Il paradosso dell’Ornitorinco
Ornithorhynchus anatinus, SHAW 1799
Piero Sagnibene
L'Ornitorinco è un animale notturno e semi-acquatico che vive nei piccoli corsi d'acqua, lungo le rive dei fiumi e dei laghi ricche di vegetazione delle regioni montuose della Tasmania, delle Alpi australiane, del Nuovo Galles del Sud e delle foreste tropicali costiere del Queensland. È un ottimo nuotatore, sia in superficie che in profondità, dove può rimanere in apnea persino 10 minuti, grazie alla chiusura ermetica delle narici durante l’immersione. Quando nuota tiene gli occhi completamente chiusi, affidandosi interamente agli altri sensi; si spinge pagaiando con le sole zampe anteriori, mentre la coda e le zampe posteriori lo aiutano a cambiare direzione. Sui fondali sabbiosi e melmosi ricerca insetti, gamberi d’acqua dolce, larve, vermi e molluschi che trova scavando col muso nel letto dei fiumi o che cattura a nuoto, divorandone ogni giorno una quantità pari a metà del proprio peso. L’Ornitorinco è l’oggetto di una discussione che dura da circa due secoli e che si è riaccesa dopo il sequenziamento del suo genoma in quanto sembra racchiudere nel suo corpo tutta l’unicità e la particolarità della biodiversità degli animali vertebrati. Al suo primo ritrovamento, l’Ornitorinco apparve agli zoologi così strano da far sospettare che fosse una frode da parte di fantomatici “imbalsamatori cinesi”. Alla fine del XVIII secolo, infatti, una strana voga si era affermata tra fra gli amatori di curiosità; dalla Cina “arguti commercianti” avevano immesso sul mercato europeo strane “mummie” costruite ad arte con spoglie esiccate di animali e variamente lavorate, composte in modo da far assumere ad esse gli aspetti più stravaganti: scimmie con la coda di pesce, topi con le ali ed altri mostri artificiali. Nel 1799 giunsero dal nuovo Galles del Sud spoglie imbalsamate di un animale detto “talpa acquatica”, senza che avesse alcuna caratteristica delle talpe, ed esaminandole, gli zoologi ebbero però il dubbio che non si trattasse di un artefatto ma delle autentiche spoglie di un essere vivente. George Shaw (1751-1813) chiamò quell’animale Platypus anatius, col nome platipo che aveva nel suo paese di origine, ed anatius per la somiglianza del suo becco con quello di un’anatra. Il reperto giunse infine al naturalista tedesco Johann Friedrich Blumenbach (1752 –1840), il quale affermò che non si trattava di un artefatto, pur confessando di trovarsi davanti ad un “paradosso” che definì, appunto, come Ornythorhynchus paradoxus, (“paradosso con naso da uccello”) perché si presentava come uno strano puzzle tra un uccello, un mammifero, un rettile e qualcos’altro, fatto con parti di altri animali assemblate insieme più o meno a caso.
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Una sommaria descrizione dell’aspetto dell’Ornitorinco spiega la perplessità di Blumenbach.Il suo muso è costituito da una sorta di “becco” appiattito come quello di certi Anseriformi, il tronco ha la struttura di simile a quella di alcuni piccoli carnivori, la coda a spatola potrebbe essere vagamente paragonata a quella di un castoro, la pelliccia sembra quella di una lontra e gli arti, soprattutto quelli anteriori, sono simili a piccole pinne. Ha una lunghezza massima di cica 60 cm., dei quali un terzo spettante alla coda. L’Ornitorinco era dissimile da qualunque altro animale e gli zoologi erano sconcertati da quel becco da anatra, dalla folta pelliccia, dai piedi palmati, ecc. ma più ancora erano stupiti nel notare, quell’ animale aveva gli organi sessuali, il dotto urinario e quello intestinale contenuti in una cloaca che ha un unico sbocco verso l’esterno. La cloaca è un organo presente nei rettili, anfibi ed uccelli, nei quali indica la deposizione delle uova; quindi la cloaca distingueva l’Ornitorinco dai Mammiferi i quali non depongono uova ed hanno gli organi genitali e gli orifizi degli organi escretori esterni. In effetti gli studiosi non sapevano come classificare l’Ornitorinco e ulteriori scoperte resero ancora più problematica la sua assegnazione ad una classe di vertebrati.
