TETRAPODI: EVOLUZIONE, CARATTERISTICHE, CLASSIFICAZIONE - BIOLOGIA - 2025

I tetrapodi (Tetrapoda in greco "quattro zampe") comprendono gli animali con quattro arti, sebbene alcuni membri li abbiano persi. I suoi attuali rappresentanti sono anfibi, sauropsidi e mammiferi.

Questo gruppo si è evoluto circa 400 milioni di anni fa, nel periodo Devoniano, da pesci con pinne lobate. La documentazione fossile ha una serie di rappresentanti estinti che danno vita al passaggio dall'acqua alla terra.

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Questo cambiamento di ambiente ha portato allo sviluppo di adattamenti per la locomozione, la respirazione, la riproduzione e la regolazione della temperatura, principalmente.

Origine ed evoluzione

Secondo le prove, i primi tetrapodi compaiono alla fine del Devoniano, circa 400 milioni di anni fa. Così, la colonizzazione degli ambienti terrestri avvenne quando il grande continente Pangea fu diviso in due: Laurasia e Gondwana.

Si ritiene che i primi tetrapodi siano forme acquatiche che potrebbero usare i loro piccoli arti per muoversi sul terreno e navigare in acque poco profonde.

Questo evento segnò l'inizio di una radiazione estesa, che originò forme totalmente terrestri e con arti che fornivano un supporto sufficiente per consentire la locomozione terrestre.

Da dove vengono i tetrapodi?

I membri dei tetrapodi provenivano da un'antica forma acquatica. Sebbene le pinne dei pesci non sembrino essere strettamente correlate agli arti articolati dei tetrapodi, uno sguardo più profondo rende chiare le relazioni omologhe.

Ad esempio, il fossile Eusthenopteron presenta un avambraccio costituito da un omero, seguito da due ossa, il radio e l'ulna. Questi elementi sono chiaramente omologhi agli arti dei moderni tetrapodi. Allo stesso modo, gli elementi condivisi vengono riconosciuti al polso.

Si ipotizza che Eusthenopteron possa schizzare sul fondo dell'ambiente acquatico con le sue pinne. Tuttavia, non poteva "camminare" come fa un anfibio (questa inferenza è fatta grazie all'anatomia dei fossili).

Un altro fossile, Tiktaalik, sembra inserirsi tra una forma di transizione tra pesce con pinne lobate e tetrapodi. Questo organismo probabilmente abitava acque poco profonde.

Gli arti ben formati sono evidenti nei fossili di Acanthostega e Ichthyostega. Tuttavia, i membri del primo genere non sembrano essere abbastanza forti da sostenere tutto il peso dell'animale. Al contrario, Ichthyostega sembra essere in grado di muoversi - anche se goffamente - in ambienti totalmente terrestri.

Adattamenti per la vita sulla terra

Lupo grigio messicano

Il movimento dei primi tetrapodi da un ambiente acquatico a uno terrestre comporta una serie di cambiamenti radicali in termini di condizioni che questi animali dovevano sfruttare. Le differenze tra acqua e terra sono più che evidenti, come la concentrazione di ossigeno.

I primi tetrapodi dovevano risolvere una serie di problemi, tra cui: come muoversi in un ambiente a bassa densità? Come respirare? Come riprodursi fuori dall'acqua? E infine, come affrontare le fluttuazioni dell'ambiente che non hanno sono presenti nell'acqua, come variazioni di temperatura?

Di seguito descriveremo come i tetrapodi hanno risolto queste difficoltà, analizzando gli adattamenti che hanno permesso loro di colonizzare efficacemente gli ecosistemi terrestri:

Locomozione sulla terra

Camaleonte

L'acqua è un ambiente denso che fornisce un supporto sufficiente per la locomozione. Tuttavia, l'ambiente terrestre è meno denso e richiede strutture specializzate per il movimento.

Il primo problema è stato risolto con lo sviluppo di componenti che permettevano il movimento degli animali sull'ambiente terrestre, e che davano il nome al gruppo. I tetrapodi hanno un endoscheletro osseo che forma quattro arti costruiti sotto il piano della pentadattilia (cinque dita).

Le prove suggeriscono che gli arti del tetrapode si siano evoluti dalle pinne dei pesci, insieme a modifiche ai muscoli che li circondano, consentendo all'animale di sollevarsi da terra e camminare in modo efficiente.

Lo scambio di gas

Se immaginiamo il passaggio dall'acqua alla terra, il problema più intuitivo è il problema della respirazione. Negli ambienti terrestri, la concentrazione di ossigeno è circa 20 volte superiore a quella dell'acqua.

Gli animali acquatici hanno branchie che funzionano molto bene in acqua. Tuttavia, negli ambienti terrestri, queste strutture collassano e non sono in grado di mediare lo scambio gassoso, indipendentemente dall'abbondanza di ossigeno sulla terra.

Per questo motivo, i tetrapodi viventi hanno organi interni responsabili della mediazione dei processi respiratori. Questi organi sono noti come polmoni e sono adattamenti per la vita terrestre.

Alcuni anfibi, invece, possono mediare lo scambio di gas utilizzando la loro pelle come unico organo respiratorio, che è molto sottile e umido. In contrasto con i tegumenti sviluppati da rettili, uccelli e mammiferi, che sono protettivi e consentono loro di vivere in ambienti asciutti, prevenendo il potenziale essiccamento.

