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Dinosauri: la più antica piuma fossile ritrovata

Dinosauri: Una nuova analisi dimostra che la piuma giurassica appartiene a un iconico dinosauro piumato.

Da quando è stata rinvenuta in una cava di calcare in Germania nel 1861, la più antica piuma fossile conosciuta è diventata un’icona della paleontologia: incredibilmente simile alle piume dei moderni uccelli, eppure trovata sepolta in un’antichissima roccia.

Questo reperto risalente a 150 milioni di anni fa, perfettamente conservato, è la più antica piuma ...
Questo reperto risalente a 150 milioni di anni fa, perfettamente conservato, è la più antica piuma ritrovata, rinvenuta in una cava di calcare in Germania nel 1861. Una scrupolosa ricerca ci offre ora prove schiaccianti che definiscono tre aspetti controversi della piuma: apparteneva a un archeotterige (Archaeopteryx), un dinosauro simile a un uccello, è un tipo di piuma alare chiamata “copritrice primaria” e il suo colore originale era nero opaco. FOTOGRAFIA DI MUSEUM FUR NATURKUNDE BERLIN

Questa piuma di ben 150 milioni di anni è stata il primo fossile collegato all’archeotterige (Archaeopteryx lithographica), il nome ora dato a un dinosauro piumato ritrovato nelle rocce vicine. Delle dimensioni di un corvo, quell’antico animale, che presentava un mix di caratteristiche di uccello e di dinosauro rappresenta un esempio di transizione evolutiva che supporta le teorie di Charles Darwin.

Oggi, il reperto che ha dato l’avvio a tutto questo probabilmente è il fossile più famoso del suo genere, ma anche tra i più controversi: uno studio del 2019 mette addirittura in dubbio che sia appartenuto a un Archaeopteryx.

La questione non è se l’Archaeopteryx avesse o meno le piume: molti dei 13 scheletri ritrovati negli anni presentano l’impronta delle piume. La questione è piuttosto se questa iconica piuma, che ha fornito la prima prova dell’antica storia evolutiva dei moderni uccelli, appartenesse effettivamente proprio all’Archaeopteryx.

Ora, la ricerca condotta dall’explorer del National Geographic Ryan Carney sta fornendo quelle che si dice siano le argomentazioni più esaustive a conferma che sì, la piuma appartiene a un Archaeopteryx.

“Questo studio erroneo [del 2019] si è propagato non solo in letteratura ma anche nella cultura popolare”, afferma Carney, paleontologo ed esperto digitale presso l’Università della Florida Meridionale. “Per me è molto importante rettificare le informazioni”.

Questa piuma giurassica proviene dall’ala sinistra di un esemplare di dinosauro volante Archaeopteryx; qui è ricostruita ...
Questa piuma giurassica proviene dall’ala sinistra di un esemplare di dinosauro volante Archaeopteryx; qui è ricostruita in 3D. FOTOGRAFIA DI RYAN CARNEY

Penne arruffate di dinosauri

Il nuovo studio, pubblicato su Scientific Reports nel 159° anniversario della scoperta della piuma fossile, segna l’ultimo sforzo di Carney per conoscere a pieno l’Archaeopteryx, da come si muoveva ai dettagli del suo aspetto.

Questo animale affascina Carney da quando era bambino. Al college ha studiato modellazione 3D proprio per poter ricostruire l’Archaeopteryx, integrando la piuma nel suo progetto di fine anno: un video musicale per il suo gruppo rock. Nel 150° anniversario del fossile, Carney se l’è fatto tatuare sul braccio. L’amore di Carney per l’Archaeopteryx da allora lo ha reso una sorta di esperto di questa antica creatura.

Nel 2012 Carney, allora laureando alla Brown University, condusse uno studio sulla piuma fossile per definirne il colore e anche l’esatta posizione sull’ala dell’Archaeopteryx. Scoprì che molto probabilmente la piuma faceva parte dello strato superiore dell’ala sinistra dell’Archaeopteryx, dove aiutava a supportare una penna remigante primaria. Il team ha osservato la piuma anche con microscopi ad alta potenza e ha rilevato pigmenti fossilizzati che suggerivano che la piuma fosse stata nera.

Da allora, diversi studi si sono fatti avanti incalzando nuove teorie sul colore e l’identità della piuma. Uno studio del 2013 aveva suggerito che la piuma fosse stata mezza bianca e mezza nera, mentre un altro studio del 2014 aveva sostenuto addirittura che i “pigmenti” della piuma fossile fossero microbi. Ma l’analisi più scioccante è arrivata nel 2019, quando un team guidato da Thomas Kaye, il direttore della Foundation for Scientific Advancement, con sede negli USA e il paleontologo dell’Università di Hong Kong Michael Pittman misero in dubbio il collegamento tra la piuma e l’Archaeopteryx.