Johann Friedrich Meckel (1781–1833), un brillante assistente di Georges Cuvier, scoprì che i maschi di Ornitorinco avevano una ghiandola velenifera, che è solitamente attributo di rettili ed anfibi, ma scoprì anche che le femmine avevano ghiandole mammarie: Lauderdale Maule (1807-1854) mostrò le caratteristiche rettiliane dell’Ornitorinco ma, al tempo stesso, fece notare altre loro caratteristiche tipiche dei mammiferi: sia il maschio che la femmina erano dotati di diaframma ed erano omeotermi. Geoffroy Saint-Hilaire (1772 –1844) pensava che deponessero uova, Meckel pensava che partorissero piccoli vivi e Richard Owen (1804 –1892) pensava che le uova rimanessero nel corpo della madre. William Hay Caldwell (1859–1941) scoprì che una femmina non soltanto aveva deposto un uovo, ma ne stava deponendo un secondo, quando era riuscito a catturarla; gli ornitorinchi deponevano uova meroblastiche, come gli uccelli e i rettili, e gli embrioni all’interno erano già molto sviluppati, con vertebre e cervelli differenziati, elemento che suggerì che le uova restavano nel corpo del genitore per qualche tempo prima di essere deposte e accudite fino a schiudersi dopo un periodo di incubazione di circa 10 giorni. Dopo la schiusa delle uova, i cuccioli, privi di pelo, si aggrappano ai peli dell’area mammaria della madre e vengono allattati. I piccoli appaiono in acqua dopo 3-4 mesi di allattamento nelle tane.
Caldwell dimostrò che l’Ornitorinco era un mammifero, ma che apparteneva ad un Ordine più primitivo degli altri. Quell’ordine si era diramato molto tempo prima dall’ultimo antenato comune dei mammiferi e dei rettili, ed aveva quindi sviluppato nuove caratteristiche distintive, senza perdere del tutto quelle del suo passato. In ragione della separazione così remota del loro lignaggio da quello degli altri mammiferi, si suppone che i mammiferi si siano evoluti dai loro antenati rettili, ben due volte.
La perplessità di collocare l’Ornitorinco tra i mammiferi veniva dal fatto che i mammiferi non depongono uova; sono vivipari e l’embrione si sviluppa protetto e nutrito nell’utero materno, con il quale è in rapporto attraverso la placenta; i mammiferi marsupiali seguono uno sviluppo embrionale diverso, ma nessun mammifero, si pensava, depone uova. I mammiferi sono definiti in quanto allattano i neonati, hanno denti, respirano mediante due polmoni ed hanno quattro arti. Spesso sono ricoperti di peli e, in alcuni casi, hanno la coda. Gli uccelli invece depongono uova cleidoiche, racchiuse in un guscio di carbonato di calcio, hanno le ali e non hanno orecchie esterne, né testicoli esterni, né utero, né diaframma toracico, né vescica; gli anfibi depongono uova membranose, non hanno diaframma, ed a volte possiedono ghiandole velenifere. Agli zoologi appariva impossibile che una qualsiasi creatura potesse avere ghiandole mammarie funzionanti e potesse deporre uova e, più ancora, che un singolo animale potesse assommare in sé caratteristiche proprie di più classi di animali.
L’Ornitorinco ha la testa, il muso ed il corpo fortemente depressi, per favorire il movimento idrodinamico. La somiglianza del muso con un becco d’anatra è soltanto apparente perché è rivestito da pelle dura come la gomma, nuda e ricca di terminazioni nervose, ed è un importantissimo organo sensorio. Gli occhi, piccoli e poco vivaci sono protetti da palpebre e da una membrana nittante; questi occhi sono allocati in una lunga e profonda fossetta longitudinale. La coda, larga circa un terzo della sua lunghezza, è dotata di una imponente massa muscolare; serve al nuoto, come timone di profondità, e viene utilizzata dalle femmine anche per sostenere i piccoli durante l’allattamento.