Uccelli e rettili mostrano adattamenti aggiuntivi per prevenire l'essiccazione. Questi consistono nella produzione di rifiuti semisolidi con acido urico come rifiuti azotati. Questa caratteristica riduce la perdita d'acqua.

Riproduzione

Anticamente, la riproduzione è un fenomeno legato agli ambienti acquatici. In effetti, gli anfibi dipendono ancora dall'acqua per riprodursi. Le loro uova costano con una membrana che è permeabile all'acqua e che si asciugherebbe rapidamente se esposta a un ambiente secco.

Inoltre, le uova di anfibi non si sviluppano in una versione in miniatura della forma adulta. Lo sviluppo avviene attraverso la metamorfosi, dove l'uovo dà origine a una larva che, nella maggior parte dei casi, si adatta alla vita acquatica e mostra branchie esterne.

Al contrario, i restanti gruppi di tetrapodi - rettili, uccelli e mammiferi - hanno sviluppato una serie di membrane che proteggono l'uovo. Questo adattamento elimina la dipendenza della riproduzione dall'ambiente acquatico. In questo modo, i gruppi citati hanno cicli di vita totalmente terrestri (con le loro specifiche eccezioni).

Variazioni ambientali

Gli ecosistemi acquatici sono relativamente costanti in termini di caratteristiche ambientali, in particolare in termini di temperatura. Questo non accade sulla terra, dove le temperature oscillano durante il giorno e durante tutto l'anno.

I tetrapodi hanno risolto questo problema in due modi diversi. Uccelli e mammiferi svilupparono convergentemente l'endotermia. Questo processo permette di mantenere stabile la temperatura ambientale, grazie a determinati meccanismi fisiologici.

Questa caratteristica consente agli uccelli e ai mammiferi di colonizzare ambienti con temperature molto basse.

Rettili e anfibi hanno risolto il problema in un altro modo. La regolazione della temperatura non è interna e dipendono da adattamenti comportamentali o etologici per mantenere una temperatura adeguata.

Caratteristiche generali

Elefante asiatico

Il taxon Tetrapoda è caratterizzato dalla presenza di quattro arti, sebbene alcuni dei suoi membri li abbiano ridotti o assenti (come i serpenti, i ciecili e le balene).

Formalmente, i tetrapodi sono definiti dalla presenza del quiridio, un arto muscolare ben definito con le dita nella porzione terminale.

La definizione di questo gruppo è stata oggetto di un ampio dibattito tra gli esperti. Alcuni autori dubitano che la caratteristica "arti con le dita" sia sufficiente per definire tutti i tetrapodi.

Di seguito descriveremo le caratteristiche più importanti dei rappresentanti viventi del gruppo: anfibi, rettili, uccelli e mammiferi.

Tassonomia

• Superkingdom: Eukaryota.
• Regno di Animalia.
• Sottoregno: Eumetazoa.
• Superfila: deuterostomia.
• Bordo: Chordata.
• Subphylum: Vertebrata.
• Infraphylum: Gnathostomata.
• Superclass: Tetrapoda.

Classificazione

Storicamente, i tetrapodi sono stati classificati in quattro classi: Amphibia, Reptilia, Aves e Mammalia.

Anfibi

Gli anfibi sono animali con quattro arti, sebbene possano essere persi in alcuni gruppi. La pelle è morbida e permeabile all'acqua. Il loro ciclo vitale comprende fasi di larve acquatiche e le fasi adulte vivono in ambienti terrestri.

Possono respirare attraverso i polmoni e alcune eccezioni lo fanno attraverso la pelle. Esempi di anfibi sono le rane, i rospi, le salamandre e le cecilie meno conosciute.

Rettile

I rettili, come gli anfibi, hanno comunemente quattro arti, ma in alcuni gruppi sono stati ridotti o persi. La pelle è spessa e hanno squame. La respirazione avviene attraverso i polmoni. Le uova hanno un coperchio e, grazie a questo, la riproduzione è indipendente dall'acqua.

I rettili includono tartarughe, lucertole e simili, serpenti, tuatara, coccodrilli e dinosauri ormai estinti.

Alla luce del cladismo, i rettili non sono un gruppo naturale, poiché sono parafiletici. Quest'ultimo termine si riferisce a gruppi che non contengono tutti i discendenti dell'antenato comune più recente. Nel caso dei rettili, il gruppo escluso è la classe Aves.

Uccelli

La caratteristica più distintiva degli uccelli è la modifica dei loro arti superiori in strutture specializzate per il volo. Il tegumento è coperto da diversi tipi di piume.

Hanno i polmoni come strutture per lo scambio di gas, e questi sono stati modificati in modo che il volo sia efficiente - ricorda che il volo è un'attività estremamente impegnativa, dal punto di vista metabolico. Inoltre, sono in grado di regolare la loro temperatura corporea (endoterme).

mammiferi

I mammiferi costituiscono una classe molto eterogenea, in termini di forma e modi di vita dei suoi membri. Sono riusciti a colonizzare ambienti terrestri, acquatici e persino aerei.

Sono caratterizzati principalmente dalla presenza di ghiandole mammarie e capelli. La maggior parte dei mammiferi ha quattro arti, sebbene in alcuni gruppi siano fortemente ridotti, come nel caso delle forme acquatiche (cetacei).

Come gli uccelli, sono organismi endotermici, sebbene questa caratteristica sia stata sviluppata da entrambi i gruppi in modo indipendente.

La stragrande maggioranza è vivipara, il che implica che danno alla luce un giovane attivo, piuttosto che deporre le uova.

Riferimenti

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