Come i dinosauri sono diventati uccelli?

Nel corso della loro evoluzione, alcune particolari tipologie di dinosauri hanno intrapreso un cammino che li ha portati a diventare gli attuali uccelli, ricoprendosi di piume e cominciando a sviluppare gli arti superiori in modo che divenissero delle ali. Il processo che ha portato però questi antichi rettili a divenire i veri dominatori moderni dei cieli è stato particolarmente tortuoso e i paleontologi hanno dovuto studiare i fossili per anni, prima di capire quali sono stati i vari passaggi di questa transizione, scopriamo quindi come i dinosauri sono diventati uccelli.

I dinosauri interessati da questa tipologia di studi appartengono quasi tutti al gruppo dei teropodi, che è maggiormente conosciuto per essere il gruppo principale dei carnivori vissuto durante il periodo Giurassico e Cretaceo. All'interno di questo gruppo infatti erano presenti animali abbastanza famosi come il Velociraptor o il Tirannosauro, tra i carnivori principali dell'epoca.

A spingere tuttavia i dinosauri ad "ascendere al cielo" non fu un'unica pressione biologica, che li portò ad adattare la loro struttura fino a prendere il volo. Furono infatti diverse le ragioni che portarono questi carnivori a dotarsi di caratteristiche via via più simili a quelli dei moderni uccelli. In generale però il processo ebbe diverse fasi: per prima comparvero infatti delle proto piume, simili alla lanuggine che ricopre alcuni pulcini al momento del nido. Poi i teropodi cominciarono a sviluppare delle vere e proprie piume sulle estremità del corpo e a diminuire di dimensioni, seppure continuassero ad esistere delle specie relativamente enormi come alcuni oviraptoridi e gli stessi tirannosauri, che nelle moderne ricostruzioni presentano delle piume. Infine diversi animali cominciarono a spingersi sempre di più alla vita arboricola, di modo che potessero sfruttare le loro modeste dimensioni e le piume per "planare" fra le fronde degli alberi, di modo da catturare alcune prede.

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di Yuri Digiuseppe

Di lì in avanti il processo rese gli animali sempre più simili agli uccelli e sempre meno simili ai dinosauri "classici", tanto che già a partire dalla fine del Cretaceo medio esistevano delle forme di animali che oggi giorno vengono considerati dai paleontologi come degli uccelli a tutti gli effetti, per quanto dotati di alcune caratteristiche primordiali, come i denti all'interno del becco.

L'origine e l'evoluzione degli uccelli

I primi dinosauri ad avere delle caratteristiche fisiche simili a quelli degli uccelli apparvero verso la metà del periodo Giurassico, in quella che viene globalmente riconosciuta paradossalmente come l'era dei rettili. Questi erano piccoli teropodi, come abbiamo descritto, e prevalentemente vivevano all'interno di alcune foreste primordiali dove le conifere, le cicadacee e le felci dominavano il paesaggio.

Tra le prime specie a comparire e tra le prime ad essere scoperte dai paleontologi, addirittura nel lontanissimo 1860, l'Archaeopteryx è probabilmente l'emblema di questo momento storico, in cui un dinosauro molto simile tra l'altro ai dromeosauri aveva cominciato a coprire il proprio corpo di lunghe penne colorate, la cui origine è ancora fonte di dibattito.

I paleontologi hanno infatti discusso oltre cento anni sulla natura di queste strutture e tra i fautori di un Archaeopteryx volante e coloro che credevano che le piume non fossero funzionali al volo, sono state diverse le ipotesi che sono state proposte per spiegare la loro origine.

Secondo la teoria più accettata in questo momento, le proto piume dei dinosauri-uccelli si sarebbero infatti evolute per svolgere dei compiti esclusivamente termoregolatrici, per poi divenire qualcos'altro a secondo delle specie.

Le piume e le penne infatti svolgono ancora oggi negli uccelli l'importante ruolo di isolanti termici e in alcune specie risultano persino impermeabili, consentendo così agli animali di risultare idrodinamici sott'acqua e resistenti alle peggiori condizioni climatiche, dove l'abbondanza delle precipitazioni potrebbero risultare un problema per le altre specie.

