L'enigma degli stomaci striscianti cambriani - Herpetogaster collinsi e haiyanensis

Prima di iniziare questo articolo su Herpetogaster, organismo particolarmente curioso e misterioso vissuto nel periodo Cambriano, sono ben felice di annunciare che questo contenuto è stato realizzato in collaborazione con Alessia Meloni, giovane illustratrice naturalistica che si è offerta di fornire una ricostruzione paleoartistica da lei realizzata, raffigurante proprio un esemplare di Herpetogaster collinsi, nonché del suo paleoambiente, in modo tale da poter arricchire l'opera in questione con contenuti esclusivi e inediti.

Di questo argomento è stata realizzata anche la versione video, la trovate comodamente sul canale YouTube di Roots of Existence!

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Guardare indietro nel tempo, in epoche remotissime del pianeta Terra, è un esercizio mentale a mio avviso importantissimo, nonché vitale per poter comprendere in maniera più profonda e sentita la realtà che ci circonda.

La vita, fin dai suoi albori, datati ancora agli stadi iniziali di formazione del pianeta stesso, dunque intorno a 4 miliardi di anni fa circa, non ha mai smesso di generare forme sempre diverse e originali, grazie all'incessante azione dell'evoluzione, capace di dar alla luce organismi che, guardandoli con i nostri occhi, sembrano provenire più da un pianeta alieno che da un luogo a noi familiare.

Alcuni di questi organismi, datati ancora ai primi esperimenti pluricellulari, risultano agli scienziati talmente inusuali per forma e composizione che risulta persino difficile riuscire a classificarli con gli odierni principi di sistematica.

Specie capaci di rientrare in questa categoria ve ne sono a bizzeffe, tuttavia una in particolare ha da sempre colpito la mia attenzione, proprio grazie alla sua forma misteriosa, ovvero Herpetogaster!

Lasciate che ve lo presenti!

Inquadramento temporale

Fig. 1.1

Per poter osservare dal vivo Herpetogaster dobbiamo compiere un lungo viaggio a ritroso, ripercorrendo la linea del tempo fino a giungere nel periodo Cambriano, fase della storia della Terra che si staglia da 541,0 a 485,4 milioni di anni fa.

Questo periodo è stato uno dei più importanti nonché indispensabili per l'evoluzione della vita sulla Terra, in quanto, grazie all'omonima esplosione di vita (esplosione del Cambriano), e alla sua conseguente radiazione adattativa, sono comparsi importantissimi gruppi viventi, alcuni dei quali duraturi tutt'oggi, uno su tutti gli artropodi, membri del phylum Arthropoda.

Come abbiamo visto in altri articoli in cui si trattava di organismi vissuti in questa fase, la Terra era ben diversa da quella odierna: le terre emerse erano ancora inospitali, pressoché prive di vita, terreno fertile per le future colonizzazioni, nel mentre che nei mari e negli oceani la vita aveva già iniziato a brulicare da diverso tempo, vista la comparsa di microrganismi unicellulari diffusi e diversificati da tempi immemori (ricordiamo che, in base a ciò che si è ricostruito, l'origine dell'ossigeno presente nell'atmosfera terrestre la si deve ad un particolare gruppo di microrganismi fotosintetizzanti, i cosiddetti cianobatteri che, ancora 2,5 miliardi di anni fa, causarono la catastrofe dell'ossigeno), nonché da diversi esperimenti pluricellulari intorno a 600 milioni di anni fa, come la Fauna di Ediacara.

Fig. 1.2 - Crediti: Alessia Meloni

La fauna cambriana possiede un mix intrinseco di fascino e mistero, potendo vantare fra gli organismi più strani mai osservati, divenuti, talvolta, degli autentici grattacapi per i paleontologi: un caso emblematico è proprio Hallucigenia, nelle cui ricostruzioni iniziali era persino complesso sancire quale fosse il "sopra e sotto", oppure ancora ai primi grandi predatori dei mari, come Anomalocaris, membro dei radiodonti.

Insomma, chi più ne ha più ne metta!

Fig. 1.1: Mappa geografica raffigurante l'aspetto della Terra durante il periodo Cambriano, intorno a 510 milioni di anni fa - Crediti: Scotese, Christopher R.; Vérard, Christian; Burgener, Landon; Elling, Reece P.; Kocsis, Ádám T. - "Phanerozoic-scope supplementary material to "The Cretaceous World: Plate Tectonics (CC BY 4.0).

