QUANDO AI DINOSAURI SPUNTARONO LE PENNE

di Gianni Matranga

Ricostruzione di una famigliola di protouccelli nel loro ambiente

Per immaginario collettivo, si intende un insieme di concetti presenti nella memoria e nell'immaginazione di una molteplicità di individui facenti parte di una certa comunità, ciò che dà forma alla memoria collettiva. In parole semplici è il pensiero ricorrente della maggior parte della gente su un determinato problema o concetto od altro ancora molto vicino anche al concetto di luogo comune. Capisco che risulta alquanto singolare iniziare così un articolo ma ha preferito sbarazzarmi di tutto ciò in anticipo in quanto utilizzerò spesso questo concetto lungo il percorso dell’esposizione.

                   alt      alt

A sx il numero di Science che riportava l’articolo completo sul resoconto delle scoperte sull'Anchiornis ed a dx quello che definiva la scoperta come una di quelle più importanti del decennio

Da tempo avevo in mente di trattare l’argomento che a me sembra interessante e stimolante anche se comprendo benissimo non alla portata di tutti, ma proverò lo stesso ad interessare quanta più gente possibile. Questa volontà prende spunto da recenti pubblicazioni, in particolare sulla prestigiosa rivista americana Science, sull’evoluzione degli uccelli. Ha avuto anche una ulteriore accelerazione per il fatto che leggo costantemente su riviste del settore, anche su quelle ufficiali di Federazioni, le solite stereotipate affermazioni che fanno ormai parte dell’immaginario collettivo quando si parla dell’argomento e che se possono, in qualche misura, avvicinarsi alla verità non la rappresentano che in parte ed in maniera incompleta e non aderente ai principi meramente scientifici costituendo, in poche parole, superate posizioni od interpretazioni. Capisco bene, d’altronde, che non è possibile delineare modelli conformi a tali principi viste le vocazioni divulgative ed il target di lettori a cui sono dedicati, però a questo punto si porrebbe il dilemma; pubblicare od astenersi dal farlo visto il rischio che si corre; oppure, cosa molto più semplice, affidare alle cure preventive di un esperto la revisione dei testi. La risposta io l’avrei ma preferisco lasciare ad altri questo tipo di valutazione. Penne degli Uccelli che deriverebbero dalle squame dei rettili (a tal proposito è bene precisare che nell’immaginario collettivo il rettile viene identificato con i serpenti), di Archaeopteryxe di tante altre cose del genere declinate e fornite tout cour è, a mio parere, troppo restrittivo ed incompleto anche perché, per esempio, nella pratica i serpenti rappresentano gli unici rettili dotati di squame insieme alle lucertole con le quali costituiscono l’ordine degli Squamata mentre i rettili da cui discenderebbero gli uccelli sono un ramo diverso da questi ultimi come si evince abbastanza facilmente dal grafico filogenetico redatto da Benton nel 2004, il più recente e condiviso.

Filogenesi

Sauropsida

  |--Anapsida

  |  |--Mesosauridae (estinti)

  |  `--Parareptilia

  |     |--Millerettidae (estinti)

  |     |--Bolosauridae (estinti)

  |     `--Procolophonomorpha

  |        |--Procolophonia

  |        |  |--Procolophonidae (estinti)

  |        |  `--Pareiasauridae (estinti)

  |        `?-Testudines (tartarughe)

  `--Eureptilia      

     |--Captorhinidae (estinti)

     `--Romeriida

        |--Protorothyrididae (estinti)

        `--Diapsida

           |--Araeoscelidia (estinti)

           |--Avicephala (estinti)

           `--Neodiapsida

              |?-Younginiformes (estinti)

              `--+--Lepidosauromorpha

                 |  |?-Euryapsida

                 |  |  |?-Sauropterygia (estinti)

                 |  |  `?-Ichthyopterygia (estinti)

                 |  `--Lepidosauriformes

                 |     `--Lepidosauria

                 |        |--Sphenodontida (tra cui i tuatara i più antichi rettili viventi)

                 |        `--Squamata (tra cui lucertole, mesasauri e serpenti)

