Exploring Our Fluid Earth

What is a Reptile?

Reptiles are a group of vertebrate animals with dry scaly skin and hard bony skeletons. Esempi di rettili includono tartarughe, lucertole, serpenti e coccodrilli (Fig. 5.21). I biologi attualmente considerano gli uccelli come un tipo di rettile. I rettili sono un gruppo diversificato di animali che comprende quasi 10.000 specie, esclusi gli uccelli. Sono adattati a vivere in una grande varietà di ambienti. La maggior parte delle specie di rettili vive in ambienti terrestri, ma molte vivono in ambienti di acqua dolce o marina. Per 186 milioni di anni – da circa 252 a 66 milioni di anni fa – i rettili furono gli animali terrestri dominanti sulla Terra. I dinosauri e altri gruppi di rettili estinti prosperarono durante l’era mesozoica, conosciuta anche come l’età dei rettili.

Prove di ascendenza comune e diversità

L’ultimo antenato comune di tutti i mammiferi e rettili (compresi gli uccelli) si è evoluto dagli anfibi circa 350-300 milioni di anni fa (Fig. 5.22). La spessa pelle squamosa fu uno dei numerosi adattamenti che permisero ai rettili di sopravvivere sulla terraferma e sostituire gli anfibi come i vertebrati terrestri dominanti sulla Terra.

I rettili moderni sono rappresentati da cinque gruppi generali: tartarughe, lucertole, serpenti, coccodrilli e uccelli. Anche se gli uccelli sono ora ampiamente considerati come un tipo di rettile, sono discussi separatamente in Uccelli.

Tartarughe

Le tartarughe (ordine Testudines) sono rettili a quattro zampe con gusci ossei duri che coprono i loro torsi. Il guscio è fatto di due pezzi (Fig. 5.23). Il carapace è il lato superiore, o dorsale, della conchiglia. Il plastron è il lato inferiore più piatto, o ventrale, del guscio. Le specie di tartarughe variano molto nelle loro diete e nei loro habitat. Si nutrono di piante, invertebrati e pesci. Molte specie di tartarughe si sono adattate a stili di vita acquatici in acqua dolce, salmastra e marina (Fig. 5.23 B, C e D). Altre specie, incluse diverse tartarughe, possono sopravvivere in climi desertici (Fig. 5.23 A). Il termine tartaruga è usato per descrivere alcune tartarughe terrestri che non nuotano.

Le tartarughe marine formano un unico gruppo (superfamiglia Chelonioidea; Fig. 5.24). La tartaruga di cuoio (Dermochelys coriacea) è la più grande specie di tartaruga esistente al mondo, con un peso fino a 700 chilogrammi e una lunghezza totale di 2,2 metri (Fig. 5.24 D). Le tartarughe marine sono presenti in tutti i bacini oceanici ad eccezione delle fredde regioni polari. Si nutrono generalmente di meduse, spugne, crostacei, fanerogame e macroalghe.

Serpenti

I serpenti (sottordine Serpentes) sono rettili senza gambe con corpi sottili e allungati (Fig. 5.25). Tutti i serpenti sono strettamente carnivori. Mangiano altri rettili, uccelli, piccoli mammiferi, pesci e insetti. La maggior parte dei serpenti sono terrestri e vivono in habitat che vanno dai deserti alle foreste pluviali. Tuttavia, alcune specie si sono adattate a vivere in acqua. I grandi e famigerati serpenti anaconda (Eunectes spp.) vivono principalmente nelle paludi d’acqua dolce e nei fiumi lenti. Sono anche conosciuti come “boa d’acqua”.

Tutti i serpenti di mare (sottofamiglia Hydrophiinae) hanno antenati comuni con molte altre specie di serpenti velenosi come cobra e mamba.

I risultati del campo della biologia evolutiva dello sviluppo (informalmente conosciuta come biologia “evo-devo”) hanno indicato che i serpenti hanno perso i loro arti secondariamente nel corso dell’evoluzione. La perdita secondaria è il ritorno evolutivo di un tratto alla sua condizione ancestrale. I serpenti senza gambe si sono evoluti da antenati simili a lucertole con le gambe, ma superficialmente appaiono più simili ad antenati precedenti come anguille o pesci. I serpenti sono più strettamente legati alle lucertole (ordine Squamata) piuttosto che agli altri gruppi di rettili.