Fig. 1.2: (immagini a sinistra): ricostruzioni paleoartistiche realizzate da Alessia Meloni raffiguranti due eseplari di Anomalocaris - Crediti: Alessia Meloni;

(immagini a destra): ricostruzione paleoartistica realizzata da Alessia Meloni raffigurante un esemplare di Hallucigenia - Crediti: Alessia Meloni.

Sistematica e Geografia

Fig. 1.3

Vista la complessità morfologica della specie presa in esame, direi che è opportuno partire per gradi, in modo da riuscire a muoverci più agevolmente in questo mare di misteri ed enigmi cambriani.

Il genere Herpetogaster e, consequenzialmente, la prima specie istituita, ovvero Herpetogaster collinsi, è stata descritta nel 2010 da parte di Jean-Bernard Caron, Conway Morris e Degan Shu, grazie all'analisi di numerosi esemplari rinvenuti principalmente in Canada, nell'ormai famosissimo giacimento fossilifero di Burgess Shale, nella Columbia Britannica.

Nonostante il luogo di rinvenimento principale di H. collinsi sia proprio il Canada, al quale si deve la maggior parte dei reperti rinvenuti, in realtà non è questo il solo luogo in cui i paleontologi sono riusciti a scovarlo: ulteriori ricerche hanno evidenziato testimonianze della loro presenza sia negli Stati Uniti, in Nevada, presso la Formazione Pioche, sia in Cina, nello Hunan, presso la formazione Balang, fatto che ha permesso di effettuare alcune considerazioni interessanti circa la loro diffusione (le vedremo meglio in seguito).

Allo stesso tempo, nonostante al tempo fu istituita soltanto una specie, nella quale rientrarono tutti i fossili allora rinvenuti, a distanza di 10 anni, nel 2020, un nuovo articolo realizzato da Yang et al., riuscì ad istituire una nuova specie.

Fig. 1.4

Battezzata Herpetogaster haiyanensis, nativa questa volta della Cina, in particolar modo della provincia di Yunnan, appartenente dunque alla cosiddetta "fauna di Chengjiang", la sua istituzione fu possibile grazie alle differenze morfologiche fra i due.

Da un punto di vista sistematico, il genere Herpetogaster appartiene al regno Animalia (essendo dunque un animale, classificazione che, sebbene sembri banale, in realtà per organismi così antichi non lo è affatto), al superphylum Deuterostomia, nonché ai cladi Ambulacraria (a cui appartengono anche gli emicordati e gli echinodermi esistenti tutt'oggi) e Cambroernida, questi ultimi vissuti soltanto durante l'era paleozoica, risultando oggigiorno estinti.

Sebbene gli esemplari scoperti negli anni siano parecchi, al tempo della sua descrizione originaria se ne contavano circa un centinaio (numericamente pochi rispetto al totale di resti rinvenuti nello scisto di Burgess Shale), l'esemplare che ha permesso la descrizione del genere, nonché della specie H. collinsi, è stato nominato ROM 58051, mentre l'esemplare che permise la descrizione di H. haiyanensis è stato chiamato YKLP 14404.

Fig. 1.3: Localizzazione geografica del giacimento fossilifero di Burgess Shale, luogo di rinvenimento di H. collinsi - Crediti: IJReid.

Fig. 1.4: Diversi eseplare di Herpetogaster collinsi raccolti presso il giacimento di Burgess Shale, in Canada, con tanto di ricostruzione della sua morfologia (in alto a destra) - Crediti: Jean-Bernard Caron, Simon Conway Morris, Degan Shu (CC BY 2.5).

Una morfologia singolare

Riuscire a descrivere in maniera semplice e onnicomprensiva l'aspetto morfologico di Herpetogaster di certo non è una passeggiata, tuttavia con l'impiego di alcune ricostruzioni paleoartistiche, principalmente quella di Alessia Meloni, riusciremo senz'altro a districare questo enigma cambriano.

Fig. 1.5 - Crediti: Alessia Meloni

Innanzitutto partiamo con il dire che, sebbene le ricostruzioni possano ritrarlo come un organismo piuttosto grande, in realtà le sue dimensioni reali erano ben più modeste, capaci di raggiungere un massimo di 48 millimetri, anche se, naturalmente, la lunghezza poteva essere nettamente inferiore, specie negli stadi iniziali di sviluppo, aggirandosi in media fra i 3 e 4 centimetri.

Il corpo, caratterizzato da una simmetria bilaterale, cominciava con una sorta di stolone dalla lunghezza piuttosto variabile, nella cui parte basale si ancorava ad un substrato, mentre nella parte apicale si sviluppava il corpo vero e proprio, composto da una specie di struttura vermiforme segmentata, attaccata al suddetto stolone intorno al 9° segmento.