                 `--Archosauromorpha

                    |?-Choristodera (estinti)

                    |--Trilophosauria (estinti)

                    |--Rhynchosauria (estinti)

                    |--Prolacertiformes (estinti)

                    `--Archosauriformes

                       |--Proterosuchidae (estinti)

                       |?-Erythrosuchidae (estinti)

                       |--Euparkeriidae (estinti)

                       `--+--Proterochampsidae

                          `--Archosauria

                             |--Crurotarsi (tra cui Crocodylia gli attuali ccoccodrilli)

                             `--Ornithodira

                                |--Pterosauromorpha (estinti)

                                `--Dinosauromorpha (tra cui Dinosauria, che include Aves gli uccelli)

                             Schema filogenetico proposto da Benton nel 2004

In particolare da questo albero si può dedurre che gli Squamata sono un ramo terminale derivato dei Lepidosauri mentre gli Uccelli deriverebbero dai Dinosauri del ramo Ornithodira vicino, o possiamodire “imparentato”, con il ramo dei Crurotarsi di cui fanno parte i Crocodylia ramo che comprende la grande famiglia dei coccodrilli.A proposito proprio della genesi od origine delle penne degli Uccelli, Igor Festari riprendendo quanto affermato daPandian K. e Chiappe L.M., in “L’origine degli uccelli e del loro volo” Le Scienze n° 356 del 1998 dice ”……il possesso di un evidente tegumento piumato ha rappresentato, fino a pochi anni or sono, il tratto più saliente della classe Aves; si pensava, inoltre, che tale struttura fosse un’esclusiva degli Uccelli. Tuttavia, nel 1995 è venuto alla luce, nella regione cinese del Liaoning, lo spettacolare fossile di un teropode completamento ricoperto di strutture filamentose, perfettamente conservate e chiaramente riconducibili a proto-piume (piume molto sottili e dalla struttura semplificata, simili alle filo-piume che ricoprono il collo dei moderni avvoltoi o alle vibrisse modificate dei succiacapre), mentre erano ancora assenti le penne….”  Questi nuovi ritrovamenti ”…  sembrano provare inconfutabilmente che piume e penne (o, come minimo, le strutture dalle quali esse derivano) apparvero ben prima degli Uccelli. Molto probabilmente lo strato di proto-piume che ricopriva interamente il corpo di questi antichi teropodi serviva ad aumentare l’isolamento termico e a garantire una temperatura corporea costantemente elevata, assai importante in animali molto attivi e di piccole dimensioni (oggigiorno, parallelamente, i mammiferi più piccoli hanno il pelame più fitto mentre quelli di maggiori dimensioni, come gli Elefanti, i Bovidi o i Cetacei, possono esserne addirittura sprovvisti). Sicuramente, anche le penne hanno cominciato ad evolversi (probabilmente come strutture di comunicazione visiva, utilizzate nei rapporti interspecifici e durante le parate nuziali) ben prima che gli Uccelli veri e propri le utilizzassero per spiccare il volo.” A questo punto risulta agevole ipotizzare con più accostamento alla verità che la evoluzione delle piume e penne degli uccelli abbia potuto avere la seguente sequenza:

 
Pelle nuda >> Peli >> Proto-piume >> Filopiume >> Piume >> Piume e penne per comunicazione >> Penne per il volo

	 

