Il principio delle superfici: come il corpo massimizza gli scambi
Per capire le reti mirabili occorre partire da un principio generale del corpo vivente: la necessità di comprimere in un volume limitato una superficie immensa, per soddisfare le esigenze di nutrimento e ossigeno delle cellule. Una cellula di un tessuto dista da un capillare sanguigno al massimo una cinquantina di micron, l’equivalente di tre o quattro cellule allineate. Eppure i vasi sanguigni occupano solo circa il 5% del corpo.
Lo stesso principio si ritrova ovunque. La mucosa intestinale è tutta estroflessioni: villi e microvilli aumentano enormemente la superficie di contatto con gli alimenti digeriti. La mucosa degli alveoli polmonari, se distesa, occuperebbe circa mezzo ettaro di terreno, per massimizzare lo scambio tra l’ossigeno dell’aria e i capillari sanguigni. Le reti mirabili dei delfini si inseriscono in questa logica di superfici estese in spazi ridotti, ma con una peculiarità che le rende un caso a sé.
Un paradosso evolutivo
La presenza di numerose reti mirabili nei delfini sembra contraddire alcune leggi evoluzionistiche. Nelle specie più antiche, come i pesci e in particolare gli squali, alla base del cervello queste strutture non esistono: c’è solo il cosiddetto Poligono di Willis, l’anello arterioso che rifornisce l’encefalo.
Nei delfini, invece, si sono sviluppate ben sette reti mirabili encefaliche, frapposte tra cuore e cervello, su entrambi i lati del Poligono di Willis. Questo contraddice il fenomeno della convergenza evolutiva: essendo i cetacei simili ai pesci nella forma, ci si aspetterebbe che anche la circolazione cerebrale convergesse verso quella dei pesci, con la scomparsa delle reti mirabili. È accaduto l’opposto. Perché?
Cause finali e cause fisiche
Una possibile spiegazione arriva dalla distinzione tra due tipi di cause. Alcuni studiosi distinguono una causa finale, orientata a uno scopo preciso, e una causa fisica, che dipende dall’efficienza di un sistema. La ruota è un esempio di causa finale: è rotonda perché questa forma rende possibile il trasporto. La Terra, invece, è una sfera schiacciata ai poli per una causa fisica: la gravità conferisce forma sferoidale a un fluido in rotazione.
Lo sviluppo delle reti mirabili nei delfini e in altri mammiferi avrebbe seguito cause fisiche, non finali. Un indizio in questa direzione è che le innumerevoli ramificazioni vascolari delle reti mirabili non hanno un rapporto diretto con l’ematosi, cioè con lo scambio di ossigeno e anidride carbonica, una delle principali funzioni del sangue. La loro origine, insomma, andrebbe cercata in dinamiche emodinamiche e strutturali, più che in un preciso vantaggio adattativo.
A questo si aggiunge l’idea di criteri progettuali conflittuali nel corso dell’evoluzione. Le ossa più pesanti, per esempio, sono più resistenti ma rendono difficile il volo agile: ogni organismo è il risultato di compromessi tra esigenze in tensione tra loro. Alcuni studiosi ipotizzano persino che esplosioni ed estinzioni di specie possano dipendere anche da processi interni, endogeni e naturali, e non solo da pressioni esterne.
Cos’è la convergenza evolutiva
La convergenza evolutiva si verifica quando specie diverse, vivendo in ambienti simili, si evolvono fino ad assomigliarsi molto, sviluppando adattamenti analoghi in risposta alle stesse pressioni ambientali. Gli esempi sono numerosi:
- i mammiferi marsupiali dell’Australia appaiono simili a quelli placentati di altre zone della Terra;
- gli squali (pesci), i delfini (mammiferi) e gli ittiosauri (rettili ormai estinti) condividono una morfologia idrodinamica molto simile, pur appartenendo a gruppi diversissimi.
Il caso dei delfini è affascinante proprio perché mostra convergenza nella forma esterna, ma divergenza nella circolazione cerebrale: la stessa spinta ambientale che ne ha modellato il corpo a “siluro” non ha prodotto una circolazione simile a quella dei pesci.
Da mammiferi terrestri a signori del mare
I delfini deriverebbero da specie ancestrali terrestri, secondo alcune ipotesi imparentate con i maiali, secondo altre con ruminanti che vivevano lungo i bordi di fiumi e mari in epoche remote. Il cranio testimonia questo passaggio: le ossa del neurocranio e della faccia si sono adattate alla vita acquatica assumendo una morfologia allungata e sottile.
Nei delfini, come nei ruminanti, le ossa parietali occupano le porzioni laterali della cavità cranica. La perdita, nelle ossa frontali, della funzione di arma di difesa e offesa tipica dei ruminanti (le corna) avrebbe portato a una riduzione dei seni paranasali e a un assottigliamento delle ossa frontali, favorendo forse lo sviluppo della cavità cranica.
I delfini appartengono agli odontoceti, i cetacei con denti: hanno dentatura uniforme, corpo fusiforme e si nutrono di pesci. Il corpo, con testa grossa e collo corto, termina in una pinna caudale orizzontale. Mancano di branchie e respirano aria atmosferica pur vivendo in acqua; a differenza dei pesci hanno sangue caldo (sono omeotermi) e sono provvisti di mammelle con cui allattano la prole. L’arto posteriore è scomparso: ne restano solo minuscoli ossicini immersi nelle fasce muscolari, residui delle ossa del bacino e delle zampe.
E qui torna la peculiarità: a livello cranico la circolazione ha seguito linee di adattamento opposte, con lo sviluppo di sette reti mirabili. Nei ruminanti se ne trovano quattro, ancora meno nei suini, mentre nei pesci e nei rettili sono del tutto assenti. Un crescendo che, dai loro antenati terrestri fino ai delfini, racconta una storia evolutiva del tutto particolare.
Domande frequenti
Cosa sono le reti mirabili encefaliche?
Sono fitte strutture vascolari poste tra cuore e cervello. Nei delfini se ne contano ben sette, su entrambi i lati del Poligono di Willis. La loro peculiarità è che non sembrano legate direttamente allo scambio di ossigeno, ma a dinamiche di tipo emodinamico e strutturale.
Perché i delfini rappresentano un paradosso evolutivo?
Perché, pur essendo simili ai pesci nella forma per convergenza evolutiva, non hanno seguito i pesci nella circolazione cerebrale: invece di perdere le reti mirabili, come ci si aspetterebbe, ne hanno sviluppate molte. La forma converge, la circolazione diverge.
Che differenza c’è tra causa finale e causa fisica?
Una causa finale è orientata a uno scopo (la ruota è rotonda per trasportare); una causa fisica dipende dall’efficienza di un sistema (la Terra è schiacciata ai poli per la gravità). Lo sviluppo delle reti mirabili nei delfini sembra dovuto a cause fisiche, non a uno scopo adattativo preciso.
Da cosa derivano i delfini?
Da mammiferi terrestri ancestrali, imparentati secondo diverse ipotesi con maiali o ruminanti, che vivevano lungo fiumi e mari. Il loro cranio, la scomparsa degli arti posteriori (ridotti a ossicini) e la presenza di mammelle testimoniano questa origine terrestre.
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