L’evolució dels rèptils

Ahir dimecres 20 de setembre va venir Salvador Carranza, investigador de l’IBE (UPF-CSIC), per parlar-nos de l’evolució dels rèptils, el grup de tetràpodes més abundant. I no va venir sol.

La primera pregunta que li vam fer era aparentment senzilla. La resposta, va ser fascinant, com tota la sessió en què vam trobar resposta a les altres preguntes proposades. Quan van aparèixer? Com van evolucionar? Com s’estudia la seva evolució? Quins grups són els més abundants al món? i a la Mediterrània?

Què són els rèptils?

Els rèptils, ens explica Salvador, centenars d’anys han estat mal classificats. Les eines moleculars, com les que ell mateix empra, han explicat una història evolutiva diferent de la morfològica, que enganya. Ara, hi ha un nou concepte de rèptils.

L’aparició dels rèptils

Els rèptils, com els amfibis, les aus i els mamífers són tetràpodes. L’aparició d’animals amb quatre potes va ser un esdeveniment que va comportar molts canvis en la història evolutiva. En el Devonià, ara fa uns 380 milions d’anys, a partir de peixos d’aletes lobulades com el celacant o altres peixos pulmonats els animals van sortir de l’aigua per conquerir la terra ferma.

Una altra transició va ser independitzar-se totalment de l’aigua. De tots els tetràpodes, els únics que encara mantenen una forta dependència de l’aigua són els amfibis, que la necessiten per pondre els ous i pel desenvolupament de la seva fase larvària, com per exemple els capgrossos de granotes i gripaus Fora de l’aigua, tant els ous gelatinosos com les larves branquiades dels amfibis, segueixen depenent de l’aigua o d’una humitat elevada.

L’aparició de l’ou va permetre que un grup de tetràpodes s’independitzés de l’aigua. Més aviat, l’ou va ser una innovació que els va permetre endur-se l’aigua dins l’ou, encapsulada. Els tetràpodes que ponen ous, rèptils, aus i mamífers, són anomenats amniotes.

L’amni és la coberta més pròxima a l’embrió, la que el manté en un medi aquàtic. L’al·lantoide és la coberta que acumula els residus tòxics i facilita l’intercanvi gasós. I el còrion, la membrana més fina (el tel que s’enganxa sovint a la closca dels ous) en els mamífers té una forta transformació. Finalment, molts ous amniotes estan envoltats per una capa mineralitzada que pot ser rígida o flexible; la closca.

Entre els mamífers, els monotremes, com els equidnes i els ornitorincs, encara ponen ous. Els altres mamífers, marsupials i placentaris, ja pareixen cries vives. Mantenen l’embolcall de l’ou, transformat per nodrir-se a través de la mare.

La colonització de la terra ferma pa tenir lloc durant el Carbonífer, ara fa 350 milions d’anys. Altres plantes, mol·luscs (cargols) i insectes ja havien sortit de l’aigua abans, de manera que en arribar els tetràpodes amniotes, van tenir molt camps per explotar, molts recursos, i hi va haver una radiació evolutiva.

Línies evolutives dels amniotes

Ben aviat es van definir línies evolutives molt clares, que els paleontòlegs poden distingir molt clarament segons les finestres del cap dels fòssils. Els fòssils que tenen una finestra (a banda dels ulls i els orificis nasals) són classificats com a sinàpsids, i van encetar la línia que duria als mamífers.

Els cranis amb dues finestres als laterals del crani, els diàpsids, van donar lloc a les aus, els cocodrils, els llangardaixos i les serps. Els cranis amb cap forat, els anàpsids, només el trobem avui dia a les tortugues; les dades moleculars, però, les relacionen amb els descendents dels diàpsids i per tant es considera que són un cas de convergència evolutiva amb els grups d’anàpsids que es van extingir a finals del Permià. Tots junts, diàpsids i les tortugues anàpsides són agrupats en sauròpsids. Però, quin sentit tenien aquests forats en crani?

Viure fora de l’aigua

Sortir de l’aigua va comportar molts canvis en l’estructura i la fisiologia dels animals. Per començar, el medi és molt diferents; l’aire és molt menys dens que l’aigua, de manera que els animals pesem més, per tant es necessiten unes cames ben potents per suportar el pes el cos. I un esquelet rígid.

La transmissió química i sonora són molt diferents; van haver d’evolucionar les oïdes i els narius. I també van haver d’especialitzar-se a menjar animals amb closca, que al seu torn havien desenvolupat un exosquelet, com els mol·luscs o els insectes. Això requeria uns bons músculs mastegadors. I les finestres són els llocs d’inserció dels músculs mastegadors.