Gli arti sono brevissimi; gli anteriori hanno cinque dita sottili ma robuste, armate di unghie a seconda dell’età dell’animale. Nei giovani, durante l’allattamento, sono incurvate per consentire ai piccoli di aggrapparsi al petto materno, ma, terminata la funzione prensile, si raddrizzano e si arrotondano divenendo atte allo scavo. Le dita degli arti anteriori sono collegate da una robusta membrana, dando all’arto la forma di pinna paliforme.
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La pelliccia, le ghiandole mammarie ed i tre ossicini che portano il suono nell’orecchio medio sono caratteristiche proprie dei soli mammiferi, ma l’Ornitorinco possiede delle ossa aggiuntive nella cintura scapolare, tra cui una interclavicola (o episterno) che nessun altro mammifero possiede. Nel cinto pettorale sono presenti un paio di epicoracoidi (procoracoidi) e un altro paio di ossa coracoidi distinte (come nei rettili). Il cervello è invece molto diverso da quello dei rettili e molto simile a quello dei marsupiali; non possiede il corpo calloso (l'insieme delle connessioni nervose che collegano i due emisferi cerebrali).
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I maschi sono dotati di un organo che è unico tra i mammiferi; in ognuna delle zampe posteriori hanno uno sperone cavo della lunghezza di 2-3 cm, capace di secernere ed inoculare un liquido velenoso prodotto dalle ghiandole crurali ; solo i maschi possono produrre il veleno poiché le informazioni genetiche necessarie per svilupparlo si trovano nel cromosoma Y. Solo due altre specie di mammiferi sono capaci di produrre e iniettare veleno: i toporagni e il solenodonte. L’azione del veleno è simile a quella dei rettili velenosi e presenta una notevole tossicità.
A terra ha un’andatura da rettile per il fatto che le zampe sono poste ai lati del corpo invece che sotto di esso come nei mammiferi. Inoltre l’Ornitorinco, negli adulti, è privo di denti e del padiglione auricolare. Solo i cuccioli hanno molari a tre cuspidi (tribosfenici), che è una caratteristica distintiva dei mammiferi, ma un esemplare fossile di Ornitorinco dei depositi del Cretaceo Superiore dell’Australia era munito di denti alquanto simili a quelli dei Marsupiali.
Le Echidne sono i soli animali affini all’Ornitorinco ed insieme furono detti da Saint-Hiliare Monotremi (da μòνος unico e τρ?μα tremata, apertura). I Monotremi sono un antico gruppo che esisteva molto prima della comparsa di qualsiasi mammifero moderno. Sono i sopravvissuti di un primo ramo dell’albero dei mammiferi dal quale derivarono poi i marsupiali ed i mammiferi placentati. Lamarck suppose che i Monotremi fossero l’anello di passaggio tra uccelli e mammiferi, ma oggi si ritiene che sia stato un rettile a dare loro origine. Si pensa che ci siano voluti trecento milioni di anni per separarsi dalla linea evolutiva dei rettili ed ottanta milioni di anni per differenziare da un lato i mammiferi moderni e dall’altro i Monotremi. Gli attuali Monotremi oggi comprendono solo cinque animali: Ornithorhynchus anatinus, SHAW 1799, e 4 specie di echidna: tre del Genere Zaglossus GILL 1877- (echidna dal becco lungo) - Z.brunijni, Z.attenboroughi, Z.bartonii, ed una Tachyglossus aculeatus SHAW 1792 ), tutte specie esclusive dell’Australia, della Tasmania e della Nuova Guinea. Sono l’unica Classe di Mammiferi non placentati, ovipari, come i rettili, e non vivipari, cioè depongono uova invece di dare alla luce dei piccoli.
Echidna
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I Monotremi hanno il corpo coperto da peli, che sono un carattere distintivo proprio dei mammiferi (i pesci hanno scaglie, i rettili squame, gli uccelli penne); l’Ornitorinco è coperto infatti da una pelliccia, ma anche il rivestimento delle Echidne sono peli trasformati in aculei.
I Monotremi hanno conservato in parte la pecilotermia rettiliana, in quanto la loro temperatura corporea , di circa 32°C, è minore di quella degli altri mammiferi (che sono omeotermi) e può essere abbassata per risparmiare energia, nonché subire forti oscillazioni in dipendenza di quella ambientale, Conservano caratteri rettiliani come la conformazione del cinto toracico, delle costole e delle vertebre. Il loro sistema di riproduzione è simile a quello dei rettili: depongono uova e le uova possono essere incubate in un nido, come nel caso dell’Ornitorinco, oppure in una speciale borsa cutanea, come nel caso delle Echidne.
