto, e non abbiate mai sentito nominare il Mostro di Tully prima di ora, allora non avrete gioito ieri sera. Io ero esaltato, letteralmente ubriaco di emozione intellettiva. Un piccolo grande enigma della paleontologia è stato risolto, e le sue implicazioni generali sono altrettanto eccitanti.

Breve riassunto di cos'è Tullimonstrum per quelli che non lo conoscono.

Tullimonstrum è un taxon basato su oltre un migliaio di impronte fossili rinvenute dal giacimento ad elevata conservazione di Mazon Creek (Illinois) e risalente al Carbonifero superiore, circa 300 milioni di anni fa. Tullimonstrum era un piccolo animale, lungo meno di 10 cm, caratterizzato da un corpo globoso, una frangia di pinne dorsali e ventrali nella parte posteriore del corpo, due occhi posti su lunghi peduncoli rigidi ed una sorta di "proboscide" alluntata che terminava in una bocca/chela dentellata.

Le affinità filogenetiche di Tullimonstrum rimasero molto controverse: è stato associato ai molluschi, ad alcuni gruppi di "invertebrati" poco noti al grande pubblico, come i nemertini ed i policheti, oltre che ad altri taxa problematici del Paleozoico, come i conodonti ed il bizzarro Opabinia dalla nota Burgess Shale del Cambriano Medio. Proprio come Opabinia ed altri bizzarri "mostriciattoli" paleozoici, Tullimonstrum fu per molti anni considerato "un phylum a sé", e sovente considerato una linea evolutiva non legata con gruppi moderni. La differenza più rilevante con altri "problematici", come Opabinia e Anomalocaris, è che mentre questi ultimi sono di età Cambriana (ovvero, risalgono a mezzo miliardo di anni fa: ripetete 10 volte "mezzo miliardo di anni" per farvi un'idea di cosa sia questo lasso di tempo), Tully è molto più recente, risalendo a "solo" 300 milioni di anni fa. Ovvero, se possiamo concedere l'esistenza di creature vagamente aliene nel remoto mondo ancestrale del Cambriano (mezzo miliardo di anni fa!), la presenza di Tullimonstrum nel tardo Carbonifero, ovvero nel medesimo momento in cui sinapsidi e rettili si stavano separando evolutivamente e le grandi foreste di pteridofite ricoprivano i continenti, lo rende alquanto "fuori tempo massimo".

Il destino di Tullimonstrum è legato molto al modo con cui i paleontologi ed i filogenetisti hanno affrontato il problema dei così detti "Problematica", ovvero, forme fossili difficilmente classificabili secondo le categorie tassonomiche "tradizionali". Il problema di queste forme ha costituito il fulcro di uno dei più famosi libri di S.J. Gould: "La Vita Meravigliosa". Questo libro ha inciso molto sulla mia visione della sistematica e dei fossili, fin da quando lo lessi la prima volta, ai tempi del liceo. Oggi, la mia visione della paleontologia sistematica è molto cambiata, e dissento in modo radicale da parte delle argomentazioni di Gould in quel libro. Nondimeno, esso resta un testo di notevole bellezza e interesse. Il caso vuole che proprio in questo periodo io stia rileggendo quel libro.

Ne "La Vita Meravigliosa" Gould parla principalmente dei fossili problematici del Cambriano, e cita solo tangenzialmente Tullimonstrum. Tuttavia, le argomentazioni sostenute da Gould per i fossili cambriani restano valide anche per Tully.

Gould sostenne che i fossili problematici del Cambriano, ovvero tutti quei fossili la cui morfologia e anatomia non è riconducibile ai gruppi tassonomici moderni, sia la prova che in quel periodo ancestrale di diversificazione zoologica, le "regole" filogenetiche furono diverse e più "anarchiche", per cui il mondo fu attraversato da una unica ed irripetibile età di "sperimentazione evolutiva", che generò una disparità di forme (ovvero, un numero di "phyla" e "classi") superiore a quelle attuale. Il mondo di oggi (o meglio, il mondo post-Cambriano) sarebbe stato quindi per Gould una mera fase di decimazione della disparità iniziale, seguita dalla proliferazione dei pochi phyla sopravvissuti. Tullimonstrum sarebbe quindi niente altro che un phylum superstite della "anarchia" cambriana, sopravissuto per oltre 200 milioni di anni.