L'evoluzione quindi delle piume all'inizio era prevalentemente legata alla tutela termica degli animali, anche se altri fattori – come la selezione sessuale ed ambientale – spinsero poi successivamente le specie dotate delle proto piume più grosse di evolversi ulteriormente, formando quelle penne che è possibile osservare nell'Archaeopteryx.

C'è da dire ovviamente che questa specie non fu l'unica a vivere all'interno delle foreste giurassiche. Furono molte infatti gli organismi, soprattutto nel territorio dell'attuale Cina, che si adattarono alle condizioni di umidità di queste foreste e ad altre particolari esigenze (come quelle di carattere riproduttivo) sfruttando le penne per risultare per esempio più competitivi o appariscenti nei confronti delle femmine.

Quando queste specie cominciarono a migrare in altri territori, le penne non smisero di essere impiegate. Esse infatti divennero delle coperture o degli strumenti per proteggersi dal caldo, come un forte richiamo in quelle zone dove il deserto poteva rendere difficile identificare altri esemplari.

Adattandosi così a nuovi climi, i dinosauri pennuti cominciarono a evolvere ulteriormente le loro delicate strutture per svolgere altre funzioni, fra cui la più innovativa fu sicuramente il volo planato,un sistema molto intelligente utilizzato molto probabilmente da animali come il Microraptor o lo stesso Archaeopteryx per catturare le prede fra le fronde degli alberi o per sfuggire dall'attacco di eventuali predatori.

Se però sulle cortecce degli alberi le penne cominciarono a essere impiegate per il volo con il sempre più progressivo ridimensionamento corporeo, le specie completamente terrestri come i tirannosauri e i velociraptor perché continuarono per milioni di anni a disporre le penne?

Secondo alcune moderne ricostruzioni, sembra che entrambi questi grandi carnivori potessero trarre vantaggio dall'utilizzo delle piume per tre principali ragioni. Innanzitutto, una copertura come quella fornita da una coltre di piume, permise ai carnivori di poter sopravvivere ai lunghi inverni all'interno dei circoli polari, continuano a fungere da isolante termico. Inoltre le piume permisero anche a questi dinosauri non aviani di aumentare le loro capacità di comunicazione con i consimili, sfruttando le piume e la loro colorazione come una forma di linguaggio. Muovere infatti determinate aree della coda o delle braccia particolarmente dotate di questi strumenti permise agli animali di comprendersi, senza l'ausilio del sonoro e anche a grande distanza.

Infine, riguardo ai velociraptor e ad altri dromeosauri, sembra che le piume potessero anche stabilizzare l'animale durante la corsa, svolgendo quell'effetto vela che è possibile riscontrare per esempio oggi anche durante la corsa degli struzzi. Questi animali infatti cercano di mantenere l'equilibrio durante la corsa sfruttando anche parte del loro piumaggio e talvolta usano le loro ali, inadatte al volo, per creare un effetto frenante che li aiuta a diminuire la propria velocità.

Ovviamente nel corso dell'evoluzione, gli antenati degli uccelli non svilupparono solo le ali come caratteristica principale del loro corpo. Essi infatti cominciarono nel dotarsi di ossa sempre più leggere e cave e a secondo del clima in cui abitavano iniziarono a formare delle colonie riproduttive, del tutto simili a quelli degli uccelli moderni. La loro bocca tra l'altro cominciò a mutare, sempre lentamente, fino a divenire una sorta di becco già a partire da metà Cretaceo, ovviamente in quelle specie che si erano adattate a mangiare e manipolare oggetti particolarmente duri per sopravvivere.