Una particolare caratteristica riguarda il modo come viene determinato il loro sesso.
L’ Ornitorico possiede ben dieci cromosomi sessuali, cinque X e cinque Y nel maschio e dieci X nella femmina; tutti gli altri mammiferi (noi inclusi) ne hanno solo 2; la mappatura del genoma dei Monotremi ha più in comune con gli uccelli che con i mammiferi e ciò attesterebbe il legame evolutivo tra queste due Classi. Il sistema di cromosomi presenta caratteristiche che si trovano nei mammiferi, ma anche quelle che si trovano nel sistema WZ degli uccelli. Il gene DMRT1, ad esempio, che si pensa decida il sesso degli uccelli, si trova quasi uguale nell'Ornitorinco.
Si ipotizza che questi 10 cromosomi sessuali, negli antenati dei Monotremi fossero in origine in una forma ad anello che è stata successivamente scomposta in molti piccoli pezzi di cromosomi X ed Y.
Le sue uova sono povere di tuorlo e l’Ornitorinco possiede un gene responsabile della produzione della vitellogenina (proteina), che serve a produrre il tuorlo negli uccelli e nei rettili, i quali possiedono diversi geni che la producono, geni che sono assenti nei mammiferi. La produzione di latte in tutte le specie di mammiferi esistenti è stata sviluppata attraverso lo stesso set di geni derivati da un antenato comune, vissuto più di 170 milioni di anni fa, insieme ai primi dinosauri nel periodo Giurassico. Possiamo allora supporre che l’ornitorinco derivi da un progenitore che ha perduto una parte dei geni responsabili delle uova e continua a produrle solo come protezione per i cuccioli, ma non come loro nutrimento. Le femmine di ornitorinco dispongono di ghiandole mammarie ed allattano i loro cuccioli; sono però sprovviste di capezzoli; secernono latte dalla pelle dell’area mammaria, come fosse sudore. Il latte dell’ornitorinco è molto simile a quello degli altri mammiferi; viene prodotto grazie ai geni della caseina che, nei mammiferi, hanno sostituito quelli della vitellogenina. L’ornitorinco quindi possiede sia geni che derivano dagli uccelli, sia quelli che si sono evoluti negli altri mammiferi. Il latte dell’Ornitorinco, inoltre, è dotato di proteine in grado di contrastare le azioni batteriche più potenti, una della quali ha una struttura unica e mai riscontrata in altri animali.
La discussione a cui accennavo cominciò in un mondo pre-evoluzionista, che esigeva una gerarchia ordinata dei “tipi naturali”; l’ordine degli esseri viventi non ammetteva eccezioni, intermedi, anomalie, né forme transeunte. La natura, si credeva, aveva bisogno di categorie chiare e stabilite dalla divina sapienza. Un animale non poteva deporre uova e nutrire i suoi piccoli con latte prodotto da ghiandole mammarie. Nel mondo fissista irruppe poi la lezione lamarckiana, che descrisse gli esseri viventi come esseri in costante stato di cambiamento; non soltanto i viventi erano in grado di “acquisire” nuovi attributi, in risposta a determinati fattori ambientali, ma potevano trasmetterli alla prole. Ma lo stesso evoluzionismo, che aveva liberato l’Ornitorinco dalla classificazione forzata nelle rigide categorie linneiane, addossò su di lui il marchio della primitività, in forza del principio evoluzionista della ramificazione e della diversificazione, dove i gruppi dei viventi sono fasci di discendenze comuni, nelle quali sono sempre possibili deviazioni, rami collaterali, ecc. ed i tratti possono essere portati avanti in maniera diseguale nei vari rami. L’evoluzione aveva affermato l’idea dell’esistenza di forme intermedie e di miscugli di caratteri e, per i biologi evoluzionisti, l’Ornitorinco si presentava come una versione mal riuscita di mammifero, una sorta di “anello mancante” ritrovato, una forma di transizione concepita come “punto di passaggio imperfetto” verso una forma di tipo superiore. In realtà l’Ornitorinco è un organismo molto ben adattato, che presenta caratteri tipici di specie contemporanee ai suoi antenati, e altri che sono “invenzioni particolari” esclusive dei suoi progenitori. I caratteri pre-mammaliani dell’Ornitorinco mostrano soltanto l’antichità della sua linea evolutiva, come ramo separato rispetto alla comune origine dei mammiferi. L’antichità probabilmente ha dato all’Ornitorinco il tempo per diventare ciò che in realtà è, in opposizione al mito della sua primitività: un animale che si è modellato per la vita dei mammiferi nei fiumi e non un relitto di un mondo naturale scomparso. In senso rigorosamente darwiniano “antico” non significa affatto “inferiore”. I moderni monotremi sono i sopravvissuti di un primo ramo dell'albero dei mammiferi; una ramificazione successiva si pensa abbia condotto ai gruppi dei marsupiali e dei placentati. L’Ornitorinco è uno dei parenti più stretti dei mammiferi ancestrali, ma non è lui stesso un collegamento nella catena dell'evoluzione dei mammiferi. Si tratta di un ramo abbastanza separato da tutti gli altri conosciuti.