Gould usò questo argomento per sostenere una tesi ardita e non-convenzionale, per cui la storia della vita non dovrebbe essere letta come una progressiva scalata verso una maggiore complessità: dopo tutto, sosteneva Gould, se nel Cambriano abbiamo avuto 30 tipi di artropodi, mentre oggi ne abbiamo solo 4, ed avevamo 40 tipi zoologici contro l'attuale ventina, dove sarebbe stata la marcia del progresso?

Il ragionamento di Gould parrebbe sensato ed empiricamente robusto (ed io condivido l'idea di non vedere l'evoluzione come mero "progresso lineare"), se non fosse che si regge prettamente su un fraintendimento logico. Per comprenderlo, è bene fare un salto indietro di un paio di secoli, alle origini delle nostre categorie tassonomiche. Ovvero, al maledetto Linneo...

Linneo fondò la tassonomia zoologica con un obiettivo molto semplice e onesto: classificare in modo sistematico e naturale le forme viventi. Tenete a mente quel participio, "viventi".

Linneo classificò i viventi alla stessa maniera con cui un bibliotecario classificherebbe dei volumi: partì dai singoli esemplari specifici (le specie), li raggruppò (più o meno arbitrariamente, ma per ora non ci interessa discutere il modo) in insiemi di specie (i generi); poi raggruppò insiemi di generi in famiglie; poi raggruppò insiemi di famiglie in ordini; poi raggruppò insiemi di ordini in classi; ed infine raggruppò le classi in un numero ridotto di tipi fondamentali, i "phyla". In realtà, Linneo non fece proprio così, ma è questa comunque l'essenza della tassonomia linneana: partire dalle specie viventi e risalire gerarchicamente fino all'intero regno animale.

Lo schema di Linneo è "naturale"? No, è del tutto artificiale. Perché? In primo luogo, perché non esiste un criterio oggettivo e ripetibile per cui un dato insieme di entità tassonomiche formi una entità di “livello superiore”. Cosa rende quelle specie un genere? E cosa rende un certo pacchetto di famiglie un ordine? Perché solo quelle famiglie e non assieme ad altre? Inoltre, la tassonomia linneana è artificiale perché il processo di ascesa gerarchica partendo dalle specie viventi NON è il processo naturale con cui tale diversità si è formata. Dalla teoria evoluzionistica sappiamo infatti che i "phyla" non derivano dalle "classi", che le "classi" non derivano dagli "ordini", e così via, fino ad arrivare ai generi che non derivano dalle specie viventi. L'evoluzione fu un processo di speciazioni divergenti, con specie ancestrali che generano a loro volta nuove specie. In natura, le specie generano le specie. Punto. Una specie non origina un genere o altre categorie superiori. I generi, famiglie, ordini, classi e phyla sono infatti nostre CATEGORIE MENTALI ARBITRARIE. Una classe è solo un nome arbitrario per un insieme di specie. Cosa rende Mammalia una classe? Niente di oggettivo. Cosa rende Chordata un phylum? Niente di oggettivo: "classe" e "phylum" sono categorie mentali, non oggetti naturali. 

Pertanto, se riconosciamo che i concetti di "phylum" o "classe" sono categorie arbitrarie, anche le domande sulla natura di classi e phyla sono domande arbitrarie. Purtroppo, due secoli di mentalità linneana hanno plasmato in modo indissolubile il modo con cui molti pensano la tassonomia, al punto che è spesso impossibile far comprendere loro la totale arbitrarietà delle categorie. Esse appaiono come “reali” strutture del mondo vivente.

Immerso in questo paradigma, Gould notò che tutti i phyla degli animali appaiono nel Cambriano, e che praticamente nessun altro phylum compaia dopo il Cambriano. Per lui, questa unicità del Cambriano doveva avere una qualche causa naturale (dopo tutto, i phyla “esistono” realmente, quindi la loro origine deve avere una causa reale). Pertanto, egli ritenne che una qualche condizione biologica particolare di quei tempi antichi, mai più ripetuta, possa essere stata la causa scatenante l'origine dei piani corporei di grado “phylum”.

Purtroppo per Gould e molti immersi nel paradigma linneano, lo status di "phylum" è totalmente arbitrario, e il paradosso cambriano è del tutto privo di realtà. Il motivo per cui gli insiemi di specie chiamati "phyla" compaiano nel Cambriano e non dopo è solamente l'effetto di come abbiamo definito i "phyla": essi sono i raggruppamenti massimi delle specie viventi.

