Dopo quasi tre secoli di ritrovamenti, l'origine della diversificazione alimentare dei dinosauri, soprattutto erbivori, rimane incerta e le ragioni sono note: riuscire a trovare un dinosauro risalente alla fine del periodo Triassico, all'incirca di 230 milioni di anni fa, non è infatti un'impresa da poco. Pochi sono stati i reperti ritrovati rispetto ai fossili del Giurassico e molti di questi presentano condizioni nella morfologia della bocca che non permettono una valutazione esaustiva dell'evoluzione della dieta dei primi erbivori.
Un nuovo studio pubblicato però su Science da una equipe dell'università di Bristol cerca di apportare un nuovo metodo per indagare sulla questione, seppure come dicono gli stessi scienziati: «le abitudini alimentari dei primi dinosauri sono state per lo più dedotte da confronti qualitativi della morfologia dentale con analoghi esistenti.»
Il nuovo metodo prevede di usare metodi biomeccanici e morfometrici per studiare la diversità dentale dei reperti dei primi dinosauri conosciuti e così prevedere le loro diete, utilizzando modelli di classificazione del machine learning, tecnologia sempre più presente all'interno di studi come questo.
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Rispetto agli squamati e ai coccodrilli esistenti, le capacità dell'intelligenza artificiale permettono infatti di discriminare meglio le sottigliezze presenti sulla superficie dei denti, permettendo così di affrontare un ragionamento che porta a comprendere il reale uso del dente.
Cosa mangiavano i dinosauri del periodo
Partendo dalle informazioni pregresse, l'equipe di Bristol era consapevole che i primi saurischi / teropodi sono costantemente classificati come carnivori, i sauropodomorfi da carnivori a erbivori, e i primi ornitischi come onnivori. Il loro nuovo metodo però è stato sviluppato per comprendere quale sia stato il cambiamento dietetico che ha portato per esempio gli antenati dei sauropodi a divenire erbivori obbligati, sperimentando diete diverse durante il Triassico e l'inizio del Giurassico.
C'è anche da dire che la dieta ancestrale dei dinosauri è oggetto di dibattito, in parte a causa di ipotesi alternative per la filogenesi dei dinosauri e soprattutto a causa della rarità di prove dirette del comportamento alimentare. Per questa ragione le deduzioni dietetiche si sono basate principalmente su osservazioni della morfologia craniodentale. Fu così che i denti ricurvi e finemente seghettati tipici dei primi saurischi e teropodi sono stati considerati indicatori di carnivori, mentre i denti dentellati e lanceolati dei sauropodomorfi e i denti triangolari degli ornitischi sono stati associati agli erbivori.
Partendo dal fatto che, come testimonia uno studio pubblicato su Nature, i primi reperti di dinosauri appartengono principalmente a piccoli carnivori, queste osservazioni hanno sostenuto l'idea che la dieta ancestrale dei dinosauri fosse carnivora e che come affermano i ricercatori: «gli erbivori si siano evoluti indipendentemente all'origine dei sauropodomorfi e degli ornitischi».
Questo scenario però è stato recentemente messo in crisi dalla scoperta di antichi taxa con proprietà craniodentarie intermedie, che presentavano denti dalla difficile interpretazione.
«La forma del dente determina la capacità dell'apparato nutritivo di scomporre diversi alimenti e quindi ottenere nutrienti ed energia – affermano i paleontologi – La loro forma è dunque soggetta a forti pressioni selettive. Di conseguenza, l'evoluzione delle diverse morfologie dentali in un clade può riflettere l'adattamento a un'ampia varietà di diete e strategie alimentari, sebbene fattori storici e di sviluppo possano imporre vincoli a questo processo».
Fortunatamente i dati morfofunzionali ed ecologici possono essere combinati con i metodi di machine learning per generare solide previsioni sull'ecologia nelle specie estinte.
Analizzando così i modelli tridimensionali dei denti, utilizzando l'analisi degli elementi finiti (FEA) e la morfometria geometrica basata su punti di riferimento (GMM) gli scienziati sono riusciti a quantificare la variazione dello stress, dell'usura e della forma dentale tra i sauropsidi viventi e accertare dove si adattano le dentature dei dinosauri rispetto ai loro analoghi moderni, per prevedere infine le diete dei primi dinosauri in base alla forma e alla funzione dei denti.
«I nostri risultati indicano che i primi dinosauri avevano dentature morfofunzionali diverse ed esploravano un'ampia gamma di forme dei denti e comportamenti meccanici con diete diverse – comunicano gli scienziati nell'articolo – Un passaggio dietetico da carnivoro a erbivoro attraverso una fase onnivora si è verificato per esempio in auropodomorpha e i primi ornitischi potrebbero aver sfruttato diete onnivore».
