Perché gli uccelli sono gli unici dinosauri che non si sono estinti?

Ogni volta che guardiamo fuori dalla finestra e vediamo un piccione su un cornicione o un passerotto su un ramo, o ancora quando guardiamo il volo dei gabbiani sul mare, stiamo osservando un dinosauro vivente. Circa 66 milioni di anni fa, un meteorite che è precipitato sulla Terra, impattando nella penisola dello Yucatan, in Messico, ha causato una serie di stravolgimenti che in brevissimo tempo hanno portato all’estinzione di numerosissime specie tra cui tutti i grandi rettili marini, tutti gli pterosauri e la quasi totalità dei dinosauri.

Esiste tutt’oggi un solo gruppo di questi animali che è sopravvissuto e ancora domina i cieli del nostro pianeta: gli uccelli. Perché solo alcuni riuscirono a sopravvivere è un mistero su cui i paleontologi si stanno ancora interrogando, ma nuovi studi pubblicati su Nature mostrano che uno dei segreti del successo degli uccelli, rispetto agli altri dinosauri non aviani, potrebbe stare nel modo in cui questi animali fanno la muta del piumaggio.

Le piume sono una modificazione delle squame dei rettili apparsa con un’iniziale funzione di termoregolazione: possono infatti trattenere tra le loro fibre di cheratina – lo stesso materiale delle nostre unghie e capelli – uno strato d’aria che isola il corpo dell'animale e lo aiuta a mantenere costante la temperatura, analogamente alla pelliccia dei mammiferi. Le funzioni di comunicazione, display, mimetismo e volo sono apparse successivamente.

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di Yuri Digiuseppe

L’origine delle piume è ancora dibattuta ma sembrerebbe essere addirittura precedente ai primi dinosauri e comune anche al gruppo degli pterosauri, loro cugini volanti; allo stesso modo la presenza di piume e protopiume è stata documentata in diversi gruppi di dinosauri, il che fa presupporre che la maggior parte dei dinosauri potrebbe aver avuto delle strutture simili. Le evidenze maggiori della presenza delle piume le abbiamo nel ramo dei teropodi, ovvero i dinosauri carnivori come i famosi Tyrannosaurus e Velociraptor, che comprende anche gli attuali uccelli. Sono celebri i resti fossili delle impressioni di piume nella roccia in Archaeopteryx, a lungo considerato un “anello di congiunzione” tra rettili e uccelli.

Quello che i paleontologi non avevano ancora scoperto, però, è come i dinosauri piumati facessero la muta: le piume sono strutture complesse che non possono essere riparate, quindi gli uccelli le cambiano periodicamente circa una volta all’anno. Anche gli uccellini vanno incontro a mute più frequenti per perdere il piumaggio giovanile e acquisire quello adulto.

«La muta è qualcosa a cui non credo che pensino in molti, ma è un processo davvero importante per gli uccelli, perché le piume sono coinvolte in tantissime funzioni diverse», ha dichiarato Jingmai O'Connor, curatore del reparto di rettili fossili al Field Museum di Chicago. «Vogliamo sapere come si è evoluto questo processo e in che modo differiva tra i vari gruppi di uccelli. E in che modo questo ha plasmato l'evoluzione degli uccelli?»

Un articolo di O'Connor sulla rivista Cretaceous Research riporta la scoperta di un ammasso di piume conservate nell'ambra di un piccolo uccellino vissuto 99 milioni di anni fa.

Oggi, gli uccellini appena nati sono classificati in base al loro grado di sviluppo e di quanto aiuto hanno bisogno dai loro genitori per sopravvivere. I cosiddetti pulli altriciali alla schiusa sono nudi e indifesi: i loro genitori devono prendersene cura e la mancanza di piume favorisce la trasmissione di calore corporeo. Le specie dette atte o precoci, invece, nascono con le piume e sono abbastanza autosufficienti.

Le mute che affrontano i giovani nati per acquisire il piumaggio adulto sono processo piuttosto dispendiosi a livello energetico e perdere molte piume contemporaneamente può rendere difficile per un uccello riscaldarsi. Quindi i pulcini di specie precoci tendono a fare la muta lentamente, in modo da mantenere uno strato costante di piume, mentre i piccoli pulli altriziali, che possono contare sui genitori per il cibo e il calore, subiscono una muta simultanea, perdendo tutte le piume all'incirca nello stesso momento.

Le piume trovate conservate nell'ambra, oggetto dello studio, sono la prima prova fossile della muta giovanile in uccelli preistorici e rivelano un tipo di muta diverso da quelli che conosciamo oggi.

