Appunti di Paleontologia con laboratorio

APPUNTI PALEONTOLOGIA

Un record fossile è un evento molto raro, poiché la fossilizzazione è un evento

molto difficile, solo il 4% delle specie vissute hanno lasciato qualche segno

fossile. La fossilizzazione aumenta di percentuale quando il corpo dell’animale

presenta parti dure, quali possono essere scheletri o gusci ma devono essere

quanto meno organiche possibile in maniera tale che siano più facili da

conservare. Nei mammiferi la conservazione delle ossa è minore dato che le

ossa di quest’ultimi sono piene di cavità, per conservare l’osso dei mammiferi è

necessario il processo di impregnazione, dato che senza questo processo

l’osso si sfrangerebbe. La quantità di acqua presente in un corpo influenza la

fossilizzazione. A seconda della morte e del luogo della morte un corpo può

essere più o meno influenzato dal processo di fossilizzazione a causa di

temperature, saprofagi. A seconda del saprofago c’è differenza che si

conservino o meno le ossa. Anche in assenza di scavenger avviene il processo di

ossidazione cominciando il processo di decomposizione

(C H O +O CO +H O). la decomposizione avviene sempre in presenza di

→

n 2n n 2 n 2 2

acqua, difatti la conservazione avviene in maniera migliore quando c’è assenza

di acqua (ambienti desertici, ghiacciai). In un processo di mummificazione le

parti acquose come gli occhi non persistono, a differenza dei tessuti molli che

sono presenti ma in maniera “sottovuota”. Quando un corpo comincia a

decomporsi la prima parte a perdere densità è il derma, causando un

irradiamento dei vasi sanguigni facendo variare il colore della pelle. Il processo

di tannizzazione consista nel rilascio dei gas dal corpo rendendo acido

l’ambiente intorno al corpo; l’acidità blocca l’ossidazione e fa partire processi di

rigetto. Nel ritrovamento dei fossili l’ambiente intorno ad esso è stato modificato

dall’aumento di acidità del fossile stesso. Nei processi di mummificazione

nell’antico Egitto rimuovevano il cervello, cuore, organi allontanando tutta

l’acqua dal corpo, avvolgendolo in unguenti e sotterrato in una piramide

preservandolo dalla acqua non causando tannizzazione dato che essa si attua

in presenza di acqua. L’ambiente di fossilizzazione influisce sul mantenimento

del fossile (torbiera): in un lago il non rimescolamento dell’acqua comporta ad

una diminuzione di ossigeno nella composizione del lago, il fondo del lago

diventa riducente, causando una non possibilità di ossidazione che fa sì che ci

sia fermentazione causando un rilascio elevato di carbonio nella materia

organica; difatti i corpi si impregneranno di carbonio portando al fenomeno della

antracoilemma. Questo lago con questo fondale comincia ad evaporare se non

arriva acqua piovana sufficiente portando alla formazione di questo strato

riducente di carbonio in decomposizione fermentativa, se l’acqua si allontana

ancora di più comporta la formazione di carbone coke. Questo fenomeno può

avvenire anche a mare, dove la materia organica viene coperta dalle frane

sottomarine, e poi sigillata da materiali argillosi, causando un isolamento di aria

dove la fermentazione formerà petrolio (formato principalmente di plancton). Il

bitume è questo miscuglio di acqua e petrolio dove gli animali andavano ad

abbeverarsi rimanendo intrappolati permettendo una buona conservazione

delle ossa, dato che erano soggetti a processi di decomposizione all’aria aperta.

dai lamprede il primo arco brachiale si è evoluto

a formare le mandibole che sono collegate tra

loro attraverso il secondo archeo brachiale che

nei mammiferi si è evoluta nella formazione

dell’incudine e staffa

I metodi di datazione prevedono l’utilizzo di metodi precisi che attuano una

datazione assoluta e metodi biocronologici che attuano una datazione relativa. I

metodi di datazione assoluta forniscono un intervallo di tempo e di età, quella

relativa invece fornisce solo una comparazione fra due tipi di fossili (osservando

quale sia venuto prima e quale dopo). I fossili guida vengono utilizzati per la

datazione relativa delle rocce, ma devono presentare 3 condizioni:

• devono avere una distribuzione spaziale enorme,

• tasso di evoluzione altissimo,

• alto tasso di preservazione.

