Dinosauri robot per spiegare le origini del piumaggio degli uccelli: lo studio

Secondo uno studio, i dinosauri con le proto-ali utilizzavano una strategia di foraggiamento, chiamata flush-pursue, di cosa si tratta?

I dinosauri potrebbero aver usato le piume degli arti anteriori e della coda per stanare e inseguire le prede: questa è la nuova ipotesi, che integra morfologia, comportamento e neurobiologia frutto di una nuova collaborazione scientifica, che coinvolge una squadra di biologi ed ecologi integrativi e robotici.

Secondo la squadra di scienziati, i piccoli dinosauri dotati di proto-ala utilizzavano una strategia di foraggiamento simile a quella di alcuni uccelli, chiamata flush-pursue, che prevede l’impiego delle ali o della coda per stanare visivamente le prede nascoste e inseguirle.

Dinosauri robot per spiegare le origini del piumaggio degli uccelli

Jablonski e i suoi collaboratori hanno menzionato per la prima volta l’ipotesi del flush-pursue alla Gordon Research Conference del 2005, l’idea è stata successivamente sviluppata e presentata al Congresso ornitologico internazionale del 2018 e alla riunione annuale della Society for Integrative Biology del 2023.

Da tempo si ritiene che l’evoluzione delle ali e delle code degli uccelli sia iniziata nei dinosauri piumati: alcuni di questi infatti avevano piume sulla coda e alcune piccole, simili ad ali, sugli arti anteriori.

 

Queste piccole strutture alari, chiamate proto-ali, sono composte da piume speciali, conosciute come piume pennacee, le piume rigide che si trovano nelle ali e nelle code degli uccelli.

La forma antica di queste piume è emersa per la prima volta nei dinosauri durante il periodo giurassico: questi venivano chiamati Pennaraptoran, avevano proto-ali di piume pennacee.

Tuttavia, è noto che queste proto-ali erano troppo piccole per consentire il volo e le loro varie funzioni, insieme a quelle delle penne della coda, sono state prese in considerazione da quando John Harold Ostrom ha proposto la prima idea ben 50 anni fa, secondo cui le proto-ali venivano utilizzate per abbattere le prede insetto dai piccoli dinosauri predatori che vivevano a terra e seguivano le loro prede.

Tuttavia, non è stato chiarito come le piccole proto-ali e le code piumate abbiano aiutato gli antenati dinosauri degli uccelli nella loro vita. L’ipotesi proposta dalla squadra internazionale di ricercatori affonda le sue radici in anni di studi dettagliati di ornitologia sul campo, su diverse specie di uccelli insettivori.

Gli studi su questi uccelli hanno rivelato che l’esibizione di un piumaggio contrastante, spesso con macchie bianche e nere sulle ali e sulla coda, innesca la fuga delle prede e aumenta l’efficienza di foraggiamento degli uccelli, poiché le prede in fuga vengono poi inseguite e catturate.

È stata studiata anche la neurobiologia di questa relazione ed è stata proposta l’idea che i neuroni speciali degli insetti siano attivati da semplici proprietà delle manifestazioni degli uccelli insettivori che li inseguono.

“Dopo aver condotto ampi studi sul campo sugli uccelli ed essermi addentrato nell’esame dei neuroni delle loro prede, ho cercato per anni, senza successo, di convincere le organizzazioni finanziatrici e gli scettici revisori delle borse di studio in Polonia, Stati Uniti e Corea a sostenere studi che valutassero questa ipotesi sui primi dinosauri pennaraptorici”, ha raccontato l’ornitologo Jablonski – “Alla fine  il finanziamento fornito dall’Università Nazionale di Seoul ci ha permesso di avviare la nostra ricerca collaborativa e di completarla con alcuni fondi aggiuntivi”.

“Abbiamo scelto il Caudipteryx come rappresentante dei primi dinosauri Pennaraptoran”, ha spiegato uno dei paleontologi Lee, specialista in fossili di dinosauri e coautore dello studio.

La squadra di robotica ha costruito un robot chiamato Robopteryx, che assomiglia alla morfologia di Caudipteryx. Contemporaneamente, il gruppo di biologi ha condotto una revisione completa della diversità sui display che riproducevano le ali e la coda utilizzati dagli uccelli per innescare la fuga delle loro prede.

Park, primo autore dell’articolo e ornitologo che si occupa di dieta e foraggiamento aviario, insieme a una squadra di biologi, ha condotto dei test sul campo con Robopteryx per osservare le risposte comportamentali delle cavallette selvatiche, che appartengono all’antico ordine degli Ortotteri e che probabilmente coesistono con i dinosauri pennaraptorici.

Si ritiene dunque che l’evoluzione delle piume nei dinosauri sia iniziata con strutture simili a setole utilizzate principalmente per l’isolamento e la visualizzazione, come osservato da Steve Brusatte, un paleontologo dell’Università di Edimburgo non coinvolto nello studio.

È stata una linea unica di dinosauri che ha sviluppato piume complesse, che alla fine hanno portato alle capacità di volo osservate negli uccelli moderni. Questo esperimento offre una prospettiva alternativa e convincente sul motivo per cui le ali si sono sviluppate in primo luogo, fornendo un nuovo livello di comprensione della complessa storia evolutiva degli uccelli e dei loro precursori preistorici.

Quali sono stati i risultati?

Lo studio ha prodotto i seguenti risultati: innanzitutto hanno rivelato che le cavallette sono fuggite più frequentemente quando le proto-ali erano presenti sugli arti anteriori, rispetto ai display senza proto- ali.

Gli insetti sono dunque scappati più spesso quando le proto-ali avevano macchie bianche, rispetto a quando erano semplicemente nere; inoltre si allontanavano più frequentemente quando erano presenti le penne della coda, in particolare quando l’area delle penne della coda era ampia.

 

Poiché le reazioni dei semplici circuiti neurali coinvolti nelle fughe degli insetti preda sono cruciali per comprendere l’evoluzione della strategia di inseguimento degli uccelli, i ricercatori hanno deciso di confrontare le risposte dei neuroni delle cavallette agli ipotetici display dei dinosauri: “Ho creato animazioni al computer che imitano i display di Caudipteryx e li ho presentati alle cavallette in laboratorio”, ha affermato Park. “Per registrare le risposte dei neuroni ho utilizzato un’apparecchiatura economica e facilmente reperibile”, ha proseguito Park.

I ricercatori hanno scoperto che le reazioni dei neuroni, in particolare i picchi di accensione, erano più elevati in risposta alle animazioni con le proto-ali, rispetto a quelle senza.

Sulla base dei risultati, i ricercatori sostengono che le prede dei dinosauri avrebbero avuto maggiori probabilità di fuggire quando erano presenti proto-ali fatte di piume, soprattutto in prossimità dell’estremità degli arti anteriori e con motivi contrastanti, e quando venivano utilizzate le piume della coda, soprattutto di un’area ampia, durante le ipotetiche manifestazioni.

“Si ritiene che l’uso del piumaggio per stanare la preda possa aumentare la frequenza degli inseguimenti dopo la sua fuga, amplificando così l’importanza delle proto-ali e della coda nelle manovre per il successo dell’inseguimento.

Ciò potrebbe portare allo sviluppo di piume più grandi e più rigide, le quali consentirebbero inseguimenti di maggior successo e una rappresentazione visiva del risciacquo più pronunciata” si legge nei risultati dello studio.