Il risultato di questo studio e del confronto suggerisce una precoce diversificazione delle modalità di alimentazione durante il tardo Triassico e il primo Giurassico, contribuendo così al successo dei dinosauri in un momento di clima e vegetazione in rapida evoluzione, conseguente anche al superamento di due delle più pesanti estinzioni di massa che si siano mai affacciate sulla Terra. Inoltre la nuova tecnica ha permesso agli scienziati di osservare quale punto specifico di ogni dente era soggetto a maggiori sollecitazioni, informazione che possono essere utile per esempio per comprendere se e quante volte l'esemplare di una specie dovesse essere soggetto al cambio dei denti come negli squali.
Quantificare l'usura dei denti attraverso lo stress masticatorio
I valori medi dello stress da usare sono sostanzialmente più alti nei carnivori rispetto agli altri gruppi, mentre mostrano meno stress i denti degli onnivori e degli insettivori che hanno generalmente una consumazione più lenta del dente e in valore all'ampiezza della mascella una forza muscolare minore.
Gli erbivori invece mostrano valori medi di stress variabili e questo fattore dipende molto dalla tipologia di dente e dal comportamento di alimentazione dell'animale. Esistono infatti animali che strappano le foglie, altre che li triturano e molto altro. Gli erbivori inoltre posseggono anche la forza maggiore nel morso, una notizia che può stupire considerando il mito che il pubblico dispone nei confronti delle capacità dei carnivori.
I dinosauri comunque con i valori di stress più alti sono Herrerasaurus , Manidens , Eodromaeus , Buriolestes, ed Eoraptor, principalmente tutti dei carnivori di media stazza . Il valore di stress più basso appartiene a Lesothosaurus, seguito da Saturnalia e dai sauropodomorfi plateosasauri, tutti erbivori.
Responsabili di questa differenza di stress all'interno della bocca degli animali sono la variazione delle prestazioni biomeccaniche, dovute alla forma del cranio di ciascun singola specie, la variazione della forma dentale e la tipologia di cibo inserito.
La minore resistenza meccanica dei denti dei carnivori rispetto a quelle degli erbivori non deve sorprenderci. Molto probabilmente è correlata al fatto che gli erbivori erano costretti a consumare un cibo meno plastico rispetto alla carne e sono ancora soggetti ad una maggiore abrasione. Questo li ha adattati per avere dentizioni molto più dure.
Infine gli scienziati hanno tentato di spiegare l'origine delle differenti forme dei denti. Secondo loro, la tipologia classica del dente carnivoro è affilata e appuntita poiché è adatta a perforare e tagliare tessuti deformabili come la carne dei vertebrati, mentre il dente erbivoro medio è smussato e a cuspide per propagare fratture in materiali più duri come i tessuti vegetali.
«Le nostre analisi forniscono prove quantitative per la diversità funzionale precedentemente non riconosciuta nella dentatura dei primi dinosauri, simile ai moderni sauropsidi con diete diverse – concludono i ricercatori – Delle specie di dinosauri qui studiate, i primi saurischi Herrerasaurus ed Eodromaeus e i primi sauropodomorfi Buriolestes ed Eoraptor hanno i denti meccanicamente più deboli, indicando che i loro denti potrebbero essere stati adattati per elaborare cibi morbidi come la carne animale. L'evoluzione delle modalità di alimentazione è invece particolarmente complessa in Sauropodomorpha. L'opinione corrente è che i grossi erbivori si siano evoluti in taxa successivamente divergenti, associati all'acquisizione di quadrupedia e dimensioni corporee giganti, mentre i primi sauropodomorfi mantennero abitudini onnivore. Infine lo scenario dell'evoluzione alimentare negli ornitischi dipende dalla posizione filogenetica dei silesauridi i cui coproliti suggeriscono che alcuni di questi presunti erbivori fossero probabilmente insettivori».
I vari adattamenti dentali che sono stati analizzati dagli scienziati furono probabilmente acquisiti dai membri dei diversi lignaggi di seguito alla conquista delle diverse nicchie alimentari. Furono però i grossi cambiamenti ecologici e biologici che si osservarono dei diversi habitat ad offrire alle successive generazione di subire la grande radiazione adattativa dei Dinosauri che gli permise durante il Giurassico di diffondersi e di "inventare" nuove morfologie che si sarebbero alternate nel corso dei milioni di anni di dominio incontrastato.
Per quanto infatti siano misteriose le origini di molte delle scelte che caratterizzarono i primi milioni di anni, oggi è indubbio quanto siano stati efficaci questi adattamenti rispetto alle condizioni e alle scelte ambientali e all'evoluzione della vita.