Una Cronospecie è una specie proiettata nel tempo, cioè costituita da una

successione di popolazioni lungo un’unica linea filetica (antenato - discendenti)

con le stesse tendenze adattative. Per la datazione radiometrica possono essere

utilizzati vari elementi, uno dei più comuni è l’isotopo C che riesce ad arrivare

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fino a 50mila anni. La datazione radiometrica avviene tramite il calcolo di atomi

che sono decaduti, dato che negli elementi radioattivi il numero di protoni e

neutroni è diverso e questi decadono fino a giungere ad uno stato stabile.

Possono venir utilizzati anche l’argon e il plutonio che hanno tempi di

dimezzamento molto più lunghi. Di solito si ricava il collagene nella parte

trabecolare dell’osso per ottenere la datazione. Buona parte dell’evoluzione è

dovuta a cambiamenti climatici. Durante la storia ci sono state 6 estinzioni di

massa (con una che sta avvenendo in questo momento). La temperatura della

terra è di media 12,8 °C con estremi che variano dai -53°C ai 55°C. I biomi sono

grandi aree ecologiche caratterizzate da specifiche condizioni climatiche,

vegetazione e fauna. Ogni bioma ha una composizione unica di ecosistemi e

comunità biologiche. Ecco una panoramica dei principali biomi:

1. Foreste tropicali: Si trovano vicino all'equatore, caratterizzate da una

grande biodiversità e un clima caldo e umido. Gli alberi sono alti e la

vegetazione è molto densa.

2. Foreste temperate: Presentano un clima moderato con quattro stagioni

distinte. Gli alberi decidui e conifere sono comuni, e la biodiversità è

elevata.

3. Deserti: Caratterizzati da precipitazioni scarse e temperature estreme. La

vegetazione è adattata per conservare l'acqua, con piante come cactus e

arbusti xerofiti.

4. Savane: Praterie con alberi sparsi, si trovano in regioni tropicali e

subtropicali. Presentano stagioni secche e umide.

5. Tundra: Bioma freddo e secco, presente nelle regioni artiche e alpine. Ha

una vegetazione bassa, come muschi e licheni, e un suolo permafrost.

6. Praterie: Grandi aree dominate da erbe, si trovano in climi temperati. Le

praterie possono essere umide o secche e ospitano una fauna

diversificata.

7. Ecosistemi marini: Comprendono oceani, mari, barriere coralline e zone

costiere. Hanno una grande biodiversità, con pesci, mammiferi marini e

piante acquatiche.

8. Ecosistemi di acqua dolce: Laghi, fiumi e paludi, ospitano una varietà di

specie acquatiche e vegetazione.