Il corpo, composto da 13 segmenti, era caratterizzato da una forma leggermente arricciata, sviluppandosi da ambo i lati dello stolone. Dal lato in cui il corpo ha uno sviluppo minore, finendo per restringersi nella parte terminale, si trovava l'ano, mentre dall'altra i segmenti proseguivano fino a costituire la sommità, luogo in cui era possibile trovare la bocca e, ai bordi, due specie di tentacoli uno per lato.

Fittamente ramificati, nonché dalla lunghezza variabile, questi ultimi erano costituiti da un tipo di tessuto che differiva dal resto del corpo, particolarmente più morbido, essendo dunque facilmente flessibili, nonché probabilmente estensibili, un po' come si suppone fosse stato anche lo stolone.

Fig. 1.6

Per quanto riguarda invece Herpetogaster haiyanensis, le sue dimensioni erano anche in questo caso molto modeste: intorno ai 21 - 24 millimetri, anche se un esemplare in particolare era di appena 3,8 millimetri, capace probabilmente di costituire un "cucciolo" della sua specie.

Morfologicamente parlando, anche in questo caso era costituito da uno stolone (lungo appena qualche millimetro, 5 per l'olotipo, mentre 1,2 per l'esemplare più piccolo mai rinvenuto), che fungeva da ancoraggio al substrato nella parte basale, mentre in quella apicale si connetteva al resto del corpo intorno al decimo segmento, quest'ultimo lungo almeno 11 segmenti.

La testa, anche in questo caso, era situata nella parte apicale (come ci si poteva del resto aspettare), attorniata dai tentacoli.

Fig. 1.7

L'apparato digerente era composto dalla bocca, situata nella sommità, connessa ad una sorta di faringe, dalla quale si sviluppava subito dopo uno stomaco di grandi dimensioni.

Nel tratto terminale, invece, era possibile trovare l'ano, all'esterno del quale, in alcuni fossili, si sono rinvenuti persino dei possibili resti biologici, dunque probabilmente feci (per quanto riguarda H. haiyanensis).

Curioso notare che in alcune lastre è possibile osservare numerosi esemplari vicini tra loro, più di 8: è forse un suggerimento di uno stile di vita gregario?

Nello studio che descrive questa nuova specie, vengono inoltre effettuate delle considerazioni interessante circa le differenze fra le due specie: in H. haiyanensis i resti fossili hanno mostrato una posizione più dritta e meno arricciata dei corpi, elemento che potrebbe suggerire una maggior flessibilità in haiyanensis rispetto a collinsi, inoltre, i tentacoli erano molto più ramificati nella specie cinese, cosa che fece sospettare i ricercatori una differenza più o meno sostanziale degli ambienti e delle condizioni ambientali in cui si sono adattate le due specie.

I segmenti che percorrono in maniera trasversale il corpo, da canto loro, sono meno marcati in haiyanensis rispetto a collinsi.

Fig. 1.5: Ricostruzione paleoartistica realizzata da Alessia Meloni raffigurante proprio la specie Herpetogaster collinsi, nonché il suo paleoambiente - Crediti: Alessia Meloni.

Fig. 1.6: Resti fossili e ricostruzioni di esemplari appartenenti alla specie Herpetogaster haiyanensis - Crediti: Yang, X., Kimmig, J., Lieberman, B.S. et al. Una nuova specie del deuterostoma Herpetogaster proveniente dalla biota del Chengjiang del Cambriano inferiore, nella Cina meridionale. Sci Nat 107, 37 (2020) - CC BY 4.0.

Fig. 1.7: Ricostruzione paleoartistica di H. collinsi presente nell'articolo stesso che per primo l'hanno descritto - Crediti: © 2010 - Marianne Collins (CC BY 2.5).

Stile di vita

Nonostante, anche in questo caso, delle certezze assolute circa le sue abitudini di vita non è che ve ne siano molte, è comunque possibile farsi un'idea sommaria.

Come abbiamo visto nel capitolo precedente, a causa della sua conformazione fisica, Herpetogaster, tramite lo stolone che fungeva da base, necessitava l'ancoraggio ad una superficie, tipicamente rappresentata dal fondale marino stesso, rendendolo così sessile, anche se occasionalmente, così come indicato nell'articolo che per primo descrive questa specie, poteva ancorarsi anche ad una spugna epibentonica nota come Vauxia, fatto che sembra essere supportato dal ritrovamento piuttosto ravvicinato delle due specie.

