12 febbraio 2017

Il Darwin Day nell'Era della Idiocrazia



Oggi è il così detto “Darwin Day”, dal nome dello scienziato inglese famoso per la controversa teoria dell’evoluzione. L’evoluzione, si sa, è solo una ipotesi, con numerose falle e limiti, incapace di spiegare come sia possibile che da una scimmia si sia arrivati alla irriducibile mente dell'uomo. Mi pare inutile dilungarmi nello spiegare tutti i limiti dell’evoluzione: chiunque può farsi un’idea della faccenda visionando i molti video su YouTube che affrontano questa questione.

Chissà a quanti di voi sia capitato di leggere o ascoltare frasi più o meno simili a quelle che ho inventato qui sopra. Difficile avere speranza di poter spiegare a qualcuno già impostato in quel modo la complessità, ricchezza, bellezza e robustezza dell’Edificio Darwiniano che oggi celebriamo. Se qualcuno pensa sinceramente che si possa confutare 2 secoli di scienza biologica con 2 video su YouTube (quasi sempre realizzati con una grossolanità imbarazzante), c'è poca speranza di dialogo. Specialmente in un paese come l’Italia, dove la cultura scientifica è marginalizzata e disprezzata ad ogni livello istituzionale, e dove il povero Darwin è costretto a festeggiare il compleanno incuneato tra il Festival della Canzone Italiana di San Remo e la ricorrenza di San Valentino. Chi ha bisogno di festeggiare una delle più grandi conquiste della razionalità quando tutto il paese si divide tra l’istituzionalizzazione del canto nazional-popolare e la commercializzazione dell’amore tardo-adolescenziale?

Pertanto, chiudo qui la polemica. A quelli di noi ben consapevoli che l’opera e le implicazioni della teoria di Darwin rappresentino non solo una conquista della Scienza biologica ma anche una fase fondamentale nella storia della Civiltà umana, auguro un buon Darwin Day.

07 febbraio 2017

Epistemologia del meme di Ornitholestes

Nel precedente post, ho giocato un po' con gli strumenti della filogenetica per provare a ricostruire l'evoluzione dell'icona di Ornitholestes dopo che fu creata da Knight nel 1914.
In questo tipo di analisi, è sempre bene ricordare che un programma di analisi dei dati vi produrrà sempre un output qualora voi immettiate un input analizzabile. Ma ciò non implica che tale output sia sensato. Il post si concludeva infatti con tale monito.
Ed in effetti, ritengo che l'albero ottenuto, per quanto simpatico nella sua forma, sia poco sensato nella sua consistenza. Il motivo principale è legato a due fattori:
  • la quantità di dato
  • il meccanismo reale che dovrebbe aver generato tale pattern

Nel primo caso, il dato utilizzato è ridotto. Usare solamente 10 caratteri binari per analizzare la diversità in un campione di 12 oggetti è una procedura relativamente debole sul piano statistico. Non si può escludere, difatti, che il risultato ottenuto sia un mero effetto di fattori casuali che in un campione ridotto rendono apparentemente simili oggetti che non hanno acquisito tale similitudine per effetto di cause comuni. In breve, è il classico caso di errore di campionamento. Il sospetto è fondato per tutti quei raggruppamenti con una bassa consistenza statistica (in questo caso, tutti).

Nel secondo caso, quale causa fisica può produrre iconografie simili? L'imitazione. L'imitazione è una relazione ordinata nel tempo: non si può imitare qualcosa che è nel futuro. Questo vincolo cronologico è stato incorporato nella analisi Bayesiana, ma di per sé stabilisce solamente la necessità di trovare gli “ancestori iconografici” nel passato di un'immagine. Nessuno può escludere che un'immagine abbia più di un ancestore, ovvero che sia il risultato di una “ibridazione memica”. Ad esempio, io potrei realizzare una immagine usando come riferimento la testa e arti di Knight 1914 ma la coda di Zallinger 1960. In casi come questi, l'analisi filogenetica, che discrimina solamente pattern dicotomici o lineari, ma non multiple ibridazioni che convergono in un discendente solo, è a priori incapace di testare questi scenari.

Concludo con un'altra analisi effettuata sulla medesima matrice usata nel precedente post, ma usando solo i dati morfologici e non la data di realizzazione. Una cluster analysis raggruppa le forme solamente in base al grado di somiglianza, senza badare al significato evoluzionistico di tale somiglianza (ovvero, se plesiomorfica o derivata). 