Sì, ma cosa è in verità un becco? Come è possibile vedere confrontando un mammifero da un uccello, la differenza principale che è possibile osservare a livello della bocca in questi animali è la robusta struttura cornea che riveste le ossa della mascella e della mandibola degli uccelli, con i mammiferi invece che presentano una mucosa morbida e umida a coprire e rivestire queste strutture. Il becco degli uccelli, come quello di alcuni rettili come le tartarughe o di alcuni antichi teropodi, è quindi il rivestimento corneo che protegge la loro cavità orale, una "corazza" molto utile per schiacciare determinati alimenti come i semi e che può variare sia per forma che per dimensione a secondo della specie. Nonché inoltre essa si logori con l'uso, il becco cresce durante l'intera vita dell'animale, risolvendo così il problema della perdita dei denti che affliggeva un tempo diverse specie di rettili e che continua a colpire i mammiferi.

Cosa c'entrano i dinosauri con gli uccelli?

Per diversi decenni, i paleontologi di tutto il mondo hanno dovuto combattere dialetticamente con coloro che ritenevano impossibile che gli uccelli derivassero dai dinosauri. E fra i fautori di questo scontro non ci furono solo altri scienziati (fra tutti i genetisti), che giustamente criticavano le posizioni iniziali dei paleontologi, di modo che la ricerca potesse migliorare le conoscenze acquisite ed eliminare le idee sbagliate, ma ci furono anche diversi oppositori provenienti da diverse fazioni culturali e politiche – fra cui i creazionisti – che imposero per esempio il veto negli Stati Uniti d'insegnare il darwinismo e di rappresentare i dinosauri come uccelli.

La principale domanda che all'epoca fu posta infatti ai paleontologi – durante il periodo a cavallo fra gli anni Settanta e gli Ottanta del secolo scorso – fu "Cosa c'entrano i dinosauri con gli uccelli?", come dimostrano molti articoli di Stephen Jay Gould, geologo e paleontologo americano che si spese moltissimo per difendere il nuovo modello evolutivo degli uccelli dagli attacchi dei predicatori americani e dalle proposte di legge dei partiti sovvenzionati dai movimenti creazionisti  americani.

Nel tentativo però di screditare la scienza, tali oppositori permisero alla ricerca di rispondere alle loro domande in una maniera abbastanza efficace e semplicistica, che spinse alla fine la Corte di Giustizia americana ad esprimersi contro i provvedimenti di alcuni stati del sud che impedivano agli insegnanti di parlare di evoluzione e di mostrare per esempio il fossile dell'Archaeopteryx.

I paleontologi infatti a partire dagli anni Ottanta, in quella che viene definito da alcuni storici della scienza come "Risorgimento della Paleontologia dinosauriana", iniziarono a difendere le proprie posizioni riversando sulle riviste scientifiche un incredibile numero di nuove ricerche basate sulla potenziale parentela dei dinosauri con gli uccelli. E con il contributo di nuove scoperte, che permisero soprattutto in Oriente di scovare nuovi depositi in cui trovare nuove specie, provarono definitivamente che questi animali erano effettivamente parenti e che gli uccelli erano i veri eredi dei dinosauri, sopravvissuti all'estinzione.

Cosa spinge però i paleontologi a credere che queste forme di vita sono imparentate?

Oltre alla presenza ormai massiccia di fossili dotati di piume e risalenti al Giurassico medio e superiore, sono molte le caratteristiche fisiche che permettono di confermare questa teoria. Per esempio la riduzione progressiva delle dimensioni e l'adattamento specifico per il volo degli arti superiori in moltissime specie di dinosauri che cominciarono ad adattarsi alla vita semi – arboricola. L'introduzione poi del becco a partire dal Cretaceo, come la presenza dei denti all'interno della bocca dei primissimi uccelli sono altri punti a favore di questo modello.

Gli studi inoltre legati alla filogenetica e allo sviluppo embrionale delle specie moderne hanno posto la parola fine al dibattito, concludendo definitivamente che gli uccelli appartengono fra l'altro a un ramo derivato dell'ordine dei teropodi, dimostrando così che gli uccelli stessi in realtà possono essere considerati delle forme particolari di dinosauri, che tramite loro non si sarebbero così mai estinti del tutto.