Proviamo a definire la procedura con cui un insieme di specie è un phylum: è un insieme di classi, o comunque una categoria ritenuta “di stesso rango” di un insieme di classi. Pertanto, dobbiamo stabilire cosa siano le classi, e per farlo ricadiamo negli ordini, e quindi nelle famiglie, quindi nei generi e pertanto nelle specie. Specie... viventi! Concludendo: un phylum è solo un arbitrario insieme di specie ad un massimo grado di generalità. Notate bene, l'arbitrio non è nel riconoscere un gruppo monofiletico molto ampio e generale, ma l'attribuire a quel particolare clade lo status di “phylum”, che lo rende “equiparabile” ad altri cladi ai quali è stato attribuito il medesimo rango.

Sul piano pratico, un raggruppamento come gli artropodi è dato filogeneticamente dal momento in cui è comparso l'antenato comune di tutti gli artropodi. Pertanto, è inevitabile che tale momento debba essere posto in un passato più remoto del momento in cui i vari sotto-gruppi di quel phylum sono comparsi. Ne segue che più ampio e numeroso è il "phylum" più ampia deve essere la sua estensione nel tempo, e più antico deve essere il suo momento di comparsa. Concludendo, siccome non esistono ad oggi animali eumetazoi di tipo moderno nel Precambriano, è inevitabile che l'origine dei gruppi principali sia fatta risalire al Cambriano e non dopo.

Ecco, banalmente, il perché i phyla compaiano nel Cambriano: perché li abbiamo definiti in modo tale da comparire all'inizio della documentazione fossile animale, che è il Cambriano. Ma questo non rende il Cambriano speciale, non meno che il constatare che tutti coloro che hanno combattuto la Seconda Guerra Mondiale devono essere nati prima del 1930 e dopo il 1880: è una mera conseguenza del modo con cui abbiamo definito le categorie.

Tutto questo discorso teorico come si ricollega ai taxa problematici del Cambriano?

Gould si focalizzò sulle differenza morfologiche tra questi fossili ed i membri dei gruppi tradizionali: focalizzandosi sulle differenze, egli concluse che essi non fossero collocabili nelle categorie note, e che quindi dovessero essere classificati in categorie nuove, equivalenti come rango alle altre comparse nel Cambriano. Ma, se avete seguito il discorso su Linneo, le categorie tradizionali (classi e phyla) nacquero per classificare le specie viventi, non i fossili. Se un fossile non è collocabile in nessuna linea moderna, ciò non significa che appartenga ad una nuova classe sconosciuta, significa semplicemente che le categorie tradizionali furono definite in un modo che non permette a quei fossili “non previsti” di essere classificati secondo quegli schemi. Gould pare non rendersi conto di ciò, e pertanto conclude che nel Cambriano esistettero molte classi oggi assenti, e che tale abbondanza di classi sia il segno di un qualche fenomeno misterioso o speciale avvenuto solamente in quel periodo. Ancora una volta, tale conclusione forza le nostre categorie, che sono arbitrariamente plasmate sulla fauna vivente, al di fuori dalle nostre menti (unico luogo dove esistono), reificandole in "fenomeni naturali" speciali.

La tesi che sostengo qui, e che molti tassonomi oggi propendono per seguire, è che le categorie linneane non hanno una "realtà": ciò che esiste sono solamente i cladi, indipendentemente dalle categorie o rango in cui li collochiamo. Esiste Arthropoda (un insieme di specie), ma non esiste "il phylum degli artropodi", esiste Trilobita (un insieme di specie), ma non esiste "la classe dei trilobiti".

Una volta liberati dalle arbitrarie categorie linneane, il problema della "disparità cambriana" svanisce. Il Cambriano non fu affatto un momento "speciale", perché non ci fu mai un periodo speciale per la “comparsa delle classi”. Le classi (e ogni altra categoria sopraspecifica) non compaiono! Solo le specie appaiono, speciano e si estinguono. Le classi esistono solo nelle nostre teste di tassonomisti. Il Cambriano vide una ampia radiazione degli animali, ma tale radiazione fu solo una ramificazione di specie per generare altre specie: esattemente come accadde anche in seguito. Il fatto che i rami evolutivi comparsi nel Cambriano siano considerati "phyla" o "classi" non li rende diversi o speciali rispetto ai rami formatisi nel Ordoviciano, Siluriano o nel resto del Fanerozoico. Le categorie sono arbitrarie, le uniche realtà sono le speciazioni.