Les aus, un grup de rèptils

Dins els sinàpsids i sauròpsids, per tant, s’inclouen les aus, que provenen d’un grup de petits dinosaures carnívors semblants als velociraptors: els teròpodes. Amb ells comparteixen mans amb tres dits cap al davant i un cap al darrere, bípede i emplomallat. Tenien també l’anomenat wishbone pels anglesos, un ós format per la fusió de les clavícules que de vegades, menjant pollastre, trenquem per assolir desitjos.

Aquest wishbone va fer exclamar al paleontòleg britànic Richard Owen davant de les restes d’un dinosaure: “That’s a chicken”!

És cert que no s’ha pogut estudiar en DNA antic, ja que més de 400.000 anys està molt degradat; però s’han trobat fòssils intermedis, com l’Archaeopteryx de la fotografia, de cent-cinquanta milions d’anys, que té dents i cua com els dinosaures, i tenia ales amb plomes, com els ocells.

El cas dels cocodrils

Els crocodilis molecularment s’assemblen més a les aus que a qualsevol altre rèptil. De fet, fan nius i cuida de les cries, cosa que fan les aus però no els altres rèptils. A més, té un cor dividit en dues aurícules i dos ventricles. L’evolució va dur a aquesta estructura per l’adaptació a un medi hostil, com és el terrestre.

Els peixos tenen un sol ventricle i una sola aurícula. Però fora de l’aigua, la gravetat i els canvis de temperatura molt més amplis i ràpids van dur a separar la sang pulmonar de l’arterial. En els animals terrestres la sang circula en canonades d’alta pressió, i s’ha format un cor molt més musculós que reparteix la sang a dos sistemes circulatoris: el pulmonar, que oxigena la sang; i el sistèmic, que duu la sang oxigenada a la resta de l’organisme.

Comparant, la pressió sanguínia d’un mamífer és molt més alta que la dels peixos.

La classificació clàssica

Un cop exposada la nova classificació deguda a la morfologia, en Salvador ens parlarà dels rèptils, a partir d’ara, segons l’antiga agrupació: tortugues, crocodilis, serps i llangardaixos.

En Salvador estudia rèptils adaptats al desert; són de fet els vertebrats més abundants en aquest ecosistema. Ell va al desert d’Aràbia, a Oman i els Emirats Àrabs Units.

Arribats a aquest punt, en Salvador ens mostra dos dels seus acompanyants, una serp i un escíncid.

La serp (Eryx jayakari) és una boa de sorra. Suggereix que ens fixem en el color i sobre tot en la posició dels seus ulls. Passa el dia immersa en la sorra, només sobresurten els ulls per a poder detectar les preses.

Com a boa, captura les seves peces i les mata per asfixia, comprimint-les; per això tenen una potent musculatura.

Les serps poden ingerir preses de mida gran, en comparació a la seva. Els hi manca el pulmó esquerre, degut al seu cos allargat, no tenen orifici autidiu ni oïda externa i poden obrir molt la boca gràcies a la capacitat de desllorigar les mandíbules i al fet que aquetes estiguin unides per la part anterior amb lligaments.

Les serps acostumen a menjar un cop al mes. O passar molts mesos sense menjar.

No tots els rèptils sense potes són serps. Salvador explica que la pèrdua de les extremitats s’ha perdut unes vint-i-cinc vegades al llarg de la història evolutiva. És un avantatge evolutiu quan cal córrer fugint en espais amb vegetació.

Léscíncid (Scincus), també del desert d’Aràbia, té el pavelló auditiu cobert per una escata i una boca en què la mandíbula superior segella la inferior, a fi que no els entri sorra per cap orifici.

Si la boa s’ensorra en diagonal; l’escíncid, capbussa. Per això també se l’anomena peix de sorra.

Els escíncids del gènere Scincus poden estar temps sense menjar. Emmagatzemen reserves a la part alta de la cua, que quan fa un cert temps que no mengen, s’aprima.

En sortir de la sorra només a primera hora del dia, és quan aprofiten per capturar animals i estudiar-los. Als lacèrtids els prenen la cua, que després regeneraran; a les serps els fan una petita extracció de sang. Atès que els rèptils tenen eritròcits amb nucli, la sang és molt rica en DNA per poder fer els estudis filogenètics moleculars.

Unes quantes dades sobre rèptils

Viure en terra ferma i pondre ous demana una fecundació interna, no externa com la d’amfibis i peixos; per això els rèptils tenen penis, i en concret els escatosos (llangardaixos i serps) en tenen dos i per això s’anomenen hemipenis.