Le lucertole

Le lucertole (sottordine Lacertilia) sono rettili per lo più con quattro zampe (Fig. 5.26). Alcuni gruppi di lucertole hanno evoluto indipendentemente forme di corpo senza arti e appaiono superficialmente simili ai serpenti. Le lucertole variano in dimensioni dal piccolo geco nano (Sphaerodactylus ariasae) lungo 16 millimetri al drago di Komodo (Varanus komodoensis) lungo tre metri. Si trovano in tutti i continenti del pianeta tranne l’Antartide. A differenza di altri gruppi di vertebrati, le lucertole hanno avuto molto successo nel colonizzare piccole isole remote.

Crocodili

I coccodrilli (ordine Crocodilia) sono grandi rettili acquatici con pelle a squame spesse, lunghe code e teste appiattite. Gli esempi includono coccodrilli, alligatori e caimani (Fig. 5.27). Tutti i coccodrilli sono carnivori predatori che si nutrono principalmente di pesci, molluschi, crostacei, uccelli e mammiferi. Il coccodrillo d’acqua salata (Crocodylus porosus; Fig. 5.27 B) è il più grande rettile vivente, misura fino a sette metri di lunghezza e 1.200 chilogrammi di peso. Ci sono 23 specie esistenti di coccodrilli sulla Terra, per lo più in climi tropicali caldi.

Rettili estinti

Molti gruppi di rettili a corpo grosso dominavano gli habitat terrestri e acquatici della Terra durante l’era Mesozoica, circa 252 a 66 milioni di anni fa. La figura 5.28 mostra alcuni esempi di vita durante l’era mesozoica. Il gruppo più familiare di questi antichi rettili è probabilmente quello dei dinosauri. I dinosauri sono un gruppo eterogeneo di rettili terrestri, per lo più di grandi dimensioni (Fig. 5.28 B). Gli scolari di tutto il mondo conoscono i dinosauri con i loro complessi nomi scientifici come Tyrannosaurus rex, Stegosaurus sp., Triceratops sp, e Velociraptor sp. La maggior parte delle specie si estinse alla fine dell’era mesozoica, circa 66 milioni di anni fa, ma un gruppo di dinosauri è sopravvissuto fino ai giorni nostri: gli uccelli.

Anti rettili dominarono anche i cieli della Terra durante l’era mesozoica. Gli pterosauri hanno sviluppato la capacità di volare indipendentemente da altri animali volanti (ad esempio, insetti, uccelli e, più tardi, pipistrelli). L'”età dei rettili” mesozoica vide anche diversi gruppi di grandi rettili marini predatori adattati al nuoto con appendici simili a palette. Gli ittiosauri assomigliano a grandi delfini moderni (Figg. 5.28 D e 5.29 B). I Plesiosauri avevano quattro grandi pinne, corpi larghi e piatti e lunghi colli (Fig. 5.29 C). Altri esempi di rettili marini estinti includono mosasauri, nothosauri, talattosauri e placodonti (Fig. 5.29). Mentre i dinosauri dominavano l’ambiente terrestre nell’era mesozoica, questi diversi gruppi di rettili marini dominavano l’oceano mondiale.

Rettili marini

Ci sono circa 70 specie di rettili esistenti adattati all’ambiente marino.

Tutti i rettili marini hanno bisogno di respirare aria e hanno sviluppato adattamenti per sopravvivere sott’acqua per lunghi periodi di tempo. La tartaruga marina leatherback (Dermochelys coriacea) può trattenere il respiro sott’acqua per più di due ore. I rettili marini hanno anche bisogno di regolare la loro temperatura corporea, spesso con comportamenti come il crogiolarsi al sole, sia a riva che vicino alla superficie dell’acqua.

