Un gruppo di ricerca guidato da un biologo evoluzionista della Johns Hopkins Medicine riferisce che i rettili giganti vissuti fino a 220 milioni di anni fa potrebbero aver sviluppato la capacità di volare proprio all’inizio della loro storia evolutiva. Ciò contrasta con gli antenati degli uccelli moderni, che si pensa abbiano raggiunto il volo a motore più lentamente e con cervelli più grandi e complessi.
I dettagli dell’indagine, che si basava su metodi di imaging avanzati per esaminare le cavità cerebrali interne dei fossili di pterosauro e ha ricevuto il supporto parziale della National Science Foundation, sono apparsi il 26 novembre su Biologia attuale.
Secondo Matteo Fabbri, Ph.D., assistente professore di anatomia funzionale ed evoluzione presso la Johns Hopkins University School of Medicine, i risultati rafforzano l’idea che i cervelli ingranditi osservati negli uccelli e probabilmente nei loro antenati non erano responsabili del permesso agli pterosauri di prendere il volo.
“Il nostro studio mostra che gli pterosauri hanno evoluto il volo all’inizio della loro esistenza e che lo hanno fatto con un cervello più piccolo simile ai veri dinosauri non volanti”, dice Fabbri.
Volantini giganti con struttura cerebrale sorprendente
Fabbri descrive gli pterosauri come potenti predatori aerei dell’era dei dinosauri, capaci di raggiungere i 500 chili in alcune specie e di allungarsi fino a 30 piedi attraverso le ali. Gli pterosauri sono riconosciuti come i primi dei tre principali lignaggi di vertebrati (oltre agli uccelli e ai pipistrelli) che alla fine raggiunsero il volo a motore da soli.
Per indagare su come gli pterosauri abbiano acquisito questa capacità e se il loro percorso differisse da quello di uccelli e pipistrelli, il team ha esaminato la storia evolutiva del rettile. Hanno osservato attentamente i cambiamenti nella forma e nelle dimensioni del cervello nel tempo e si sono concentrati sul lobo ottico, la regione coinvolta nella visione e collegata alle capacità di volo.
Le scansioni TC rivelano indizi dai primi parenti
Utilizzando l’imaging TC e un software specializzato che ha permesso loro di modellare digitalmente le strutture fossilizzate del sistema nervoso, i ricercatori si sono concentrati sul parente più stretto conosciuto dello pterosauro. Questo animale, il lagerpetide incapace di volare e arrampicarsi sugli alberi, è stato identificato per la prima volta dagli scienziati nel 2016 e visse durante il periodo Triassico tra 242 e 212 milioni di anni fa. Nel 2020, un altro team ha confermato la stretta connessione evolutiva del lagerpetid con gli pterosauri.
“Il cervello del lagerpetid mostrava già caratteristiche legate al miglioramento della vista, incluso un lobo ottico allargato, un adattamento che potrebbe aver successivamente aiutato i loro parenti pterosauri a prendere il volo”, afferma l’autore corrispondente Mario Bronzati, ricercatore presso l’Università di Tubinga, in Germania.
Fabbri nota che anche gli pterosauri avevano i lobi ottici ingranditi. Al di fuori di questa caratteristica, tuttavia, spiega che la forma e le dimensioni del loro cervello differivano notevolmente da quelle del lagerpetid.
“Le poche somiglianze suggeriscono che gli pterosauri volanti, apparsi molto presto dopo il lagerpetid, probabilmente acquisirono il volo in un’esplosione alla loro origine”, dice Fabbri. “In sostanza, il cervello degli pterosauri si è trasformato rapidamente acquisendo tutto ciò di cui avevano bisogno per prendere il volo fin dall’inizio.”
Confronto tra il volo dello pterosauro e quello degli uccelli
Al contrario, si pensa che gli uccelli moderni abbiano evoluto il volo attraverso un processo più graduale. Sembra che abbiano ereditato diversi tratti chiave, tra cui l’espansione del cervello, del cervelletto e dei lobi ottici, da parenti precedenti prima di adattare ulteriormente queste regioni per il volo, dice Fabbri. Il supporto a questo modello graduale arriva dalla ricerca del 2024 del laboratorio di Amy Balanoff, Ph.D., assistente professore di anatomia funzionale ed evoluzione presso la Johns Hopkins Medicine, che evidenzia l’importanza dell’espansione del cervelletto nelle origini del volo degli uccelli. Il cervelletto si trova nella parte posteriore del cervello e aiuta a regolare la coordinazione muscolare e altre funzioni.
“Qualsiasi informazione che possa colmare le lacune di ciò che non sappiamo sui cervelli dei dinosauri e degli uccelli è importante per comprendere il volo e l’evoluzione neurosensoriale all’interno dei lignaggi degli pterosauri e degli uccelli”, afferma Balanoff.
Approfondimenti da cervelli fossilizzati attraverso le specie
Il team ha anche esaminato le cavità cerebrali dei coccodrilli (antenati dei coccodrilli) e dei primi uccelli estinti, confrontando queste strutture con quelle degli pterosauri.
La loro analisi ha mostrato che gli pterosauri avevano emisferi cerebrali moderatamente ingranditi, una caratteristica paragonabile ad altri gruppi di dinosauri. Questi includono troodontidi a due zampe simili a uccelli che vissero tra il tardo Giurassico e il tardo Cretaceo da 163 a 66 milioni di anni fa, così come l’Archaeopteryx lithographica, l’uccello più antico conosciuto che visse tra 150,8 e 125,45 milioni di anni fa. Queste specie preistoriche differiscono fortemente dagli uccelli moderni, che hanno cavità cerebrali significativamente più grandi.
Guardando avanti alla ricerca futura
Fabbri afferma che i progressi futuri dipenderanno dalla comprensione di come la struttura interna del cervello, e non solo delle sue dimensioni e forma, abbia consentito agli pterosauri di volare. Spiega che questo sarà essenziale per scoprire i principi biologici più ampi che governano l’evoluzione del volo.
Il supporto finanziario per questa ricerca è stato fornito dalla Fondazione Alexander von Humboldt, dal governo federale brasiliano, dalla Società Paleontologica, dall’Agencia Nacional de Promoción Científica y Técnica, dal Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico, dall’Unione Europea NextGeneration EU/PRTR, dalla National Science Foundation (NSF DEB 1754596, NSF IOB-0517257, IOS-1050154, IOS-1456503) e il Consiglio svedese della ricerca
Oltre a Fabbri e Bronzati, altri scienziati che hanno contribuito a questa ricerca sono Akinobu Watanabe del New York Institute of Technology, Roger Benson del Museo Americano di Storia Naturale, Rodrigo Müller dell’Università Federale di Santa Maria, Brasile, Lawrence Witmer dell’Università dell’Ohio, Martín Ezcurra e M. Belén von Baczko del Museo di Scienze Naturali Bernardino Rivadavia, Felipe Montefeltro dell’Università Statale di San Paolo; Bhart-Anjan Bhullar dell’Università di Yale; Julia Desojo dell’Università Nacional de La Plata, Argentina; Fabien Knoll del Museo Nacional de Ciencias Naturales, Spagna; Max Langer dell’Università di San Paolo, Brasile; Stephan Lautenschlager dell’Università di Birmingham; Michelle Stocker e Sterling Nesbitt della Virginia Tech; Alan Turner della Stony Brook University; e Ingmar Werneburg dell’Università Eberhard Karls di Tubinga.
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