Pterosauria

 Un interessante fossile di pterosauro sequestrato dalla polizia brasiliana era più abile nel camminare che nel volare

Questo interessantissimo e completo pterosauro è stato rinvenuto in Brasile alcuni anni fa e, successivamente, è stato salvato da un contrabbando di fossili, infatti quasi 3.000 reperti sequestrati sono stati, poi, affidati all’Università di San Paolo.

Era alto circa 1,2 metri e possedeva una grande cresta sulla testa, che forse ha risolto un annoso problema sulla probabile funzione di questa struttura. Possedeva, inoltre, mascelle e mandibole che ricordano il becco di un uccello.

Proviene dalla Formazione Crato, che conosco "bene" in quanto da lì proviene il pesce fossile che ho studiato per la tesi triennale, quindi parliamo di un rettile alato che visse nel Cretacico Inferiore (110 milioni di anni fa circa). Si tratta del primo scheletro quasi completo di 𝙏𝙪𝙥𝙖𝙣𝙙𝙖𝙘𝙩𝙮𝙡𝙪𝙨 𝙣𝙖𝙫𝙞𝙜𝙖𝙣𝙨, ed è così completo da presentare anche tessuti molli, ali, zampe e ossa del collo. I sedimenti del sito in questione, un Lagerstätte, hanno permesso la fossilizzazione eccezionale di questo animale in quanto, in tempi relativamente breve, gli organismi di queste zone sono stati ricoperti da fango che ha permesso la loro preservazione grazie alla scarsa presenza di ossigeno, che ha limitato di molto la decomposizione.

Questa specie venne descritta per la prima volta nel 2003 e, dalle prime analisi, sembrava che questa enorme cresta giocasse un ruolo fondamentale nel volo, come testimoniato dalle 27 specie (su oltre 110) di pterosauro che provengono da questa regione, tutte caratterizzate da creste molto appariscenti. Questa specie presenta, quindi, un processo osseo sopra-premascellare verticale e una cresta parietale corta e arrotondata. Quella grossa corrispondeva a circa i tre quarti del cranio, ed è davvero enorme se proporzionato alle dimensioni di quest'adulto.

Precedentemente, si pensava che la cresta fungesse da "vela da windsurf", un elemento di propulsione che aiutava l'animale nel volo. Questa condizione sarebbe stata plausibile con un collo relativamente corto e con la presenza di tendini capaci di bloccare le vertebre. Grazie alla tecnica della Tomografia Computerizzata (una TAC, per intenderci), si è scoperto che 𝙏. 𝙣𝙖𝙫𝙞𝙜𝙖𝙣𝙨 presentava invece zampe e un collo relativamente lunghi, con annesse ali relativamente corte. Ciò suggerisce che non fosse abile nel volo, o almeno solo per brevi distanze, mentre con molta probabilità si trattò di una specie terricola e camminatrice. La cresta, invece, svolgeva un ruolo simile a quello della coda di un pavone, come richiamo sessuale.

Un'altra specie, 𝙏𝙪𝙥𝙖𝙣𝙙𝙖𝙘𝙩𝙮𝙡𝙪𝙨 𝙞𝙢𝙥𝙚𝙧𝙖𝙩𝙤𝙧, contemporanea di 𝙏. 𝙣𝙖𝙫𝙞𝙜𝙖𝙣𝙨, presenta un cranio simile a quest'ultima, tanto da considerare i due resti di organismi come appartenenti alla stessa specie. Che ci sia anche il dimorfismo sessuale di mezzo? Al momento non lo sappiamo, ma quello che è certo è che questa specie è straordinaria sotto ogni punto di vista. Per esempio, la ranfoteca presenta uno spazio tra premascellare e dentale, ed impedisce in parte l'occlusione di questa specie. Potrebbe essere correlato a una particolare strategia di alimentazione, come la dieta a base di piante. Analogamente a quella degli uccelli, questa struttura è stata associata all'accumulo di energia e all'assorbimento dei carichi trasmessi all'osso durante il morso, il che potrebbe essere correlato alla mancanza di denti. Inoltre, 𝙏. 𝙣𝙖𝙫𝙞𝙜𝙖𝙣𝙨, avrebbe potuto presentare una ranfoteca simile ad una struttura a forma di uncino utilizzata per catturare o manipolare piccoli alimenti.