Usando un microscopio elettronico a scansione, i ricercatori hanno analizzato pigmenti fossilizzati chiamati melanosomi e hanno ...
Usando un microscopio elettronico a scansione, i ricercatori hanno analizzato pigmenti fossilizzati chiamati melanosomi e hanno stabilito che la piuma originariamente non era bianca e nera, come sostenuto da uno studio precedente, ma interamente di colore nero opaco con la punta più scura. Il ricercatore Ryan Carney si è fatto tatuare la piuma sul braccio (si vede nella foto a destra). FOTOGRAFIA DI COMPOSIZIONE DI QUATTRO IMMAGINI; MUSEUM FUR NATURKUNDE BERLIN, A SINISTRA E RYAN CARNEY

Lo studio del 2019 ha usato tecniche di imaging al laser per vedere un lieve “alone” chimico sul fossile, che corrisponde all’estremità in cui la piuma sta attaccata all’ala, che gli anatomisti chiamano calamo. Sebbene il calamo fosse visibile negli anni immediatamente successivi al 1861 e fosse incluso nei disegni del fossile del tempo, l’usura del reperto lo ha fatto scomparire.

Inoltre, gli autori dello studio hanno tracciato la “linea centrale” della piuma, ovvero la curva tracciata dalla parte inferiore del calamo e poi dal rachide ricoperto di barbe: hanno rilevato che la sua forma era diversa dalle forme di un campione di piume di uccelli moderni simile a quello che il team di Carney aveva identificato nel 2012.

Se la piuma fossile non faceva parte di quel tipo di piume, sostenevano gli autori dello studio, allora non poteva essere appartenuta a un’ala di Archaeopteryx. Apparteneva piuttosto a un altro tipo di dinosauro piumato completamente diverso.

Il tracciamento della curva

Carney e i suoi colleghi hanno ripetuto l’analisi fatta nel 2019, e sono arrivati alla conclusione opposta.

Il team di Carney ha ampliato la serie di piume di uccello usata per il confronto nello studio del 2019, per tenere maggiormente in considerazione il fatto che la forma delle piume varia ampiamente da specie a specie ma anche tra le piume dello stesso esemplare.

I ricercatori hanno anche rintracciato la linea centrale della piuma fossile e ne hanno ricavata una più curva di quella dello studio del 2019. La nuova linea centrale rientra nella serie ampliata di forme di piume, a supporto dell’idea che questa piuma potrebbe essere effettivamente appartenuta a un’ala di Archaeopteryx.

Per testare ulteriormente il collegamento della piuma con il suo presunto proprietario, Carney ha esaminato l’unico fossile noto di Archaeopteryx che conserva delle impronte dello strato superiore di piume. Il fossile mostra che una piuma delle dimensioni e della forma del misterioso fossile è assolutamente compatibile con il piumaggio dell’ala.

L’esemplare di Archaeopteryx di Altmühl comprende l’impronta delle piume dell’animale.
L’esemplare di Archaeopteryx di Altmühl comprende l’impronta delle piume dell’animale. FOTOGRAFIA DI HELMUT TISCHLINGER
Quando il team ha posizionato una scansione della piuma nell’ubicazione prevista, la corrispondenza con le altre ...
Quando il team ha posizionato una scansione della piuma nell’ubicazione prevista, la corrispondenza con le altre piume copritrici primarie è stata perfetta, in termini di forma e dimensioni. FOTOGRAFIA DI RYAN CARNEY

In aggiunta, il fossile conserva anche tracce delle barbe, che si diramavano dal rachide quasi con la stessa angolazione di quelle della piuma fossile. “Sono rimasto sbalordito da quanto fossero simili” afferma Carney.

Il team ha anche rivisto le mappe dei luoghi di rinvenimento dei fossili di Archaeopteryx: tutti gli scheletri conosciuti sono stati trovati in cave di calcare nella regione meridionale tedesca di Solnhofen, all’interno di un’area di circa 65 km di ampiezza.

Il sito in cui è stata trovata la piuma fossile è a meno di 2,5 km dai siti di quattro dei 13 fossili noti di Archaeopteryx. E per di più, tutti e cinque i fossili si sono fossilizzati entro 165.000 anni di distanza l’uno dall’altro, un attimo, in termini geologici, specialmente considerando che alcune specie di dinosauri piumati permasero nell’attuale Cina per milioni di anni.

“Quando ho guardato la cartina ho pensato: tutto corrisponde! Perché in quella regione non c’era nessun altro dinosauro che avesse piume molto evolute per il volo, che sono il tipo di piume più sviluppate sul corpo di quel dinosauro e degli uccelli”, afferma Carney.

