L’albero genealogico dei dinosauri piumati che “per caso” diventarono uccelli

Il dinosauro paravian Microraptor salta da un albero all’altro (ricostruzione artistica)

L’evoluzione degli uccelli da un gruppo di piccoli dinosauri tra i 170 milioni e 150 milioni di anni fa, è emerso come un esempio da manuale di una grande trasformazione evolutiva nella documentazione fossile ( 1 ). Il raggiungimento di volo a motore, cioè lo sbattimento attivo che genera spinta è stata considerata, a volte in modo esplicito ma spesso implicitamente, come una lunga marcia evolutiva in cui la selezione naturale progressivamente si è affinata in un sottogruppo di dinosauri in trapezisti sempre più perfezionati nel corso dei milioni di anni. Tuttavia, le scoperte fossili recenti rivelano una storia molto più interessante che sta cominciando a essere corroborata da studi biomeccanici. Secondo questa storia, lo sviluppo di volo era caotico, con diversi dinosauri che sperimentavano con diversi comportamenti nell’aria con profilo alare diverso e le modalità di piume (vedi figura). Alla fine, solo gli uccelli moderni sono sopravvissuti.

La crescente comprensione della transizione dinosauro-uccello deriva da un tesoro di fossili dei primi uccelli e dei loro cugini di dinosauro più vicini raccolti nel corso degli ultimi due decenni. Degna di nota sono le migliaia di fossili cinesi con dettagli raffinati di piume e altri tessuti molli ( 2 ). Una volta posti insieme su un albero genealogico, questi fossili hanno mostrato che molti componenti anatomiche dell’apparato del volo moderno-uccelli si sono evoluti in maniera frammentaria su decine di milioni di anni di evoluzione dei dinosauri, per motivi estranei a volo ( 1 , 3 ).

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Anche la funzione aviaria più quintessenza di tutte, le penne,si è evoluta come un adattamento al volo. Hanno iniziato come filamenti simili a capelli, che i primi dinosauri acquisirono, molto probabilmente, per l’isolamento ( 4 ) o per camuffare i loro corpi ( 5 ). Xing et al, il paleontologo che recentemente ha effettuato la sorprendente scoperta di una coda di dinosauro in carne e piume conservata nell’ambra fossile, ci ha offerto il primo sguardo alla struttura tridimensionale di queste “protopiume”, che erano morbide, flessibili, e disposte in una sequenza ordinata ( 6 ). In alcuni teropodi carnivori successivi, questi semplici filamenti si sono evoluti in grande, appiattiti, con ramificazioni delle strutture simili a piume che hanno poi con il tempo portato alle ali degli uccelli che conosciamo oggi.

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Le ali sono essenziali per il volo; sono l’elemento che funge da “ascensore” per gli animali volanti. Quindi, non è una sorpresa che essi sono stati un dettaglio fondamentale di una recente ricerca. Quando i fossili cinesi hanno iniziato ad emergere alla fine del 1990, hanno mostrato qualcosa di inatteso: molti dinosauri teropodi avevano le ali di varie forme e dimensioni, e molte specie con ali avanzate, come il Microraptor , che sono strettamente legati agli uccelli, avevano le ali su entrambe le “braccia” e le “gambe” ( 2 ). Inoltre, le ali prima apparivano anche in precedenza in modo molto più primitivo, nei dinosauri teropodi di medie dimensioni che sono ampiamente ritenuti troppo grandi per volare ( 7 ). Nel 2014, Foth et al. ha proposto un’ipotesi provocatoria: le ali originariamente si sono evolute come strutture espositive e successivamente sono state riutilizzate come profili alari ( 8 ).

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Testare questa ipotesi, tuttavia, è difficile. Come si può dimostrare che qualcosa in un fossile era definitivamente a scopo ornamentale? Un indizio viene da strutture da pigmento fruttiferi chiamati melanosomi, che sono stati identificati nelle piume fossili tramite microscopia ad alta risoluzione. I risultati rivelano che le ali teropodi erano caratterizzate da vari colori, come ci si potrebbe aspettare se sono stati utilizzati per la decorazione ( 9 ). Ma questo non offre concretamente conferma che si sono evoluti per questo scopo.