Fonte foto: Victor Beccari. Per la fonte, clicca qui

L'aumento dell’efficienza del volo degli pterosauri

Con l’aumento della biodiversità nel corso del tempo, si assiste, non sempre, ad un aumento delle specie che occupano un gran numero di habitat, e ciò è accaduto con gli pterosauri, i primi vertebrati specializzati nel volo. Questo gruppo è comparso circa 150 milioni di anni fa e discende dai primi arcosauri, rettili bipedi adattati ad un contesto e ad una locomozione terrestre. Circa 245 milioni di anni fa, gli pterosauri si sono differenziati a partire dal Triassico inferiore (circa 245 milioni di anni fa), ma non abbiamo tracce di "transizione" in quanto i primi fossili di pterosauro sono datati circa 220 milioni di anni fa (Tardo Triassico). Quando i fossili scarseggiano, è difficile capire come un gruppo derivato si sia sviluppato dall'antenato e se mancano le forme di transizione; in questo caso, non abbiamo fossili di una sorta di "proto-pterosauro", pertanto è difficile comprendere come e quando si sia sviluppato il volo.

I primi pterosauri, o non volavano affatto o planavano, mentre quelli più recenti "presero il volo" e conquistarono i cieli. Pertanto, per studiare il fenomeno di transizione che ha selezionato in qualche modo individui capaci di volare, è necessario considerare il carico energetico per il volo, le strutture delle ali e la massa corporea, al fine di comprendere se l'efficienza del volo abbia fornito benefici in termini di fitness. Sono stati impiegati numerosi metodi statistici filogenetici e modelli biofisici, combinati con le informazioni ricavate dai fossili.

Attraverso simulazioni basate su un indice di efficienza del volo, è stato possibile calcolare l'energia metabolica necessaria per spostare un corpo nell'aria a una certa distanza e velocità. Tuttavia, rimane un mistero il modo in cui i proto-pterosauri hanno iniziato la conquista dei cieli e hanno superato l'elevato carico energetico richiesto per il volo. I fossili sono cruciali in questo contesto, poiché indicano che questi primi pterosauri erano capaci di volare. È importante sottolineare che non possiamo aspettarci un cambiamento immediato, poiché stiamo parlando di strutture complesse, e l'efficienza può migliorare solo nel corso del tempo. È stato sviluppato un albero filogenetico che comprende circa 130 pterosauri, evidenziando una forte associazione tra l'apertura alare e le morfologie degli pterosauri. In particolare, sono state osservate variazioni nell'area alare e modifiche che hanno coinvolto il frontale.

In sintesi, è meno dispendioso per un animale di grandi dimensioni spostare la propria massa corporea su una data distanza rispetto a un animale di piccole dimensioni, e qui entra in gioco la Regola di Cope, secondo la quale le specie tendono ad aumentare di dimensioni nel corso del tempo (trend evolutivo). I fossili indicano che l'aumento dell'apertura alare si è verificato in un range temporale compreso tra circa 150 milioni di anni fa, quando comparvero i primi uccelli, e la grande estinzione di massa del Cretacico. Questa tendenza al gigantismo avrebbe favorito una maggiore efficienza nel volo, poiché più un animale presenta un'apertura alare maggiore rispetto alla sua massa, più efficiente sarà come volatore.

Il record fossile ci rivela che fino a circa 150 milioni di anni fa non ci sono stati aumenti significativi delle dimensioni, mentre negli ultimi 65 milioni di anni (150-65 milioni di anni fa circa) si è verificata l'apparizione di pterosauri pesanti in media 6 kg, rispetto ai circa 0,6 kg dei gruppi precedenti. Tra i gruppi più interessanti ci sono gli 𝘼𝙯𝙝𝙙𝙖𝙧𝙘𝙝𝙤𝙞𝙙𝙚𝙖, i quali presentavano una locomozione perlopiù terrestre e possedevano colli relativamente lunghi e rigidi. Secondo alcuni ricercatori, i dsungaripteridi, che rappresentano gli azhdarcoidi più basali, potrebbero essere stati raccoglitori che si nutrivano di organismi con gusci duri ai margini delle masse d'acqua, suggerendo quindi una non dipendenza dal volo fino alla loro estinzione.

Considerando che gli pterosauri successivi hanno mostrato un'efficienza pressoché costante fino a 150 milioni di anni fa, sembra che l'arrivo degli uccelli non abbia influenzato in modo significativo questo trend evolutivo. Questo suggerisce che ci sia stata una selezione indipendente per quanto riguarda le dimensioni del corpo, che è stato un trend evolutivo costante fino all'estinzione di tutti gli pterosauri, insieme all'apertura alare.

Fonte: Venditti, C., Baker, J., Benton, M.J. et al. 150 million years of sustained increase in pterosaur flight efficiency. Nature 587, 83–86 (2020)