Fig. 1.8 - (Immagine a sinistra) Crediti: Alessia Meloni

Parlando di dieta, ciò che si presume è che fosse stato carnivoro, ergo capace di nutrirsi di altri animali, tipicamente di piccole dimensioni, vista l'assenza di resti di organismi macroscopici all'interno del suo organismo: è realistico dunque che si potesse nutrire di particelle alimentari in sospensione, o ancora di piccoli organismi acquatici.

Fig. 1.9

Riprendendo un punto accennato in precedenza, un aspetto tutto meno che trascurabile della vita di questo organismo riguarda il suo ipotetico stadio larvale: a causa della sua diffusione in aree del mondo notevolmente distanti fra di loro, i ricercatori si sono legittimamente domandati come potesse un organismo sessile come Herpetogaster (dunque strettamente legato al fondale), diffondersi in luoghi così distanti da quelli originari (parliamo di Gondwana per H. haiyanensis e Laurentia per H. collinsi).

In un articolo pubblicato da Yang et. al nel 2023, ciò che venne proposto è che questo organismo, durante le prima fasi di vita, presentasse uno stadio larvale slegato dal fondale, capace dunque di muoversi più o meno attivamente in acqua, permettendone una dispersione anche a lunghe distanze.

Fig. 1.8: (Sinistra): ricostruzione paleoartistica di Vauxia, una spugna epibentonica cambriana su cui probabilmente si poteva ancorare Herpetogaster - Crediti: Alessia Meloni;

(Destra): Resti fossilizzati di Vauxia, provenienti dal giacimento di Burgess Shale - Crediti: Wilson4469.

Fig. 1.9: (A): luogo della formazione Balang; B. rappresentazione della stratigrafia della formazione Balang C. Distribuzione degli esemplari di Herpetogaster all'interno dei paleocontinenti relativi (2,3,4) H. collinsi, (1) H. hayianensis, 5) Herpetogaster sp. - Crediti: Xianfeng Yang, Julien Kimmig, James D Schiffbauer, Shanchi Peng - Herpetogaster collinsi from the Cambrian of China elucidates the dispersal and palaeogeographic distribution of early deuterostomes and the origin of the ambulacrarian larva.

Compagnia tentacolare

Fig. 1.10

A discapito di ciò che si potrebbe credere, Herpetogaster, per quanto strano ed enigmatico possa essere, non è l'unica specie cambriana a presentare una morfologia simile: nell'articolo realizzato da Caron et. al, infatti, i ricercatori fanno menzione di un altro genere dalla morfologia piuttosto assimilabile, sebbene con delle dovute differenze, ovvero Phlogites.

La struttura del suo corpo differisce da H. collinsi per diversi aspetti, uno su tutti lo stolone stesso che sorregge il resto dell'organismo: più grosso e meglio ancorato in Phlogites, fatto che ha suggerito uno stile di vita strettamente legato al fondale, molto più di Herpetogaster.

Se il corpo di H. collinsi si sviluppa a mo' di vermicello, quello di Phlogites assomiglia più alla forma di un calice, il cui ano è situato in una zona nettamente meno visibile rispetto ad Herpetogaster.

Fig. 1.11

Un altro genere di organismi di cui viene fatta menzione nell'articolo è Eldonia, di cui è nota ad esempio la specie Eldonia ludwigi.

Rinvenuta presso la cava di Burgess Shale, il suo corpo differisce dai due organismi precedente menzionati vista la sua forma nettamente più appiattita, quasi simile ad una medusa.

Riuscire a studiare e approfondire questi tre organismi, a cui poi si può aggiungere anche Rotadiscus, nonostante le loro differenze morfologiche più o meno accentuate, risulta fondamentale sia per lo studio del clade Cambroernida, sia per riuscire a determinare l'origine e l'evoluzione dei deuterostomi, di cui le specie sopra citate sembrerebbero essere degli stadi ancestrali.

In queste occasioni in particolare è indispensabile che l'indagine evoluzionistica prosegua al meglio delle sue capacità, riuscendo magari, un giorno, a svelare l'origine di questo tanto intricato quanto variegato gruppo di organismi.

Fig. 1.10: (Da in alto a sinistra in senso orario): resti fossili di Phlogites longus - Crediti: Jean-Bernard Caron, Simon Conway Morris, Degan Shu - (CC BY 2.5); -Ricostruzione paleoartistica di Phlogites (esemplare a sinistra) - Crediti: Apokryltaros (CC BY-SA 4.0);

-Resti fossili appartenenti a Eldonia ludwigi rinvenuti presso Burgess Shale - Crediti: Jean-Bernard -Caron, Simon Conway Morris, Degan Shu - PloS One (CC BY 2.5).