Come è naturale il passaggio fra una fase e l’altra non è da considerarsi mai netto e, pertanto, per esempio, lo stato fra peli e proto-piume sarà caratterizzato da forme e caratteristiche intermedie o di avvicinamento a quelle nominali. Altri autori pur accettando tale ipotesi associano i peli anche agli eventuali aculei posseduti da alcuni dinosauri in special modo a quelle del capo e del dorso, quindi, Peli=Aculei, il resto rimane inalterato pur nella differenziazione nei processi intermedi. Sempre sul tema delle piume, è stata la scoperta di un precedente fossile che apriva la strada su nuovi orizzonti che successivamente venivano confermati e definiti con l’Anchiornis. Il fossile in questione è del Sinosauropteryx che conserva infatti resti di minuscole strutture simili a rudimentali piume, dei semplici filamenti allungati che sembrano uscire dalla pelle della schiena, della testa e della coda; quel che resta di un soffice, caldo e fitto piumaggio che, probabilmente, ricopriva tutto il corpo dell'animale. Le piume non permettevano il volo ma servivano a mantenere la temperatura corporea. Una tale necessità è una prova del fatto che i dinosauri, almeno i più piccoli e agili, fossero animali a sangue caldo mentre i rettili sono a sangue freddo.Gli Pterosauri, i primi a volare sui cieli della terra, e che deriverebbero pure loro dal ramo Ornithodira non erano uccelli veri e propri in quanto non provvisti di penne. La loro capacità di veleggiare era affidata, infatti, ad estensioni di pelle fra gli arti anteriori e fra quelli posteriori. Ecco perché, molto spesso, l’immaginario collettivo mal si adatta alla cultura ed al sapere attraverso la conoscenza e le scoperte che si vanno succedendo e che cambiano, e di non poco, le prospettive di un concetto. Per non parlare di quelle scoperte che addirittura assumono carattere di rivoluzione di tutto un modo di spiegare certi fenomeni creando i presupposti per nuove ed affascinanti teorie evoluzionistiche. Detto questo per precisazione dovuta, ritorniamo sul solco principale del nostro racconto cominciando con ordine la trattazione. In questo articolo illustreremo quello che hanno fatto alcuni scienziati americani e cinesi decifrando gli indizi nascosti all'interno di microscopici elementi presenti in alcuni fossili. Nel dicembre del 2010 Science, la rivista americana che si occupa, come indica chiaramente il nome, di scoperte scientifiche e di tutto ciò che ad esse attiene, pubblica un report su quelle dell’ultimo decennio che hanno rivoluzionato tendenze e teorie fino a quel punto staticamente ancorate a principi ormai superati e già più volte messe in discussione. Il team di ricerca, protagonista di una di queste ricerche che a noi interessa evidenziare in queste note, è quello dell’Università di Yale. Questi scienziati hanno scoperto i colori vivaci che ornavano un dinosauro piumato estinto da più di 150 milioni di anni (precisamente tra i 151 e i 161 milioni di anni).

alt    

Il fossile di Anchiornis huxleyi

alt

Ricostruzione  grafica effettuata dallo specialista Michael Di Giorgio per la Yale University su indicazione di Vinther

