L’origine del volo

La transizione da dinosauri terricoli a uccelli in grado di volare è stata una delle principali conquiste evolutive nella storia dei vertebrati. Il volo è la forma di locomozione più veloce, ma comporta anche un enorme dispendio energetico e ha richiesto numerosi adattamenti anatomici. Dopo secoli di studi, molti aspetti restano ancora oscuri.

 

Coturnici ai raggi X

Una nuova ricerca pubblicata sulla rivista PLOS ONE ha cercato di colmare qualche lacuna. Gli autori, paleontologi del Museo americano di storia naturale, hanno mostrato in che modo delle ali rudimentali possono aver rappresentato un vantaggio nei dinosauri teropodi, sfidando alcune idee consolidate sull’origine del volo.

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Una coturnice orientale, la specie usata nello studio (immagine: Wikimedia Commons)

I ricercatori hanno ripreso ai raggi X pulcini di varie età di coturnice orientale (Alectoris chukar) impegnati a scalare un ripido pendio, un comportamento che gli scienziati chiamano corsa inclinata ala-assistita (wing-assisted incline running, in sigla WAIR).

 

Alette preziose

Nei giovani uccelli, come nei primi dinosauri alati, mancano ancora molte caratteristiche anatomiche adatte a soddisfare le esigenze di volo, presenti invece negli adulti. Al posto di grandi ali con possenti inserzioni muscolari, i loro arti anteriori formano gracili protoali con articolazioni meno vincolati.

Questi tratti sembrano limiti insormontabili per il volo attivo, nei giovani uccelli come nei dinosauri aviani. Tuttavia, i pulcini sbattono le alette mentre scalano il pendio, ricevendo una notevole spinta in avanti e verso l’alto e migliorando di molto la trazione. Riescono perfino a spiccare il volo per brevi istanti. I primi dinosauri aviani potrebbero aver usato le loro ali rudimentali in modo simile?

 

Scheletri in 3D

Per cercare una risposta i ricercatori hanno utilizzato una tecnica sviluppata dalla Brown University, chiamata ricostruzione radiografica della morfologia in movimento (x-ray reconstruction of moving morphology, in sigla XROMM), che combina modelli scheletrici in 3D con video radiografici biplanari in alta risoluzione.

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Studi a raggi X rivelano che i giovani uccelli sbattono le piccole ali per aiutarsi a salire pendii ripidi. La forza generata li spinge in avanti e verso l’alto, migliorando la trazione mentre si arrampicano. I dinosauri antenati degli uccelli potrebbero aver fatto la stessa cosa con le loro “mini-ali”, prima di acquisire la capacità di volare (immagine: Ashley Heers/Brown University).

Il risultato sono spettacolari animazioni in 3D che consentono di visualizzare i movimenti dello scheletro in uno spazio tridimensionale. Per molto tempo, i ricercatori non sono riusciti a descrivere accuratamente i movimenti degli uccelli, poiché i loro scheletri sono coperti di piume e muscoli. Questa tecnologia consente di superare il problema, rivelando in dettaglio la dinamica di ogni movimento.

 

La cooperazione ala-zampa

Ed ecco la sorpresa: quando corrono sbattendo le ali i giovani uccelli mostrano modelli di movimento articolare molto simili a quelli degli adulti, in analoghe condizioni di sforzo. Nonostante la loro anatomia immatura, infatti, sono in grado di riprodurre tutte le dinamiche del battito alare e di adeguarle alle diverse situazioni, proprio come fanno gli adulti.

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Un confronto tra i movimenti scheletrici di ali e zampe negli adulti (a sinistra) e nei giovani (a destra) degli uccelli (immagine: PLOS ONE)

Com’è possibile? Lo studio suggerisce che la collaborazione tra zampe e ali è fondamentale nei primi anni di vita di un uccello. “Se si considerano zampe e ali separatamente, è difficile immaginare in che modo animali privi di adattamento al volo possano produrre forze aerodinamiche utili”, ha spiegato Ashley Heers, primo autore dello studio.

 

La conquista del volo

Ma i comportamenti che implicano l’uso cooperativo di ali e le zampe, come WAIR, richiedono meno potenza muscolare e meno forza aerodinamica rispetto al volo. Ciò consente una transizione continua dai giovani incapaci di volare agli adulti in grado di farlo. In pratica le zampe supportano ali e muscoli alari sottosviluppati finché questi non bastano a sollevare il corpo da terra.

Lo studio suggerisce che i dinosauri teropodi estinti avrebbe potuto fare la stessa cosa con le loro “mini-ali” prima di cimentarsi nel volo attivo. “I giovani uccelli assomigliano molto anatomicamente ad alcuni fossili di dinosauro. Perciò, attraverso lo studio dei pulcini e del modo in cui sfruttano la loro anatomia rettiliana, siamo in grado di farci un’idea di come i teropodi aviani possano aver imparato a volare”, ha dichiarato Heers.

 

Immagine banner in evidenza: Eugenio Melotti

Immagine box in homepage: Wikimedia Commons

 

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