L'analisi mostra, in particolare, che Acheson 1962 e Kunstler 1974 sono praticamente indistinguibili (in base ai dati usati) da Knight 1914 e che tale somiglianza è statisticamente molto robusta. Tradotto in una interpretazione: Acheson e Kunstler (gli autori delle immagini) letteralmente copiarono di sana pianta Knight senza badare ad altre opere successive il 1914. Questa è una plausibile spiegazione del pattern osservato, ma che non potrebbe risultare da una analisi come quella svolta nel post precedente.

Morale della favola: gli strumenti analitici sono tanti e tutti utili. Ma sono solo macchine brute che processano numeri. Sta a noi capire se e quando servirci del loro operato. Ed occorre sempre sapere bene perché usarli e come interpretarli.

06 febbraio 2017

Tempo e modo nell’evoluzione memetica di Ornitholestes (1914-1977) usando l'analisi Bayesiana

Questo post è da annoverare nella lista dei 50 post più nerd nella storia della blogosphera.
Tutto è stato ispirato da questa immagine postata su twitter e Facebook da Mark Witton:



Essa mostra varie silhouette di ricostruzioni paleoartistiche di Ornitholestes, sovrapposte con la silhouette della prima (e abbastanza nota) ricostruzione di Ornitholestes, realizzata nel 1914 da Charles Knight. Il nome a fianco di ogni silhouette indica l’autore e l’anno della ricostruzione. Notate che ci sia una qualche variabilità ma anche una forte conservazione in determinati caratteri di queste versioni alternative ovviamente ispirate alla immagine originaria del 1914. La mia mente di filogenetista ha subito iniziato a ragionare se quelle diverse silhouette fossero il frutto di un qualche processo evolutivo, e quindi commentai sulla sua pagina Facebook di Witton che sarebbe stato interessante fare un'analisi filogenetica di quelle silhouette.
A quel punto, nacque l'idea del post.
Mentre ragionavo su come svolgere l'analisi filogenetica, la presenza delle date di realizzazione associate ad ogni immagine fece scattare una colossale deformazione professionale: e se applicassi i metodi filogenetici Bayesiani che includono il dato-tempo nelle analisi (oggetto della mia tesi di dottorato)?
E così ho fatto.

Ho stilato una lista di 10 caratteri morfologici che differenziano le varie silhouette (la lista può essere più ampia, ma mi pare che già così sia esaustiva della diversità nel campione):
[1] 'Mouth: open (0); closed (1).'
[2] 'Head orientation: ventral (0); antero/dorsal (1).'
[3] 'Neck: erect (0); projected anteriorly (1).'
[4] 'Right hand: ventral (0); at level (1) of mouth.'
[5] 'Left arm: pointing dorsally (0); pointing anteriorly (1).'
[6] 'Left knee: flexed (0); extended (1).'
[7] 'Left foot: extended (0); flexed (1).'
[8] 'Right leg: touch ground (0); raised (1).'
[9] 'Tail base: straight (0); flexed (1).'
[10] 'Tail tip position: level of head (0); below head (1).'

Ho codificato tutte le silhouette (inclusa quella di Knight 1914) per quest caratteri, ed ho caricato la matrice corrispondente, assieme ai dati cronologici di ciascuna silhouette in BEAST2, impostando come modello per l'albero il “Fossilized Birth-Death” model con “Sampled Ancestors”. Si tratta di un modello per la ricostruzione degli alberi che è in grado di determinare se uno o più taxa analizzati siano ancestori diretti di altri taxa inclusi nella analisi, e quindi non debbano essere analizzati come coppie di sister-taxa divergenti ma come punti di una singola linea evolutiva.

L'albero risultato dalla analisi è il seguente:

L'asse tempo è quello orizzontale. Le silhouette con il nome dentro un rettangolo sono antenati diretti delle silhouette successive.

L'analisi predice che Knight 1914 è l'antenato di tutte le altre silhouette. Pistorius 1958 non è antenato di alcuna silhouette successiva, e risulta sister-taxon dei restanti discendenti di Knight 1914, che formano un clade che battezzo Zallingeria, definito come “Zallinger 1960 e tutti i sui discendenti”. L'analisi predice che Pistorius 1958 e Zallingeria si sono separati memeticamente intorno al 1953. Inoltre, Zallinger 1960 genera direttamente Acheson 1962, il quale è l'antenato diretto di tutte le silhouette successive. Intorno al 1966, la linea memetica che porta a Branderberg 1969 si separa dalla linea che conduce agli Ornitholestes realizzati negli anni '70, i quali formano un clade chiamato Streetoidea, definito come “Street 1971 e tutti i suoi discendenti”. Ruth 1972 risulta il discendente diretto di Street 1971, ed è a sua volta l'antenato di tutte le silhouette successive. L'analisi predice che intorno al 1973 avviene una nuova divergenza memetica: una linea, detta Kunstleridae (definita come “Kunstler 1974 e tutti i suoi discendenti”), si separa da un'altra linea, detta Casellidae (definita come “Caselli 1975 e tutti i suoi discendenti”). All'interno dei Kunstleridae, Allen 1976 è l'antenato diretto di Zallinger 1977 (che non discende quindi direttamente da Zallinger 1960), mentre nei Casellidae, Hildebrandt 1976 è il discendente di Caselli 1975.