A differenza del lavoro pubblicato in precedenza nel 2009 da altri scienziati Cinesi, che ha dedotto l'esistenza di due tipi di pigmenti di melanina in varie specie di dinosauri piumati fossili in loro possesso, il nuovo studio, ha analizzato i colori presenti nelle strutture chiamate melanosomi estratti da un fossile intero di un animale unico, cosa che ha permesso ai ricercatori di scoprire nuovi e ricchi modelli di colore dell'animale intero. La loro presenza all’interno dei cheratinociti determina poi il colore della pelle e, nel nostro caso, anche delle penne. In realtà, l'analisi dei melanosomi condotta dalla squadra della Yale University è stata così precisa da consentire al team l’assegnazione dei colori alle singole piume di questo fossile a cui venne attribuito il nome di Anchiornis huxleyi, dal greco “anchi” che significa vicino ed “ornis” che significa uccello, mentre huxleyi, in onore di T.H. Huxley, uno scienziato postdarwiniano pioniere della ricerca aviaria. La creatura custodita in queste rocce era un dinosauro troodontide a quattro ali che visse durante il tardo periodo Giurassico in Cina. Questo dinosauro aveva un mantello generalmente grigio scuro, una cresta di un bruno-rossastro così come alcune macchie nel viso, piume bianche sulle ali e zampe, con punte maculate o pezzate di nero e bianco. I modelli a colori degli arti, sono fortemente simili a quelli sfoggiati da alcuni polli moderni della razza Silver Hamburg (vedi foto), e probabilmente funzionava a livello di comunicazione e per attrarre i simili, come ha suggerito Richard Prum ornitologo dell'Università di Yale. La stereotipata e concettuale immaginazione fin qui avuta dei colori dei dinosauri, con questa scoperta, viene così rivoluzionata che è in atto una corsa alla “ricolorazione” di quanti più animali preistorici possibili. Il merito di tale scoperta è dovuto a Jakob Vinther studente laureato in paleobiologia molecolare presso il Dipartimento di Geologia e Geofisica della Università di Yale. Vinther stava studiando la sacca d'inchiostro di una seppia arcaica e si accorse che alcuni microscopici granuli all'interno del fossile erano in realtà melanosomi - un organulo cellulare contenente la melanina, un pigmento che assorbe la luce negli animali, compresi gli uccelli. Mentre alcuni scienziati pensavano che questi granuli erano i resti di antichi batteri, Vinther, Prum e Derek EG Briggs, il professor Federico Guglielmo Beinecke della facoltà di Geologia e Geofisica e, quest’ultimo, anche direttore del Yale Peabody Museum of Natural History, con questa ricerca hanno messo in discussione tale ipotesi. In primo luogo, hanno testato la teoria di Vinther su una piuma vecchia di 112 milioni di anni proveniente da ritrovamenti fatti in Brasile e poi per comparazione dedurre i colori appartenenti ad uno uccello estinto circa 47 milioni di anni fa. Al team di ricerche iniziale si associano il prof. Gao Keqin della Peking University e Li Quanguo e Meng Qingjin del Museo di Storia Naturale di Pechino. Inserendo nella squadra questi scienziati Cinesi è stato possibile esaminare il fossile che era stato rinvenuto nella provincia Cinese del Liaoning e custodito nei propri musei e mai osservato da ricercatori occidentali. Questa scoperta, tra le altre cose, ha permesso ai paleontologi di raccogliere abbondanti prove confermando una volta per tutte la controversa teoria che gli uccelli moderni sono i discendenti dei dinosauri teropodi. Senza ulteriormente scendere nei dettagli di questa spedizione diremo che l'analisi delle piume prelevate da questo fossile ha permesso agli scienziati di distinguere con certezza più del 90 per cento dei colori di queste, ricavandone modelli molto vicini alla realtà ed applicabili ad un qualsiasi animale estinto. Una sorta di Stele di Rosetta della Preistoria. Una delle conclusioni su questo studio tratte da Julia Clarke, un paleontologo dei vertebrati presso l'Università del Texas a Austin, rivela che le piume dei dinosauri e la loro evoluzione, almeno in fase iniziale, non ha costituito il primo vero passo per il volo ma erano utilizzate per altri scopi come il mimetismo, la regolazione termica ed altro. Le nuove scoperte quindi rappresentano un patrimonio unico di intuizioni sulla storia avvincente dell'evoluzione delle piume nei dinosauri prima dell'origine degli uccelli moderni. Questa campionatura di colori all'interno di penne e piume è risultata molto più evoluta di quanto si credesse prima. Inoltre, questi risultati indicano come le piume dei dinosauri si siano evolute, probabilmente, con lo scopo primario di comunicare tra loro e poi lentamente altre funzioni compreso il volo arrivato come adattamento ultimo. Queste ricerche sono state possibili grazie agli abbondanti ritrovamenti di questi fossili, in numero di centinaia, negli stessi siti del primo rinvenimento e la loro recente utilizzazione è stata possibile a seguito di una “apertura” del Governo Cinese. Il campione tipo (nella collezione dell'Istituto di Paleontologia dei Vertebrati e Paleoantropologia, numero del campione IVPP V14378) è stato descritto dal paleontologo Xu Xing e colleghi in un articolo pubblicato sul Bollettino della Scienza Cinese nel 2009. È costituito da uno scheletro articolato, manca solo il cranio, parte della coda e la zampa anteriore destra. 