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Molte più domande rimangono, comunque. Per tutto il ronzio circa scoperte dinosauro piumato, c’è poca chiarezza su quali dinosauri potrebbero realmente volare. Rispondere a questo richiede studi quantitativi biomeccanici che verificano se diverse configurazioni ala e piuma, in una serie di dinosauri, fossero capaci di offrire volo sulle attività da esse alimentato abilitate, incipiente volo sbattendo, volo a vela, o di altri comportamenti presenti nell’aria.

Questo, a sua volta, contribuirebbe a districare che i dinosauri potevano volare, utilizzando alcuni stili, e il modo in cui venivano usate le prestazioni di volo è dipeso nell’albero genealogico dei dinosauri. La maggior parte del lavoro in questo settore si è concentrato sulle quattro ali del Microraptor , analizzate con modelli matematici e fisici per valutare le loro potenzialità di volo ( 10 ). Microraptor è noto da molti studi, ma non è ancora sufficiente per offrirci risposte definitive sul potenziale stile di volo di alcuni dinosauri piumati.

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Uno studio biomeccanico pubblicato lo scorso anno da Dececchi et al. ( 11 ) è un passo nella giusta direzione. Gli autori hanno utilizzato diversi modelli matematici per prevedere se i vari dinosauri alati e uccelli potessero impiegare vari stili di volo battente visto negli uccelli moderni. Il verdetto: Fatta eccezione per una manciata di paravians, i dinosauri non avevano le dimensioni delle ali o configurazioni necessarie per il volo a motore.

Inoltre, guardando le tendenze in tutto l’albero genealogico, Dececchi et al. non trovato nessun modello di progressivo affinamento della capacità aerea che inizia con l’origine delle ali. Questo supporta l’ipotesi che le ali si svilupparono per ragioni nonflight (come la visualizzazione, la cova delle uova, o qualcosa di completamente diverso) e che la loro prima evoluzione non è stata plasmata da selezione per sbattimento aereo. Solo molto più tardi, a quanto pare, alcuni paravians si adattarono per la giusta combinazione di piccole dimensioni del corpo, grandi ali, e le altre caratteristiche anatomiche per iniziare il volo a motore. E ‘stato a quel punto che la selezione è stata in grado di plasmare questi animali in macchine volanti più efficaci.

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Vi è un altro tocco di Dececchi et al. ‘s studio. Anche se alcuni paravians come Microraptor possono essere stati in grado di trasportare se stessi attraverso l’aria, gli autori hanno trovato che non tutti i paravians avevano questa capacità. E non era l’antenato comune di paravians e uccelli chiaramente un effetto ascensore. Accoppiandosi con le molte differenze morfologiche tra paravians alati e uccelli in anticipo, questo suggerisce che il volo a motore non può essere stato un’innovazione singolare del lignaggio che ha portato gli uccelli moderni, ma un comportamento che molti gruppi differenti con piccole piume (paravians alati) hanno realizzato in modo indipendente.

Questa idea è sostenuta dalla scoperta, riportata da Xu et al. nel 2015, di un piccolo teropode, chiamato Yi qi , con una membrana da pipistrello di pelle tesa tra le dita e il corpo ( 12 ). Tutti gli altri dinosauri alati noti hanno piume pennaceous. Sembra probabile che la membrana di Yi Qi rappresentasse un vero profilo alare, probabilmente utilizzato per il volo a vela, come l’animale, probabilmente non ha avuto la flessibilità ala lembo. La costruzione insolita delle sue ali è sorprendente ed evidenza che le diverse forme di volo dinosauri si sono evolute in diversi gruppi.

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L‘Era Mesozoica (da 252 milioni a 66 milioni di anni fa) deve essere stata come una voliera per i dinosauri, la sperimentazione di diversi modi di navigare l’aria (vedi figura). Ma c’è ancora molto lavoro da fare per capire meglio questo periodo evoluzione inebriante. I modelli matematici sono un buon inizio, ma il prossimo grande passo avanti sarà disponibile con modelli più avanzati anatomici dei primi uccelli e dei loro stretti di dinosauro parenti-fisiche quelli ( 10 , 13 ) che possono essere sottoposti a galleria del vento esperimenti, e quelle digitali che possono analizzare le simulazioni in modalità computazionale.

Questo matrimonio tra paleontologia e di ingegneria porterà ad un quadro molto più nitido dei comportamenti aerei di queste specie estinte da tempo. Porterà anche maggiore chiarezza su come il sistema alimentato dal volo degli uccelli di oggi è emerso dalla grande complessità anatomica e comportamentale dei loro antenati dinosauri.

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Riferimenti

Fonte: Science Magazine 

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