-Ricostruzione paleoartistica di Eldonia ludwigi - Crediti: Nobu Tamura (CC BY-SA 4.0) Low Resolution.

Fig. 1.11: Posizione filogenetica di diversi deuterostomi estinti, fra cui proprio Herpetogaster - Crediti: Li Y, Dunn F, Murdock D ... Cambrian stem-group ambulacrarians and the nature of the ancestral deuterostome - Current Biology, 2023; 33, 2359-2366.e2.

Stomaci enigmatici

Come ogni organismo vivente descritto dagli scienziati che si rispetti, deve possedere un nome proprio, dotato di due termini distinti, ovvero il genere e la specie.

Il nome che hanno scelto in origine i ricercatori, ovvero Herpetogaster, deriva dalla fusione di due parole greche, ovvero "Herpeto", che significa "strisciare", e "gaster", ovvero "stomaco", letteralmente dunque "stomaco strisciante".

Fig. 1.11 - (Immagine a sinistra) Crediti: Alessia Meloni

Nonostante a primo udito possa sembrare il nome perfetto per chissà quale creatura orrorifica proveniente da un film pluripremiato, in realtà non è altro che un rimando al suo portamento tipicamente rampicante, nonché dallo stomaco particolarmente voluminoso.

L'epiteto specifico invece, ovvero "collinsi", deriva dal nome di una persona di spicco nel mondo della paleontologia (un po' come era successo con Mosura fentoni), ovvero Desmond Collins: colui che guidò dal 1975 fino al 2000 le spedizioni nelle cave di Burgess Shale, oltre ad essere stato un curatore del Royal Ontario Museum.

L'altra specie di Herpetogaster, ovvero H. haiyanensis, fa riferimento al luogo in cui sono stati rinvenuti gli esemplari ascritti, ovvero la contea di Haiyan, nella provincia di Zhejiang, nella Cina centro-orientale.

La scoperta e descrizione di Herpetogaster, in ambo le sue due forme oggigiorno note, è stato ed è tutt'ora un elemento indispensabile per riuscire a comprendere l'evoluzione di importanti gruppi viventi vissuti in tempi remotissimi del pianeta Terra.

Nonostante siano state fatte molte ricerche in merito, iniziando così a dipanare il velo di mistero che ci separa dalla loro più profonda comprensione, resta ancora molto da scoprire in merito.

Ad ogni modo, è anche questo il bello della scienza: procedere per gradi, per ipotesi, a mano a mano che le scoperte vengono alla luce, nonché delle più rivoluzionarie idee, tenendo sempre a mente che, in certi ambiti, una certezza assoluta non la avremo mai.

Nel frattempo che la Scienza fa il suo corso, non ci resta che ammirare i fasti di una vita ormai perduta, "riportata in vita", per così dire, dalla mano di Alessia Meloni.

Fig. 1.11: (Sinistra): primo piano di due esemplari di Herpetogaster collinsi raffigurati da Alessia Meloni - Crediti: Alessia Meloni;

(Destra): fossile di H. collinsi proveniente dalla Royal Ontario Museum - Crediti: Stefan Walkowski (CC BY-SA 4.0).

Fonti:

• Jean-Bernard Caron, Simon Conway Morris, Degan Shu - Tentaculate Fossils from the Cambrian of Canada (British Columbia) and China (Yunnan) Interpreted as Primitive Deuterostomes

• Yang, X., Kimmig, J., Lieberman, B.S. et al. A new species of the deuterostome Herpetogaster from the early Cambrian Chengjiang biota of South China. Sci Nat 107, 37 (2020).

• Xianfeng Yang, Julien Kimmig, James D Schiffbauer, Shanchi Peng - Herpetogaster collinsi from the Cambrian of China elucidates the dispersal and palaeogeographic distribution of early deuterostomes and the origin of the ambulacrarian larva.

• Yujing Li ∙ Frances S. Dunn ∙ Duncan J.E. Murdock ∙ Jin Guo ∙ Imran A. Rahman ∙ Peiyun Cong - Cambrian stem-group ambulacrarians and the nature of the ancestral deuterostome - Current Biology

• KIMMIG J, MEYER RC, LIEBERMAN BS. Herpetogaster from the early Cambrian of Nevada (Series 2, Stage 4) and its implications for the evolution of deuterostomes. Geological Magazine. 2019;156(1):172-178. doi:10.1017/S0016756818000389

• Paleobio database (Herpetogaster collinsi e hayianensis).

• The Burgess Shale - Herpetogaster collinsi, Eldonia ludwigi.