alt

Galline della razza Hamburg

Gli autori di tale descrizione hannostimato che un individuo completo sarebbe stato di 34 cm e pesasse solo 110 grammi, il che lo renderebbe il più piccolo conosciuto. Successivamente è stato affiancato ad esso un altro fossile identificato con la serie LPM-B00169 ma dallo scheletro quasi completo e con impronte più estese di piume.Rappresenterebbe, pertanto, il tanto ricercato “anello mancante”, relegando di fatto l’Archaeopteryx ad un’altra collocazione intermedia ora fortemente messa in discussione (stanno venendo fuori in questi mesi molti altri ritrovamenti fossili di “uccelli” in quella regione Cinese), in quanto l’Anchiornis ha vissuto tra i 10 ed i 15 milioni di anni prima e, a causa della presenza in esso di vere penne, implicherebbe un suo rapporto diretto tra i dinosauri e gli uccelli e la stessa definizione di questi ultimi soprattutto, ricavandone importanti indizi di come si siano sviluppate le tecniche di volo. Tra le caratteristiche più interessanti rilevate negli esemplari fossili di Anchiornis è il possesso di quattro ali nel corpo. Con questa configurazione è molto simile ad i Microraptor ma, nello stesso tempo, risulta più primitivo rispetto a quest’ultimo, tuttavia, il Dr. Xu, suppone che le quattro ali del corpo possono costituire la caratteristica primitiva di un intero gruppo di dinosauri, tra cui i Troodontids, Dromaeosaurs  e gli uccelli. Questi gruppi, chiamati Paraves, avrebbero poi vissuto una rapida diversificazione nel tardo Giurassico, portando alla fine alla comparsa di modelli di Uccelli ancora più vicini agli attuali. L’Archaeopteryx, invece, secondo teorie elaborate anche in conseguenza di queste nuove scoperte, sembrerebbe una specie che non ha avuto ulteriori evoluzioni, estinguendosi di fatto in tale forma e, cosa più importante, non partecipando in nessuna maniera alla ulteriore evoluzione verso gli Uccelli odierni, costituendone, invece, un ramo collaterale (tesi inizialmente minoritaria prima della scoperta di Anchiornis). Un’altra strana caratteristica, scaturita dall’analisi strutturale delle singole penne, era costituita dalla presenza di una cresta di penne sulla testa di colore rosso.

                      alt alt

Due ricostruzioni grafiche dell’Anchiornis realizzate prima della scoperta dell’equipe di ricercatori della Yale

A questo punto si pone la domanda: ma questo esemplare poteva volare? Sembrerebbe di no nel senso più stretto del termine e della funzione. Pur avendo praticamente quattro ali, le zampe posteriori erano grandi e sembrano ben adattate per la corsa a terra ed essendo dotate di zampe con artigli oltre che per bloccare la preda servivano sicuramente per scalare gli alberi dalla cui sommità poi avvistavano la preda. Era carnivoro, quindi probabilmente, le quattro ali gli servivano per effettuare un volo planato, come un’aliante per intenderci, per poter piombare sulla preda gettandosi da un ramo più alto. Man mano, nel percorso evoluzionistico, le ali anteriori ebbero uno sviluppo maggiore e crearono quella portanza adatta al volo, mentre nelle posteriori, le penne divennero piume relegando questi arti a strutture inadatte al veleggiamento, mentre la coda, composta inizialmente da vertebre, avrebbe visto l’arretrarsi di queste ultime a vantaggio di una maggiore lunghezza delle penne con funzione di timone.

alt

Questa è la bellissima ricostruzione fatta da National Geografic che ha prodotto anche un servizio in televisione

Stiamo vivendo un  momento particolare ed entusiasmante, almeno per i Paleontologi ed Ornitologi di tutto il mondo, per il fatto che le località di Yaulugou e Daxishan situate nel Liaoning, provincia  della Cina occidentale, dopo aver dato alla luce l’Anchiornis huxley si stanno rivelando una vera miniera per gli studiosi in quanto non passa mese che non vengono ritrovati fossili come quello e molti altri di nuove specie con caratteristiche simili. Il susseguirsi di questi ritrovamenti apre dei nuovi squarci sull’evoluzione degli uccelli a tal punto che molte tesi precedenti, anche di pochi anni, devono essere riviste ed aggiornate alla luce dello studio più dettagliato che si può eseguire in funzione dell’enorme quantità di materiale disponibile. A chi fosse interessato a seguire questi avvenimenti suggerisco di collegarsi in rete su siti specializzati come Scienze, Nature, National Geografic ed altri.

                                                                                                                                                     

         Gianni Matranga

 

I nostri sponsor: