Adattamenti degli anfibi del deserto & Rettili
Thomas R. Van Devender
Gli anfibi e i rettili hanno molti adattamenti diversi che permettono loro di vivere nei deserti, evitando estremi di aridità, calore o freddo. Gli animali possono essere attivi solo in certe stagioni e in momenti favorevoli della giornata. Molti usano l’ambiente per regolare attivamente la loro temperatura corporea, evitando estremi letali. E alcuni sono ben adattati alle superfici su cui vivono – con appendici modificate per scavare o la capacità di correre, tuffarsi, nuotare o nuotare con vento laterale attraverso la sabbia sciolta.
Prima che gli animali vertebrati si adattassero a specifici habitat terrestri, come i deserti, dovevano prima adattarsi a vivere sulla terra. I principali adattamenti alla vita sulla terraferma si sono verificati nel Paleozoico da 400 a 360 mya (milioni di anni fa) con l’evoluzione degli anfibi. Gli anfibi, nome che deriva dalla parola greca amphibios (un essere con una doppia vita), vivono in acqua dolce come larve e possono spostarsi sulla terraferma come adulti. Nella metamorfosi dell’anfibio da larva ad adulto, si può leggere la storia della sua evoluzione da pesce polmonato: la larva usa le branchie per respirare e aperture lungo la linea laterale per percepire l’ambiente; nell’adulto queste vengono perse, e si sviluppano polmoni, arti e dita. Le larve acquatiche e la sottile pelle permeabile vulnerabile alla perdita di acqua e alla luce del sole impediscono agli anfibi di vivere interamente sulla terraferma e limitano la loro radiazione in habitat aridi. Anche se i primi anfibi si erano arrampicati sulla terraferma in cerca di insetti, i vertebrati non hanno finalmente lasciato l’acqua fino al Paleozoico, quando i primi rettili hanno sviluppato una pelle impermeabile e un uovo con membrane (amnios, corion) per proteggere gli embrioni dall’essiccazione.
Le radiazioni evolutive dei moderni anfibi e rettili, così come dei moderni mammiferi e uccelli, iniziarono con il declino dei dinosauri nel tardo Cretaceo (98-65 mya). La maggior parte degli adattamenti generali all’aridità si sono evoluti nelle stagioni secche delle foreste decidue tropicali dall’Eocene (circa 45 mya) fino al Miocene medio (15 mya), molto prima che nascessero i deserti del Nord America. Gli adattamenti degli endemici del deserto del Sonoran si sono probabilmente evoluti nelle foreste decidue tropicali o nella boscaglia spinosa. Il sollevamento della Sierra Madre Occidentale da 15 mya ha cambiato i modelli climatici. I rettili preadattati hanno prosperato quando l’aridità crescente ha formato il deserto di Sonoran nel tardo Miocene (8 mya)
Gli ambienti desertici presentano grandi difficoltà per gli anfibi. Le salamandre tigre e le rane leopardo di pianura entrano nel deserto solo vicino a stagni permanenti, ruscelli o sorgenti. Le salamandre tigre spesso diventano neoteniche (conservando le loro forme larvali) anche riproducendosi come larve, e solo raramente metamorfosando in adulti terrestri.
Il rospo del deserto del Sonoran, il piede di vanga del deserto, la raganella del nord e altri sopravvivono nel deserto grazie alla loro capacità di scavare tane profonde fino a un metro dove trascorrono nove o dieci mesi alla volta. Spadefoots e il casque-headed treefrogs settentrionale hanno aree indurite, chiamate vanghe, sui loro piedi posteriori con cui scavare. Per prevenire la perdita d’acqua nelle tane, le vanghette secernono una membrana semipermeabile che ispessisce la loro pelle, mentre la raganella casquista forma un bozzolo simile al cellophane spargendo strati esterni di pelle. Le spade hanno un’alta tolleranza per la loro stessa urea, poiché non espellono mentre sono nelle loro tane.
L’ultima sfida per gli anfibi del deserto è quella di riprodursi nelle pozze temporanee prodotte da temporali estivi molto sporadici e localizzati. La maggior parte della riproduzione avviene di notte con le femmine attratte dai maschi chiamanti. I piedipiatti del deserto hanno evoluto un tasso di sviluppo accelerato – dall’uovo al rospo in meno di due settimane! Nel sud-est della California, dove le precipitazioni estive sono meno affidabili, le vanghette emergono durante il primo temporale, viaggiano verso gli stagni, chiamano e si riproducono, e si rimpinzano di termiti ricche di lipidi e brulicanti, spesso in una sola notte. Gli adulti possono avere solo riserve di grasso sufficienti a sopravvivere per un anno senza nutrirsi.