«Questo esemplare mostra una combinazione bizzarra di caratteristiche precoci e altriziali», ha commentato O'Connor, autore dell'articolo insieme a Shundong Bi dell'Indiana University of Pennsylvania. «Tutte le piume del corpo sono sostanzialmente allo stesso stadio di sviluppo: questo significa che tutte le piume hanno iniziato a crescere contemporaneamente, o quasi».

Il dettaglio bizzarro è, però, che questo uccello faceva quasi certamente parte di un gruppo ormai estinto chiamato Enantiornithes, che il precedente lavoro di O'Connor ha dimostrato essere altamente precoci. L’ipotesi è che la pressione selettiva a cui era sottoposto un uccellino precoce che doveva tenersi al caldo mentre subiva una rapida muta, potrebbe essere stata determinante per il destino degli Enantiorniti.

«Gli enantiorniti erano il gruppo di uccelli più diversificato del Cretaceo, ma si estinsero insieme a tutti gli altri dinosauri non aviani», ha continuato O'Connor. Dopo l’impatto dell'asteroide sulla Terra, le temperature globali sono crollate e le risorse hanno iniziato a scarseggiare, quindi non solo questi uccelli avrebbero necessitato di ancora più energia per stare al caldo, ma non avrebbero potuto trovare le risorse per produrla».

In un ulteriore studio pubblicato il 3 luglio su Communications Biology da O'Connor e Yosef Kiat, ricercatore postdottorato del Field Museum, sono esaminati i modelli di muta negli uccelli moderni per capire meglio come si è evoluto il processo: nei moderni uccelli adulti, la muta di solito avviene una volta all'anno sostituendo poche piume alla volta nel corso di alcune settimane; Così facendo, gli uccelli possono volare anche durante il processo di muta. Invece, le mute simultanee negli adulti, dove tutte le penne remiganti delle ali cadono contemporaneamente e ricrescono entro un paio di settimane, sono decisamente più rare e tendono a presentarsi in uccelli acquatici come le anatre, che non hanno bisogno di volare per trovare cibo o evitare i predatori.

Purtroppo è molto raro trovare prove di muta nei fossili di uccelli preistorici e altri dinosauri piumati, probabilmente perché «fare una muta simultanea implica meno tempo trascorso nel processo e quindi meno opportunità, in quel frangente, di morire diventare un fossile che mostri segni di muta», ha detto O'Connor e, per verificare questa ipotesi, i ricercatori hanno studiato la collezione di uccelli moderni del Field Museum.

«Abbiamo testato più di 600 pelli di uccelli moderni conservate nella collezione di ornitologia del Field Museum per cercare prove di muta attiva», ha detto Kiat, primo autore dello studio. «Tra gli uccelli che fanno la muta sequenziale abbiamo trovato dozzine di esemplari in una muta attiva, ma, tra quelli che la fanno simultaneamente, non ne abbiamo trovati quasi nessuno».

Nonostante gli uccelli moderni siano diversi dai loro parenti estinti, questi possono fornirci tanti indizi sulle specie fossili: «In paleontologia dobbiamo essere creativi dato che non disponiamo di dati completi. Abbiamo utilizzato l'analisi statistica su di un campione casuale per dedurre cosa significa l’assenza di questo fenomeno», ha aggiunto O'Connor.

L'assenza di muta di uccelli nel record fossile, suggerisce, quindi, che gli uccelli preistorici probabilmente non mutavano il piumaggio spesso come la maggior parte degli uccelli moderni; potrebbero aver fatto mute simultanee o, ancora, semplicemente potrebbero non aver fatto la muta su base annuale.

Se c’è però un dato certo che emerge sia dal fossile nell’ambra che nello studio sulla muta negli uccelli moderni è che gli uccelli preistorici e i dinosauri piumati, in particolare quelli appartenenti a gruppi che non sono sopravvissuti all'estinzione di massa, facevano la muta in modo diverso dagli uccelli di oggi.

«Tutte le differenze che ci sono tra gli uccelli moderni e quelli preistorici possono diventare ipotesi sul perché un gruppo sia sopravvissuto e l’altro no», ha concluso O'Connor. «Non credo ci sia una ragione particolare per cui gli uccelli moderni siano sopravvissuti. Penso che sia una combinazione di fattori. Credo, però, che la muta potrebbe essere stata un fattore significativo nel determinare quali gruppi di dinosauri siano riusciti a sopravvivere».