Tornando a Tullimostrum, esso cos'è? Una linea unica ed inclassificabile, un phylum "alieno" comparso nel Cambriano assieme ad altre linee inclassificabili come Opabinia, Anomalocaris e Hallucigenia?

Prima di rispondere a Tullimonstrum, vediamo cosa sono Opabinia, Anomalocaris e le altre "stranezze" cambriane. Gould si focalizzò sulle loro stranezze ed unicità per sostenere la tesi della "anarchia evolutiva cambriana". In termini filogenetici, egli quindi si focalizzò sulle autapomorfie, sui loro caratteri unici e distintivi. Ma la tassonomia non si può fondare sulle unicità, bensì sui caratteri condivisi, le sinapomorfie. Opabinia, Anomalocaris ed altri problematici cambriani non sono animali costruiti a caso, ma hanno anatomie coerenti con gli altri invertebrati noti. Se li studiamo in modo filogenetico, le sinapomorfie emergono. Analizzati filogeneticamente, questi fossili smettono di essere alieni, e risultano invece in maggioranza imparentati con gli Artropodi, perché condividono con questi ultimi molti caratteri derivati. Tecnicamente, essi sono quindi degli stem-artropodi: parenti degli artropodi ma esterni al gruppo degli artropodi ancora viventi. In analogia con i beniamini di questo blog, Opabibia e Anomalocaris sono – per gli artropodi viventi – quello che i sauropodi e gli ornithischi sono rispetto agli uccelli: sister-taxa, stem-group più vicini alle forme ancora viventi di quella linea che a ogni altro gruppo vivente. E così, come non occorre cercare qualche bizzarro fenomeno evolutivo, o invocare la comparsa di "nuove classi di vertebrati" nel Mesozoico – prive di corrispondenti moderni – per spiegare ornithischi e sauropodomorfi, così non occorre cercare bizzarri fenomeni cambriani per gli stem-artropodi come Opabinia. Opabinia era semplicemente una linea prossima agli artropodi, e gli artropodi sono solo il nome con cui chiamiamo un clade di invertebrati che esiste ancora oggi. Le "classi" nate per collocare i viventi, sono – per definizione – esistenti ancora oggi. Ma ciò non le rende né speciali né privilegiate sul piano gerarchico rispetto ad altre linee estinte. La loro comparsa nel Cambriano, al pari di molte altre linee evolutive, fu solo l'effetto del processo di diversificazione delle specie nel tempo.

Quindi, cos'è Tullimonstrum?

Non è un clade alieno, non è un mollusco aberrante, non è un cugino sopravvissuto dell'Opabinia. 

Come hanno elegantemente dimostrato ieri, esso presenta un sistema nervoso centrale posto dorsalmente con tre lobi principali, il secondo dei quali si connette agli occhi, presenta miosetti muscolari, un tubo digerente ventrale, una notocorda dorsale che si proietta nella coda e un cestello branchiale. In una parola, è un cordato vertebrato, filogeneticamente prossimo alle lamprede viventi ancora oggi. Tullimostrum è un vertebrato, come me e te.

E questa inattesa ed eppur ben fondata scoperta - che risolve un enigma durato mezzo secolo - è del tutto coerente con la rivalutazione critica del nostro modo di classificare le forme di vita del passato. 

Non più alieni problematici ed inclassificabili, la cui irrisolta posizione imponeva di ipotizzare episodi irripetibili di anarchia evolutiva nel remoto passato (ovvero, ci costringeva a mettere in dubbio la continuità delle leggi evolutive, quasi a favore di non-testabili – quindi, extra-scientifici – momenti di creatività senza regole). Bensì, Tullimonstrum è spiegato dalla semplice diversificazione adattativa, dalla normale radiazione evolutiva delle linee di specie, ed è comprensibile con una rigorosa analisi filogenetica. Questa rivalutazione di paradigma (quasi una restaurazione rispetto alle tematiche gouldiane) permette di spiegare queste forme in modo scientifico, coerentemente con quanto sappiamo essere il modo di procedere dell'evoluzione, nel presente e nel passato remoto.

Credo che Gould avrebbe molto apprezzato questa elegante smentita della sua controversa visione della meravigliosa vita paleozoica.