La paleogenetica è una disciplina scientifica che combina genetica e

paleontologia per studiare il DNA antico, spesso prelevato da resti fossili o

campioni antichi di esseri umani, animali o piante. Questa ricerca permette di

ottenere informazioni genetiche su specie estinte o popolazioni antiche,

approfondendo la nostra comprensione dell'evoluzione, della diversità genetica

e delle migrazioni umane. Gli studi di paleogenetica utilizzano tecniche

avanzate di sequenziamento del DNA per analizzare campioni che spesso sono

danneggiati o degradati a causa del tempo. I progressi tecnologici hanno

permesso di recuperare sequenze di DNA antico risalenti a decine di migliaia di

anni, come nel caso del DNA dei Neanderthal o dei Denisova, gruppi umani

arcaici le cui sequenze sono state fondamentali per capire le interazioni con i

primi esseri umani moderni. Il DNA però deve essere ben conservato, come ad

esempio nel permafrost (primo strato di suolo dove l’acqua non fonde) Grazie a

queste ricerche, possiamo tracciare l'evoluzione di specie estinte e scoprire

come le antiche popolazioni umane si siano evolute, adattate e incrociate nel

tempo. Il DNA fingerprint è una tecnica utilizzata per identificare individui

basandosi sulle sequenze uniche di DNA presenti nel loro genoma. Anche se

circa il 99,9% del DNA umano è identico tra le persone, piccole differenze,

chiamate polimorfismi, permettono di distinguere un individuo da un altro. La

paleodemografia è lo studio delle popolazioni antiche, in particolare delle loro

dimensioni, struttura, e dinamiche, attraverso l'analisi di reperti archeologici,

resti scheletrici, e, più recentemente, dati genetici. L'obiettivo principale della

paleodemografia è comprendere come si evolvevano le popolazioni nel passato,

investigando aspetti come l'età media alla morte, la mortalità infantile, la

speranza di vita e la crescita o declino delle popolazioni.

Per analizzare questi aspetti, la paleodemografia utilizza diverse metodologie:

1. Studio dei resti scheletrici: Gli scheletri umani forniscono informazioni

preziose su età, sesso, condizioni di salute e cause di morte.

2. Analisi del DNA antico: Le tecniche di paleogenetica permettono di

estrarre il DNA da ossa o denti antichi. Attraverso l'analisi genetica si

possono stimare le relazioni di parentela tra gli individui di un gruppo,

ricostruendo la struttura familiare e migratoria delle popolazioni.

3. Modelli statistici e matematici: Per fare inferenze sulla demografia di

popolazioni passate, i paleodemografi utilizzano modelli matematici che

aiutano a stimare dimensioni e dinamiche della popolazione, basandosi

su campioni parziali.

4. Studio dei contesti culturali e ambientali: Confrontando i dati

paleodemografici con le evidenze archeologiche di contesti abitativi,

come siti di caccia o abitazioni, i ricercatori possono correlare

cambiamenti demografici con eventi culturali, climatici o ambientali.

Grazie alla paleodemografia, è possibile ottenere informazioni cruciali su come

eventi come epidemie, cambiamenti climatici, e innovazioni tecnologiche

abbiano influenzato la crescita e il declino delle popolazioni nel tempo, offrendo

una visione più completa delle dinamiche umane nel corso della storia. L’effetto

di coalescenza è un concetto della genetica delle popolazioni che descrive il

processo attraverso il quale, andando a ritroso nel tempo, i geni presenti in una

popolazione possono essere fatti risalire a un antenato comune. Questa idea è

centrale per lo studio dell'evoluzione genetica e si basa sull'analisi dei

cambiamenti allelici (variazioni genetiche) nelle popolazioni nel tempo. In

termini semplici, l’effetto di coalescenza permette di comprendere come e

quando due o più alleli attualmente presenti in una popolazione derivino da un

singolo antenato. Questo processo può essere rappresentato come un *albero

genealogico inverso*, dove ogni nodo dell'albero rappresenta un punto di

coalescenza, cioè un momento in cui le linee genetiche di due individui si

incontrano in un antenato comune. Alcuni aspetti chiave dell'effetto di

coalescenza includono:

1. Tempo di coalescenza: tempo trascorso affinché due copie di un gene si

possano ricondurre a un singolo antenato comune. Il tempo di

coalescenza dipende dalla dimensione della popolazione; in popolazioni

piccole, è più probabile che le linee genetiche si incontrino prima, mentre

in popolazioni più grandi il tempo di coalescenza tende ad essere

maggiore.