Una cartina della zona delle cave in Germania dove sono stati ritrovati cinque esemplari di Archaeopteryx mostra ...
Una cartina della zona delle cave in Germania dove sono stati ritrovati cinque esemplari di Archaeopteryx mostra la loro vicinanza al sito da cui proviene la piuma. FOTOGRAFIA DI PETER WELLNHOFER, ARCHAEOPTERYX: THE ICON OF EVOLUTION, 2009

Mentre Carney è in disaccordo con il tracciamento del calamo dello studio del 2019, Pittman si dice discorde con il tracciamento del nuovo studio, e quindi con tutte le analisi successive.

Paragona il calamo e il rachide della piuma a un’asta da salto in alto: anche la minima differenza nell’angolazione della base determina notevoli variazioni nella curvatura complessiva, specialmente della parte più estrema della punta.

“Non ha molto senso commentare le analisi finali, perché se il posizionamento è sbagliato, e su questo si misurano altre caratteristiche, tutto ciò che segue ha insito quell’errore” afferma.

Pittman dice che lui e i suoi coautori stanno preparando una bozza di risposta allo studio di Carney. E considerando l’articolo di risposta di Carney, i nuovi risultati non saranno certo l’ultima parola sulla questione.

Ma ora che Carney ha avuto la conferma che questa piuma fossile appartiene all’Archaeopteryx, sta volgendo la sua attenzione allo studio dell’utilizzo di quella piuma. Per la sua tesi di dottorato del 2016, Carney aveva usato modelli a computer e raggi X di uccelli e alligatori vivi per ipotizzare che l’Archaeopteryx probabilmente riusciva ad alzarsi in volo da fermo con la sola forza delle proprie ali.

Lui e i suoi studenti attualmente stanno portando avanti quel lavoro, ricostruendo la modalità di volo dell’Archaeopteryx, e dice che i risultati finali verranno pubblicati nel corso del prossimo anno.

Nel più lungo termine, Carney aggiunge che è interessato a ricostruire per intero l’Archaeopteryx: non solo lo scheletro, ma i muscoli, la pelle e anche le nerissime piume che ha fatto diventare suo simbolo personale.

“Voglio che sia perfetto” afferma “deve essere impeccabile”.

Archaeopteryx: di che si tratta

L’archeotterige è un genere estinto di dinosauro simile ad un uccello, una forma transitoria tra i dinosauri piumati non-aviari e i moderni uccelli. Nonostante sia sempre stato considerato, sin dalla fine del XIX secolo, il più antico uccello conosciuto (membro della classe Aves), negli ultimi anni sono stati scoperti nuovi animali ben più antichi di Archaeopteryx, che come lui potrebbero rappresentare una congiunzione tra dinosauri e uccelli: essi comprendono i generi AnchiornisXiaotingia e Aurornis.

L’archeotterige visse nel Giurassico superiore, circa 150,8-148,5 milioni di anni fa (Titoniano), nell’attuale Germania meridionale. In quel periodo l’Europa era composta da un arcipelago di isole tropicali circondate da un mare caldo poco profondo, posto molto più vicino all’equatore rispetto a dove si trova ora. Con la corporatura di una gazza e con individui che potevano arrivare alle dimensioni di un corvo, Archaeopteryx poteva arrivare a una lunghezza massima di circa 0,50 metri.

Nonostante le dimensioni ridotte, le ampie ali, e la capacità di volare o planare, questo animale somigliava di più ai piccoli dinosauri mesozoici che a un uccello moderno. Infatti condivideva molte caratteristiche con i deinonicosauri (in particolare dromeosauri e troodontidi) tra le quali: la presenza di denti nel becco, tre dita artigliate per zampa, una lunga coda ossea, le penne (che suggeriscono una possibile omeotermia) e varie caratteristiche dello scheletro.

L’animale fu nominato per la prima volta nel 1861, sulla base di una piuma fossile. In quello stesso anno, fu scoperto il primo esemplare completo. Nel corso degli anni, furono ritrovati ben dieci fossili di Archaeopteryx che a detta degli esperti rappresenterebbero i diversi stadi di età di una singola specie, anche se questa ipotesi è ancora dibattuta.

La maggior parte di questi undici fossili posseggono l’impressione delle piume dell’animale. Le penne di Archaeopteryx risultano molto avanzate ed evolute (remiganti), ciò prova che l’evoluzione delle piume iniziò ben prima del Giurassico superiore. L’olotipo di Archaeopteryx fu scoperto appena due anni dopo la pubblicazione del libro di Charles Darwin, L’origine delle specie; da allora l’archeotterige rappresenta la prova perfetta dell’evoluzione confermando l’ipotesi del noto naturalista.

Nel marzo del 2018, gli studiosi conclusero che Archaeopteryx era probabilmente in grado di volare, ma in modo sostanzialmente diverso da quello degli uccelli moderni.