Interessante osservare che 2/3 delle silhouette analizzate si possono considerare come antenati di altre silhouette (ovvero come punti di una singola linea evolutiva), e che la storia paleoartistica di Ornitholestes nell'intervallo 1914-1977 si possa descrivere con una singola sequenza principale e solamente 3 eventi di divergenza “artistica” (la divergenza Pistorius-Zallengeria, la divergenza Branderberg-Streetoidea, e la divergenza Casellidae-Kunstleridae).

Quanto questo post è idiota e senza senso, e quanto potrebbe essere una interpretazione plausibile delle varie influenze che in 60 anni hanno plasmato (in modo alquanto conservativo) l'immagine di Ornitholestes?

Lascio a voi questa valutazione.

04 febbraio 2017

Il bizzarro Cruralispennia




Olotipo di Cruralispennia (da Wang et al. 2017)

Il primo theropode mesozoico istituito nel 2017 (senza contare i taxa battezzati in formato digitale o “in press” su articoli pubblicati già a fine 2016 ma aventi il 2017 nella loro data ufficiale di pubblicazione) è, tanto per cambiare, un enantiornithe. Wang et al. (2017) descrivono un interessante esemplare di aviale dalla Formazione Huajiying della Cina settentrionale, particolarmente interessante per essere quella più antica al mondo contenente aviali pigostiliani (con Eoconfuciusornis, Protopteryx, Eopengornis e Archaeornithura), ed istituiscono Cruralispennia multidonta. L’esemplare è articolato e quasi completo, con tanto di traccia del piumaggio. Il nome del genere fa riferimento alla peculiare tipologia di piumaggio a livello del tibiotarso, mentre la specie si riferisce alla presenza di 14 denti nel dentale, un numero relativamente alto per un enantiornithe. Cruralispennia mostra alcune sinapomorfie degli enantiornithi (come la superficie prossimale dell’omero concava e la presenza di due paia di processi distali nello sterno), ma manca di altri caratteri tipici di molti (ma non tutti) gli enantiornithi, come la marcata convessità del margine laterale del coracoide. Inoltre, il pigostilo di Cruralispennia è morfologicamente più simile a quello degli ornithuromorfi (che è relativamente corto e alto) rispetto all’allungato elemento tipico degli enantiornithi. Elementi significativi per la collocazione filogenetica, come la furcula o il terzo dito della mano, sono purtroppo assenti. Nonostante provenga dalla più antica formazione a pigostiliani al mondo, l’analisi di Wang et al. (2017) colloca Cruralispennia in posizione relativamente derivata in Enantiornithes. Anche Megamatrice colloca Cruralispennia relativamente derivato in Enantiornithes, potenzialmente in Gobipterygidae.
Qualora questo risultato sia confermato da analisi future, ciò implicherebbe che l’evoluzione di Enantiornithes (e di buona parte della base di Avialae) deve essere collocata ben prima dell’Hauteriviano (130 milioni di anni fa). Ad essere onesti, questo risultato non mi sorprende molto, dato che è perfettamente coerente con alcuni miei studi recenti: sia l’analisi Bayesiana incorporante il dato tempo per Avialae di Lee et al. (2014a) sia quella dell’intero Theropoda (Lee et al. 2014b) colloca la radiazioni basale di Avialae e l’origine dei principali rami di Enantiornithes tra la fine del Giurassico e la primissima base del Cretacico.

Bibliografia:
Lee M.S.Y., Cau, A., Naish, D., Dyke, G.J. 2014a. Morphological clocks in palaeontology, and a Mid-Cretaceous origin of crown Aves. Systematic Biology 63:442–449. doi: 10.1093/sysbio/syt110.
Lee M.S.Y., Cau A., Naish, D., Dyke G.J. 2014b. Sustained miniaturization and anatomical innovation in the dinosaurian ancestors of birds. Science 345:562–566.
Wang, M. et al. A bizarre Early Cretaceous enantiornithine bird with unique crural feathers and an ornithuromorph plough-shaped pygostyle. Nature Communications 8, 14141 doi: 10.1038/ncomms14141 (2017).