Il ritrovamento infine di diversi nidi di dinosauro, che presentavano le stesse strutture degli uccelli moderni, ha permesso anche ai paleontologi di concludere che probabilmente questi antichi animali disponevano di determinati comportamenti che oggi è possibile osservare nelle specie coloniali, per quanto fossero presenti ovviamente delle differenze.

Per esempio, in media oggi le dimensioni degli uccelli sono molto inferiori rispetto a quello dei loro cugini piumati del Giurassico e del Cretaceo e il numero di uova ritrovate nei vecchi nidi era molto superiore, rispetto a quello riscontrabile oggi in un comune nido di gallina o di un'aquila reale.

Questo perché probabilmente gli uccelli si sono particolarmente adattati per covare un numero ridotto di prole ad ogni evento riproduttivo, di modo che potessero migliorare le chance di sopravvivenza dei loro figli. Inoltre non sappiamo se gli antichi teropodi formavano coppie monogame come gli attuali uccelli o se ogni anno cambiavano partner, di modo che potessero anche sperimentare geneticamente la qualità delle nascite.

Il metabolismo di entrambi i gruppi sembra però essere stato accelerato sin dall'inizio della loro comparsa, di modo che gli esemplari non dovessero aspettare il surriscaldamento dell'aria o l'arrivo del Sole per compiere le loro attività quotidiane, come diverse forme di rettili a sangue freddo.

La quantità di carne inoltre consumata dagli attuali uccelli risulta essere ridotta, rispetto la dieta degli antichi teropodi. Questo per varie ragioni. Innanzitutto con la comparsa del becco gli uccelli cominciarono a essere in grado anche di mangiare i semi. Inoltre con l'estinzione dei dinosauri e l'avvento del cataclisma che sconvolse il pianeta 65 milioni di anni fa, gli animali furono spinti a variare maggiormente la loro dieta, vista la riduzione drastica delle risorse disponibili. Mangiare meno carne quindi divenne una strategia intelligente, per resistere meglio all'apocalisse seguente la caduta del meteorite. Ciò indusse anche a far perdere i denti a moltissime specie.

Le ridotte dimensioni degli uccelli permisero tra l'altro questi animali a sopravvivere proprio alla carestia provocata dal meteorite e l'indusse a conquistare anche nuovi territori, che fino a quel momento erano dominati dai teropodi non aviani. La fine del Cretaceo aumentò inoltre anche il numero di specie completamente bipedi e capaci di termoregolare sfruttando la colorazione del piumaggio ed in breve "gli uccelli divennero più uccelli", distinguendosi maggiormente rispetto alle specie che li avevano preceduti.

Una delle caratteristiche che differenzia però maggiormente le prime specie di uccelli da quelle successive era la coda. All'inizio era infatti lunga e molto sottile e per quanto flessuosa, ricordava tanto la coda dei rettili da cui derivavano.

Perché i dinosauri sono divenuti uccelli?

Con l'avvento delle nuove armi che avevano a disposizione, i dinosauri piumati iniziarono a divenire dei veri uccelli per colpa degli adattamenti e delle pressioni selettive che li spinsero ad accentuare il numero di piume e a sostenere le tecniche del volo planato prima e battuto poi.

La selezione sessuale e naturale indusse infatti queste specie a puntare tutto sulle loro nuove strategie di vita e a subire ulteriori mutazioni genetiche che amplificavano il loro successo, all'interno delle nicchi ecologiche che andavano conquistando.

Non a caso affermano i ricercatori l'evoluzione dei dinosauri dotati di piume fu rapida e in perenne crescita, permettendo a diversi generi di stabilirsi in nuovi ambienti e di sfruttare le loro innovazioni morfologiche per risultare più competitivi, rispetto a "predatori terrestri usuali".

Con il tempo così la presenza delle piume e delle ali – anche negli animali terrestri, come il Velociraptor, che come detto disponeva di piume negli arti per controllare meglio la corsa – divenne un fattore imprescindibile dell'evoluzione di queste creature, che nel tempo cominciarono a spodestare gli antichi pterosauri, dotati di ali membranose, dai cieli dell'intero pianeta.