Piumaggio dell’Archaeopteryx

Archaeopteryx

Comparazione tra l’attaccatura delle piume della coda d’un archeotterige (sinistra) e quello di un uccello moderno (destra).

I fossili di Archaeopteryx mostrano che l’animale possedeva penne molto sviluppate ed evolute, simili a quelle dei moderni uccelli. Le penne delle ali erano marcatamente asimmetriche e mostravano una struttura simile a quella degli uccelli odierni; possedevano, infatti, un vessillo molto pronunciato e provvisto di barbula.

Le piume della coda erano invece meno asimmetriche, similmente a quelle degli uccelli odierni. Il pollice, tuttavia, non era ancora mutato in un’alula.

Al contrario delle ali e della coda, il piumaggio del corpo non è molto ben documentato e si è potuto studiarlo solo nell’esemplare di Berlino. Nonostante si sia potuto ipotizzare il piumaggio del corpo a partire dall’esemplare di Berlino, alcuni studiosi pensano che tale piumaggio non fosse unico per tutte le specie di Archaeopteryx.

Nel campione di Berlino, l’animale presenta una sorta di “pantaloni” di piume, che ricoprivano le gambe dell’animale; alcune di queste penne hanno una struttura di base scomposta (mancante cioè di barba come nei ratiti). Tuttavia, queste penne erano in grado di supportare il volo.

Lungo la schiena erano presenti delle piume pennacee; questa caratteristica è molto simile alle piume di contorno del corpo dei moderni uccelli. A parte ciò, le tracce di piume del corpo presenti nel campione di Berlino fanno pensare a un piumaggio filamentoso e piumoso (lo stesso che posseggono gli uccelli attuali sotto il primo strato di piume), non dissimile da quello ritrovato nel dinosauro Sinosauropteryx, apparendo più come una pelliccia di piume, in vita. Tali strutture sono state ritrovate in quasi tutto il corpo, soprattutto alla base del collo.

Non sono state ritrovate penne ornamentali o piume di alcun genere nella parte superiore del collo e sulla testa. Mentre alcuni paleontologi pensano che ciò sia dovuto al fatto che l’archeotterige in vita avesse la testa glabra (come i moderni avvoltoi), la maggior parte dei paleontologi è più propensa verso un’altra teoria: la maggior parte dei fossili di Archaeopteryx sono stati ritrovati in sedimenti marini dove il corpo veniva trasportato dalla corrente (ciò è anche confermato dallo stato rilassato dei muscoli e dei nervi).

 Si pensa, quindi, che la lunga permanenza in ambienti stagnanti e acquatici abbia ammorbidito la pelle facendo staccare lo strato primario delle piume pi piccole e lasciato intatto lo strato di piume più lunghe delle ali e della coda che hanno un attaccamento più robusto.

Paleo APPI – Come si forma un fossile? – La fossilizzazione è un processo molto raro e, affinché si verifichi, sono necessarie una serie di circostanze favorevoli. E’ molto difficile immaginare la vita del passato, infatti, la maggior parte degli organismi animali e vegetali che sono vissuti sulla Terra sono quasi tutti scomparsi senza lasciare traccia.

 

Riferimenti e approfondimenti

  1. National Geographic – 13 OTTOBRE 2020 DA MICHAEL GRESHKO
  2. Xing Xu, Hailu You, Kai Du and Fenglu Han, An Archaeopteryx-like theropod from China and the origin of Avialae, in Nature, vol. 475, n. 7357, 28 luglio 2011, pp. 465–470, DOI:10.1038/nature10288PMID 21796204.
  3. Xing Xu, Xiaoting Zheng e Corwin Sullivan, A bizarre Jurassic maniraptoran theropod with preserved evidence of membranous wings, in Nature, advance online publication, 29 aprile 2015, DOI:10.1038/nature14423
  4. P. Wellnhofer, The Plumage of Archaeopteryx, in Feathered Dragons, Indiana University Press, 2004, pp. 282–300, ISBN 978-0-253-34373-4.
  5. Voeten, Dennis F.A.E. et al., La geometria delle ossa delle ali rivela il volo attivo in Archaeopteryx, in Nature Communications, vol. 9, n. 923, 13 marzo 2018, Bibcode: 2018NatCo … 9..923V, DOI: 10.1038 / s41467-018-03296-8.
  6. Ben Guarino, This feathery dinosaur probably flew, but not like any bird you know, in The Washington Post, 13 marzo 2018. .
  7. Reisdorf, A. G., and Wuttke, M. (2012). “Re-evaluating Moodie’s Opisthotonic-Posture Hypothesis in fossil vertebrates. Part I: Reptiles – The taphonomy of the bipedal dinosaurs Compsognathus longipes and Juravenator starki from the Solnhofen Archipelago (Jurassic, Germany).” Palaeobiodiversity and PalaeoenvironmentsDOI10.1007/s12549-011-0068-y.
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