2. Variazioni genetiche e selezione naturale: L'effetto di coalescenza aiuta

a comprendere come le mutazioni, la selezione naturale e la deriva

genetica abbiano influenzato la distribuzione degli alleli. Se un allele

fornisce un vantaggio selettivo, è probabile che il tempo di coalescenza di

questo allele sia più breve, poiché tenderà a diffondersi rapidamente nella

popolazione.

Grazie a questo concetto, i genetisti delle popolazioni possono stimare l’età

delle varianti genetiche, la struttura genealogica delle popolazioni e

comprendere meglio i percorsi evolutivi che hanno portato alla diversità

genetica attuale. L'effetto di coalescenza, inoltre, è una base teorica per

tecniche come l'analisi del DNA mitocondriale e del cromosoma Y, utilizzate per

tracciare linee materne e paterne rispettivamente, rivelando così la storia

evolutiva dell'umanità. La filogeografia è una disciplina che studia la

distribuzione geografica delle linee genetiche all'interno delle specie, cercando

di comprendere come i processi storici, ecologici e geografici abbiano

influenzato la distribuzione della biodiversità genetica. La filogeografia indaga

su dove e quando determinate linee genetiche si sono sviluppate e come si sono

espanse o ritirate nel tempo. Questo aiuta a comprendere le migrazioni e la

colonizzazione di nuove aree da parte di specie o popolazioni. Identificare

barriere genetiche. I filogeografi cercano di individuare barriere geografiche o

ecologiche che limitano lo scambio genetico tra popolazioni (come montagne,

fiumi o deserti). Queste barriere possono portare alla divergenza genetica e, a

lungo termine, a fenomeni di speciazione. I cicli di glaciazione e deglaciazione

del passato, hanno influenzato la distribuzione delle specie, causando

espansioni e contrazioni delle popolazioni e favorendo l'isolamento di alcuni

gruppi. Questo ha contribuito alla formazione di linee genetiche distinte

all'interno della stessa specie. I dati filogeografici si basano sull'analisi del DNA

mitocondriale, del DNA nucleare e del DNA del cloroplasto (nelle piante). Gli

studi filogeografici possono svelare, ad esempio, le rotte di migrazione umana

fuori dall'Africa, la diffusione di specie animali in nuovi continenti, o la

separazione di specie in aree geografiche diverse a causa di eventi come il

sollevamento delle Ande o la formazione del Mar Rosso. Il DNA antico, è il

materiale genetico estratto da resti biologici molto vecchi, come ossa, denti,

tessuti e sedimenti, risalenti a migliaia o addirittura decine di migliaia di anni fa.

La ricerca sull’aDNA ha rivoluzionato la nostra comprensione della storia

dell’evoluzione umana, delle migrazioni antiche, e delle interazioni tra diverse

specie, tra cui Neanderthal, Denisova e Homo sapiens. L'aDNA si distingue dal

DNA moderno in quanto è spesso frammentato e degradato a causa del tempo,

delle condizioni ambientali e dell’attività microbica. Per questo motivo, il

recupero e l'analisi dell’aDNA richiedono tecnologie avanzate, tra cui tecniche di

sequenziamento di nuova generazione e ambienti sterili per evitare

contaminazioni. Ecco alcune delle principali applicazioni e scoperte rese

possibili dall'aDNA:

Lo studio dell’aDNA ha permesso di identificare le rotte di migrazione dei nostri

antenati, come l'uscita dell'Homo sapiens dall'Africa circa 60-70.000 anni fa, e

di chiarire i rapporti tra gruppi arcaici e umani moderni.

Grazie al sequenziamento del DNA antico, sappiamo che l'Homo sapiens si è

incrociato con Neanderthal e Denisova, lasciando tracce genetiche nei genomi

di molte popolazioni attuali. Questi contributi genetici possono aver influenzato

aspetti come la risposta immunitaria e l’adattamento a climi freddi.

L’aDNA ha permesso di scoprire l’evoluzione di patogeni antichi come la peste,

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