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L’evoluzione degli uccelli canori non è stata affatto una passeggiata lenta e regolare, e a rivelarlo è stata l’intelligenza artificiale applicata a migliaia di scheletri conservati nei musei. Un gruppo di ricercatori dell’Università del Michigan ha scoperto che i Passeriformi, il vasto ordine che comprende la maggior parte degli uccelli canterini, si sono trasformati soprattutto in rare esplosioni di cambiamento, separate da lunghi periodi di sviluppo più tranquillo. E la cosa interessante è che molte di queste accelerazioni coincidono con grandi stravolgimenti del clima terrestre.
La teoria dell’evoluzione, ormai da un secolo, immagina che la vita si diversifichi proprio così, con fasi rapide seguite da momenti più lenti. I fossili avevano dato qualche indizio in questo senso, ma stavolta il pattern è emerso analizzando le misurazioni scheletriche di esemplari moderni. Jake Berv, primo autore dello studio e ricercatore alla School for Environment and Sustainability dell’ateneo, spiega che questa dinamica ha radici teoriche molto profonde. Le cosiddette radiazioni evolutive, cioè la comparsa di nuovi gruppi, sono spesso associate a un’esplosione improvvisa di diversificazione. Può succedere quando si apre una nuova opportunità ecologica, oppure quando un gruppo raggiunge un nuovo continente e accelera bruscamente il proprio ritmo di cambiamento. Col passare del tempo lo spazio a disposizione si riduce, e l’evoluzione rallenta. Esattamente ciò che i dati raccontano.
L’intelligenza artificiale che misura gli scheletri
Per ricostruire questa storia, il team guidato anche da Brian Weeks ha studiato oltre 2.000 specie, mettendo insieme più di 170.000 singole misurazioni ossee. Una mole di dati che sarebbe stata impensabile senza Skelevision, lo strumento di intelligenza artificiale sviluppato dal laboratorio di Weeks in collaborazione con quello di David Fouhey alla New York University.
Il funzionamento è tanto semplice quanto ingegnoso. Skelevision fotografa gli esemplari, in questo caso scheletri di uccelli, davanti a una griglia che fornisce una scala di misura costante. In sette anni di lavoro comune i due gruppi hanno costruito un modello capace di misurare con precisione 12 ossa lungo lo scheletro di ciascun animale. Con questo sistema sono stati scansionati oltre 15.000 esemplari da museo, la maggior parte provenienti dalle collezioni del Museo di Zoologia dell’Università del Michigan. Ogni esemplare viene analizzato in circa 45 secondi, un ritmo che permette di digitalizzare intere collezioni in tempi prima inimmaginabili.
Berv ha poi ideato un nuovo metodo statistico chiamato bifrost, che consente di analizzare l’intero scheletro di ogni specie invece di guardare le singole ossa isolate. Il ragionamento è chiaro. L’organismo è un insieme integrato, dove ogni parte è collegata a tutte le altre. La domanda, dal punto di vista del modello, diventa quale sequenza di cambiamenti serva per spiegare la varietà che osserviamo oggi. Grazie a questo approccio i ricercatori hanno stimato come la forma del corpo dei passeriformi sia mutata nell’arco di circa 45 milioni di anni.
Clima e geografia dietro le grandi accelerazioni
L’analisi ha messo in luce un momento di trasformazione particolarmente veloce intorno a 35 milioni di anni fa, in coincidenza con la transizione Eocene Oligocene, segnata da un intenso raffreddamento globale. Un altro gruppo di rallentamenti si colloca invece attorno a 15 milioni di anni fa, quando si verificò un ulteriore grande evento geologico. Weeks racconta che questi risultati hanno cambiato il suo modo di vedere le cose. Rare grandi accelerazioni e tante piccole frenate raccontano di stirpi che esplorano nuovi spazi ecologici e cambiano in fretta per approfittarne.
C’è poi la questione geografica. Analizzando la distribuzione globale degli uccelli nel loro campione, i ricercatori hanno notato che anche la posizione sul pianeta aiuta a prevedere la velocità media dell’evoluzione morfologica. Le comunità che vivono alle latitudini più estreme, dove le temperature stagionali oscillano in modo più marcato, tendono a includere specie che evolvono più rapidamente rispetto a quelle vicine all’equatore. Poiché lo stesso schema compare sia nei milioni di anni sia nelle regioni attuali, tutto suggerisce che la variabilità ambientale giochi un ruolo di primo piano nel plasmare la forma dei corpi.
Il lavoro mette anche in evidenza quanto siano preziose le collezioni dei musei. Secondo Weeks l’intelligenza artificiale permette oggi di estrarre informazioni da esemplari conservati su una scala che in passato era difficile persino immaginare. Investire nei musei diventa così una scelta con un valore scientifico enorme, ben oltre ciò che potrebbe fare un singolo collezionista. E c’è pure il gusto di pensare a cosa direbbero i primi raccoglitori nel sapere che un computer analizza le fotografie dei loro reperti.
I risultati potrebbero infine aiutare a capire come le specie reagiranno ai rapidi cambiamenti climatici in corso. Berv sottolinea che l’umanità si trova in un momento di trasformazione drastica del clima globale, e che nessuno sa davvero cosa accadrà nemmeno nell’arco di dieci anni, figuriamoci su scale di dieci milioni di anni. Per avere qualche speranza di comprendere l’impatto a lungo termine delle attività umane sulla Terra, bisogna studiare il legame tra gli eventi della storia del pianeta e le grandi transizioni evolutive.