Alguns rèptils són ovovivípars. L’ovoviviparisme ha aparegut més de cent vegades a la història evolutiva d’aquest grup. Les tres espècies d’escurçons de la península Ibèrica són ovovivípars (el seu nom en llatí és Vipera), cosa que comporta retenir els ous dins l’organisme de la mare fins al naixement. Les aus, pel pes dels ous, són totes ovípares.

De rèptils hi ha unes 10.400 espècies; ara bé, si comptéssim el sauròpsids, és a dir, amb les aus, arribaríem a 20.000 espècies. En els diferents grups hi ha:

– tortugues: 346 espècies,

– crocodilis: 25 espècies,

– serps: 3.600 espècies, una morfologia molt exitosa.

– llangardaixos i altres escatosos (sense comptar les serps): 6.475 espècies.

Per comparar, de mamífers hi ha descrites 5.000 espècies (mil dues-centes de les quals són quiròpters; és a dir, un de cada cinc, vola). D’amfibis hi ha 7.000 espècies; mentre que de peixos, 30.000 espècies.

Tot i això, el nombre va canviant a mesura que els estudis moleculars poden de manifest que algunes formes considerades la mateixa espècie no ho són. Per exemple, el febrer de 2008 hi havia 3.149 espècies de serp; ara, n’hi ha 3.619 espècies.

El mateix Salvador pertany al grup que va separar el tritó del Montseny del tritó del Pirineu, són dues espècies diferents, perquè no hi havia flux gènic entre elles.

Crisi messiniana

Ara fa entre 5,9 i 5,3 milions d’anys, és a dir, durant 600.000 anys, l’estret de Gibraltar no existia i la Mediterrània era pràcticament seca, llevat d’algunes zones amb aigua molt salada. Aquesta situació, anomenada crisi messiniana, va fer baixa molt la fauna marina, però va permetre que la fauna terrestre europea anés al nord d’Àfrica i viceversa.

Els rèptils van ser un grup afavorit. Llangardaixos i sargantanes van patir una gran expansió que, en retornar l’aigua, va diversificar les sargantanes de les illes del gènere Podarcis, per exemple. I, els únics dos grups d’urodels de tota Àfrica són originàriament de la península Ibèrica.

Radiacions adaptatives

A les illes es veuen exemples de radiació, ja els animals arriben i tenen molts nínxols per explotar. Els estudis de Salvador l’han dut a veure que a l’illa de Socotra els dragons del gènere Hemidactylus presenten una diversitat morfològica superior a la del continent.

Una altra radiació evolutiva es pot veure en les espècies de tortugues a les illes Galápagos. A les illes no tenien depredadors, de manera que la closca ja no els calia. Per això es va aprimar i es va obrir sobre el coll, de manera que els va permetre ocupar nous nínxols terrestres, segons l’illa que van arribar.

Viure al mar o fora d’ell té implicacions fortes per la diferent composició química del medi intern, respecte del medi extern. Els ocells marins, com ara les gavines, tenen unes glàndules de la sal, per expulsar-la, ja que els seus ronyons no la poden filtrar i els ocasionaria greus problemes fisiològics. El mateix passa amb les iguanes de les illes Galápagos que van retornar al mar.

Relacionat amb el paper dels ronyons, parlem de l’excreció del grup amoni, del metabolisme de les proteïnes. Els amfibis excreten directament amoníac, ja que es dissol bé en medi aquàtic. Els mamífers, que tenim un bon sistema renal, expulsem urea. Els sinàpsids (rèptils i ocells) excreten àcid úric.

També ens explica que les aus tenen un excel·lent sistema respiratori en què els sacs aeris els permet de tenir un flux continu d’aire per poder volar. No les veiem mai recuperar l’alè.

Salvador, quan vas començar a apassionar-te pels rèptils?

Quan feia primer de BUP vam anar a la vall d’Aran amb algunes expedicions faunístiques i vaig veure la serp verda i groga. Algunes altres expedicions van fer que entre els catorze i quinze anys quedés fascinats pels rèptils. I vaig fer biologia.

Però el 1992, quan es va descriure la PCR, vaig pensar que la biologia molecular tenia un potencial excel·lent per inferir la filogènia dels rèptils. Per això, en acabar la carrera no va anar al Departament de Zoologia, com feien altres companys; sinó que va fer la tesi sobre platihelmints al Departament de Genètica a aprendre la tècnica de seqüenciació.

Entre 1998 i 2004 va fer un post-doc sobre rèptils al Museu d’Història Natural a Londres. Va retornar a la UB amb una beca Ramón y Cajal. I més endavant, va entrar al CSIC i a l’IBE.  I dimecres ens va oferir un deliciós cafè científic. Gràcies!

Imatges: pròpies o de Wikimedia commons