Ci sono sette specie esistenti di tartarughe marine: la tartaruga verde (Chelonia mydas), la testa di rospo (Caretta caretta), la Kemp’s ridley (Lepidochelys kempii), la olive ridley (Lepidochelys olivacea), la hawksbill (Eretmochelys imbricata), la flatback (Natator depressus), e la leatherback (Dermochelys coriacea). La tartaruga diamondback (Malaclemys terrapin) prospera in acque salmastre (Fig. 5.23 D), ma non è considerata marina come le sette specie di tartarughe marine elencate sopra. Le tartarughe marine sono presenti in tutti i bacini oceanici ad eccezione delle fredde regioni polari. La tartaruga di cuoio (Fig. 5.24 D) si trova principalmente in mare aperto, lontano dalla riva, ma tutte le tartarughe marine devono tornare sulla terraferma per deporre le uova. Si nutrono generalmente di meduse, spugne, crostacei, alghe e macroalghe.

Ci sono 62 specie di serpenti marini strettamente legati ai cobra nella sottofamiglia Hydrophiinae (Figg. 5.25 C e D). Tutti i serpenti marini sono altamente velenosi, ma attaccano raramente l’uomo, a meno che non vengano provocati.

L’iguana marina (Amblyrhynchus cristatus) è l’unica lucertola marina esistente (Fig. 5.26 D). Questa specie si nutre principalmente di macroalghe sommerse e si trova solo nelle isole Galapagos.

Diverse specie di coccodrilli vivono in acque salmastre ma nessuna è considerata veramente marina. Sia il coccodrillo d’acqua salata (Crocodylus porosus; Fig. 5.25 B) che il coccodrillo americano (Crocodylus acutus) abitano spiagge, estuari, paludi salate, paludi di mangrovie e lagune costiere, ma raramente si avventurano al largo.

Struttura e funzione

Tutti i rettili hanno sistemi respiratori con polmoni, scheletri ossei duri (Fig. 5.29 D) e pelle spessa e secca coperta di squame (Fig. 5.30). La pelle spessa e squamosa ha offerto ai rettili un vantaggio evolutivo sugli anfibi per sopravvivere sulla terraferma in condizioni di siccità. Le squame dei rettili sono fatte di una proteina fibrosa chiamata cheratina. La cheratina si trova anche nelle corna, negli artigli, nei gusci delle tartarughe, nelle piume degli uccelli e nei capelli dei mammiferi.

Come gli anfibi, tutti i rettili sono tetrapodi. Mentre la maggior parte dei tetrapodi ha quattro arti, i serpenti e le lucertole senza gambe sono esempi di tetrapodi senza arti. Queste specie hanno perso i loro arti secondariamente, il che significa che i loro recenti antenati evolutivi avevano arti. I serpenti e le lucertole senza zampe hanno evoluto forme corporee snelle perché queste erano vantaggiose per la sopravvivenza in certi habitat e condizioni.

Altri rettili hanno evoluto arti specializzati. Le tartarughe marine, così come i rettili antichi come gli ittiosauri e i plesiosauri, hanno sviluppato arti a forma di pagaia che permettono loro di muoversi in modo efficiente nell’acqua. Gli pterosauri estinti (Fig. 5.28 C) e gli uccelli moderni hanno sviluppato arti anteriori a forma di ala che permettono il volo.

Adattamenti

I rettili hanno sviluppato diversi adattamenti che hanno permesso loro di diventare i vertebrati terrestri dominanti sulla Terra per quasi 250 milioni di anni, fino all’estinzione dei dinosauri e all’ascesa dei mammiferi. Probabilmente il più importante di questi adattamenti fu l’evoluzione dell’uovo amniotico. A differenza delle uova degli anfibi e dei pesci, le uova deposte dai rettili erano adattate per una grande varietà di condizioni sulla terraferma. Queste uova amniotiche contengono un embrione circondato da un sacco amniotico protettivo e da un guscio. La figura 5.32 mostra che l’evoluzione dell’uovo amniotico ha permesso ai rettili di sopravvivere in un’ampia varietà di habitat terrestri asciutti, a differenza degli anfibi. L’amnios, o sacco amniotico, è un tessuto impermeabile pieno di fluido che nutre l’embrione in via di sviluppo e lo protegge dall’essiccazione.