I rettili primitivi erano in grado di irradiarsi in habitat più asciutti rispetto agli anfibi a causa dell’uovo amniotico con un guscio coriaceo o duro, e a causa della loro pelle relativamente impermeabile con le squame. Le popolazioni non erano più concentrate vicino alle fonti d’acqua e gli embrioni si sviluppavano direttamente in piccoli adulti alla schiusa.
Siccome i rettili hanno una pelle sottile con poco isolamento e la maggior parte non produce calore internamente per alimentare i loro metabolismi, gli adattamenti per regolare la temperatura corporea (termoregolazione) sono molto importanti. La termoregolazione è possibile a causa delle complesse relazioni tra la temperatura corporea, i processi fisiologici (reazioni chimiche, produzione di ormoni, ecc.) e il comportamento. I modelli di attività cambiano con le stagioni, da mezzogiorno in primavera e autunno alla mattina presto e al tardo pomeriggio in estate. I rettili notturni come il geco fasciato e la maggior parte dei serpenti scambiano passivamente calore con l’aria e il suolo. Al contrario, le lucertole diurne assorbono il calore crogiolandosi al sole. Le temperature corporee relativamente uniformi sono mantenute in diversi modi: attraverso i tempi delle attività quotidiane, facendo la spola con l’ombra e cambiando l’orientamento del corpo verso il sole (insolazione), regolando il contatto con la superficie per regolare il trasferimento di calore (conduzione), cambiando il colore (la pelle scura assorbe energia più velocemente), e così via. Inoltre, alcuni rettili del deserto possono tollerare temperature corporee piuttosto elevate; la gamma attiva dell’iguana del deserto, per esempio, va da 100 a 108°F (38-42°C).
In tempi di stress ambientale, i rettili del deserto trascorrono lunghi periodi di inattività in tane, spesso prese in prestito da quelle scavate da roditori o altri mammiferi. Durante il letargo in inverno e l’estivazione in estate, gli animali nelle tane hanno processi metabolici molto ridotti. Vivono di acqua e nutrienti immagazzinati nei loro corpi, mentre i rifiuti si accumulano a livelli potenzialmente tossici. Le tartarughe del deserto, per esempio, hanno una grande vescica urinaria che può immagazzinare oltre il 40% del peso corporeo della tartaruga in acqua, urea, acido urico e scorie azotate per mesi fino a quando sono in grado di bere. Gli urati sono separati dall’acqua e possono essere eliminati in forma solida, liberando acqua e ioni da riassorbire. Durante le siccità prolungate, mentre le tartarughe sono inattive, possono riassorbire i minerali dal loro guscio per usarli nei loro processi metabolici. Il gigante Isla San Esteban e le chuckwallas spinose sulle isole del Golfo della California hanno un paio di sacche linfatiche laterali nei lati del loro corpo che permettono loro di immagazzinare fluido extracellulare. I chuckwallas e i mostri di Gila, così come i gechi a piedi nudi e a bande occidentali immagazzinano l’acqua nel tessuto grasso nella loro coda.
Le specie della bassa valle del fiume Colorado in Arizona e California e il Gran Desierto della Sonora nordoccidentale hanno una serie di specializzazioni per vivere nella sabbia soffiata dal vento. I sidewinder si sono evoluti con un’insolita forma di locomozione in cui il corpo tocca la superficie solo in due punti mentre si muove. La lucertola cornuta dalla coda piatta e la lucertola senza gambe della Baja California (una lucertola scavatrice simile a un serpente delle dimensioni di una matita di piombo, limitata a una piccola area sulla costa occidentale della Baja California) hanno perso le aperture esterne per la raccolta della sabbia presenti nella maggior parte delle lucertole. Diverse specie, tra cui la lucertola senza gambe, il serpente di sabbia a bande e il serpente dal naso a pala, hanno occhi piccoli, teste strette, mascelle inferiori controfondate e scaglie molto lisce, adattamenti per nuotare e respirare nella sabbia sciolta. La lucertola dalle dita a frangia ha scaglie appuntite, simili a frange, sulle dita allungate dei piedi posteriori per darle trazione quando corre sulle superfici delle dune. La testa a forma di cuneo, le valvole nasali, le palpebre ad anello, i lembi delle orecchie squamose e le sottili scaglie del corpo permettono a questa lucertola di sfuggire ai predatori tuffandosi e scavando nella sabbia.
Quindi, gli anfibi e i rettili usano una varietà di meccanismi non solo per sopravvivere al calore estremo e all’aridità ma in realtà per prosperare nei deserti caldi e secchi. Praticamente tutti questi adattamenti sono stati ereditati da antenati tropicali prima della formazione del tardo Miocene del deserto di Sonoran.