L’Ornitorinco caccia di notte nelle acque, chiudendo occhi, orecchie e narici. Come percepisce allora il mondo circostante? Abbiamo qui un esempio della straordinaria evoluzione sensoriale di questo animale che smentisce ogni idea di “inferiorità primitiva”; il becco dell’ornitorinco non è un “atavismo”, cioè la ricomparsa di un carattere degli uccelli, e non è per nulla omologo al becco aviario. È duro come la gomma e funziona come un raffinatissimo organo di elettro-locazione. L’Ornitorinco localizza la sua preda in parte rilevando la sua elettricità corporea senza usare la vista, e ciò gli è possibile grazie al suo becco, duro come la gomma, che funziona come un raffinatissimo organo di elettro-locazione; localizza la sua preda in parte rilevando la sua elettricità corporea. Gli elettro-recettori si trovano nella pelle del becco, in file rostro-caudali. Inoltre dispone di meccano-recettori uniformemente distribuiti lungo il becco. L’area elettro-sensoriale della sua corteccia cerebrale si trova nell’area somato-sensoriale tattile ed alcune cellule corticali ricevono dei segnali sia dagli elettro-recettori sia dai meccanorecettori, in stretta associazione tra il senso tattile e quello elettrico. Per individuare la direzione di una sorgente elettrica, l’Ornitorinco opera una comparazione tra le differenze di forza del segnale attraverso lo strato di elettro-recettori mentre caccia muovendo il capo dal un lato all’altro. La convergenza dei segnali elettro-sensoriali e tattili, nella zona corticale del cervello, gli permette la determinazione della distanza delle prede le quali, muovendosi, emettono sia segnali elettrici sia impulsi di pressione meccanica; la distanza probabilmente viene calcolata dalla differenza temporale di arrivo di due successivi segnali. Si nutre scavando il fondo dei corsi d‘acqua con il becco e è probabile che gli elettro-recettori possano essere utilizzati anche per distinguere oggetti inanimati dalle prede, poiché in questa situazione i meccanorecettori sarebbero continuamente stimolati. Scrivo al condizionale perché c’è ancora molto da apprendere sulla elettro-locazione dell’Ornitorinco e dell’altro monotremo, l’Echidna.
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L’Ornitorinco non ha ancora finito di stupirci e di porci domande di difficile risposta. La sua pelliccia, se esposta a luce ultravioletta, dà luogo ad una bio-fluorescenza. La bio-fluorescenza è un fenomeno per cui una sostanza assorbe la luce a una lunghezza d’onda e la emette a una lunghezza d’onda diversa. I colori più comuni della bio-fluorescenza comprendono verde, rosso, arancione e blu. Il fenomeno è noto solo in altri due mammiferi, l’Opossum e lo scoiattolo volante, in alcuni carapaci di tartarughe marine ed in alcuni funghi. Il significato e la funzione del fenomeno non sono conosciuti, ma siccome l’Ornitorinco nuota ad occhi chiusi, viene escluso come mezzo di comunicazione intraspecifico.