Un altro importante adattamento che ha permesso ai rettili di prosperare in ambienti terrestri è la pelle spessa e squamosa che tutti i rettili hanno (Fig. 5.30). Questo ha permesso ai rettili di sopravvivere non solo in ambienti terrestri, ma nelle condizioni più aride.

Acquisizione di energia

Gli organismi viventi richiedono energia per sopravvivere. Tutti i serpenti e i coccodrilli sono predatori che acquisiscono la loro energia da altri animali. Esempi delle loro prede includono piccoli rettili, uccelli, insetti, pesci e piccoli mammiferi. Alcuni serpenti, come i serpenti a sonagli, le vipere e tutti i serpenti marini, iniettano la loro preda con veleno mortale quando mordono. I coccodrilli sono generalmente predatori d’agguato – si nascondono in acque poco profonde prima di sorprendere la loro preda con potenti morsi.

Le lucertole e le tartarughe mostrano un’ampia diversità di diete. La maggior parte delle specie di lucertole si nutrono di piccoli invertebrati come insetti e ragni. Le iguane, compresa l’iguana marina, si nutrono di vegetazione. Le iguane marine usano le loro lunghe e potenti code per tuffarsi sul fondo del mare dove si nutrono di macroalghe, o alghe. Le tartarughe marine generalmente mangiano meduse, spugne, crostacei, alghe e macroalghe.

Crescita, sviluppo e riproduzione

Quasi tutte le specie di rettili producono prole attraverso la riproduzione sessuale. I rettili maschi fecondano le uova femminili internamente. La maggior parte dei rettili danno alla luce i loro piccoli attraverso uova deposte esternamente. Queste uova amniotiche hanno tipicamente un guscio morbido e coriaceo o un duro guscio protettivo. Tutte le tartarughe marine devono tornare sulla terraferma per scavare i nidi nelle spiagge sabbiose. La maggior parte delle specie ritorna alle stesse coste dove sono nate.

A differenza degli anfibi, i rettili non hanno fasi di sviluppo larvale. Ricordiamo come le rane appena nate appaiono sotto forma di uno stadio larvale di girino con una lunga coda che nuota e senza arti. I girini alla fine subiscono la metamorfosi per trasformarsi in rane adulte. Al contrario, una tartaruga marina appena nata crescerà semplicemente e maturerà in età adulta senza cambiare drammaticamente forma.

Il comportamento di cura dei genitori è raro tra i rettili, con l’eccezione degli uccelli e dei coccodrilli. Le femmine di coccodrillo non solo proteggono i loro nidi da potenziali predatori mangia-uova, ma assistono anche la loro prole (Fig. 5.33).

Comportamento

I rettili mostrano una vasta gamma di comportamenti in risposta ad altri organismi e al loro ambiente. Una delle cose più importanti che i rettili realizzano attraverso il loro comportamento è la regolazione della loro temperatura corporea interna.

La termoregolazione è la capacità di controllare la temperatura corporea all’interno di un organismo vivente. Mantenere una temperatura corporea appropriata è importante per il metabolismo, la locomozione e molti processi cellulari negli organismi viventi. Ricordiamo che tutti gli anfibi e i rettili viventi sono animali ectotermi o “a sangue freddo”. Gli animali ectotermi non sono in grado di generare e mantenere il calore corporeo internamente. Devono assorbire il calore dall’ambiente circostante. I rettili possono spesso essere visti aumentare la loro temperatura corporea crogiolandosi al sole all’alba o riposando su rocce calde al tramonto. Possono diminuire la loro temperatura corporea nascondendosi sotto terra, in acqua o all’ombra. Alcuni rettili sono anche capaci di regolare la temperatura corporea cambiando la colorazione della loro pelle. Sia gli anfibi che i rettili usano il comportamento per regolare la temperatura corporea. Al contrario, gli animali endotermi sono capaci di mantenere la temperatura corporea attraverso reazioni chimiche interne derivanti dalla digestione del cibo. Esempi di endotermi – chiamati anche organismi a sangue caldo – includono mammiferi e uccelli. Tutti gli anfibi esistenti, le lucertole, le tartarughe, i serpenti e i coccodrilli sono ectotermi.