È ormai noto che gli uccelli siano strettamente imparentati con i dinosauri, tanto da essere considerati i loro diretti discendenti (con buona pace dei rettili). Gli uccelli derivano in particolare dai dinosauri teropodi, gruppo che include per la maggior parte carnivori con rappresentanti di rilievo come l’allosauro ed il tirannosauro. Gli scienziati ebbero un primo, fondamentale indizio della stretta correlazione tra uccelli e dinosauri quando nel 1860 (un anno dopo la pubblicazione de “L’origine delle specie” di Charles Darwin) venne ritrovata in Baviera una piuma fossile e, a distanza di un anno, lo scheletro a cui apparteneva: Archaeopteryx, una forma transitoria tra i dinosauri piumati e gli uccelli moderni e tutt’ora considerato il membro più arcaico conosciuto della classe Aves. Archaeopteryx è vissuto circa 150 milioni di anni fa, nel tardo Giurassico, proprio quando l’evoluzione degli uccelli ebbe inizio.
La sfida evolutiva intrapresa dai dinosauri teropodi è chiara e precisa: ottenere la capacità di volare. Per raggiungerla, essi sono andati incontro a cambiamenti anatomici e fisiologici che ancora ci sorprendono e che a volte rasentano i limiti della fisica.
Il primo step da raggiungere era diminuire la massa corporea, poiché risulta più facile far volare un corpo piccolo rispetto ad uno massiccio. Non dimentichiamoci che alcuni esponenti dei teropodi vantavano taglie da record: il Giganotosaurus, ad esempio, poteva pesare da 4.2 a 13.8 tonnellate. Nell’arco di 50 milioni di anni i teropodi passarono da una media di 163 kg a 0.8 kg, in linea con le dimensioni medie degli uccelli moderni. Il prezzo da pagare per la diminuzione della massa corporea fu, però, un aumento del metabolismo basale che comportò anche un maggior dispendio di calore. In pratica, i nuovi teropodi consumavano molto di più e trattenevano meno calore. Le squame, allora, si modificarono in piume, formazioni cornee estremamente utili per l’isolamento termico ma allo stesso tempo leggerissime. Comparvero anche le penne, simili alle piume ma funzionalmente dedicate alla dinamica del volo.
Il secondo step fu quello di dare forza alle ali, motori principali del volo. I muscoli pettorali si svilupparono enormemente, col rischio di non trovare una buona struttura ossea di supporto. Lo sterno si appuntì dunque a formare la carena, che assicura un buon ancoraggio all’inserzione dei muscoli, e si formò l’osso coracoide, che àncora il cinto toracico all’ala conferendo resistenza a tutto il complesso.
Per riuscire a volare, però, bisognava perdere ancora zavorra. La strategia a questo punto fu drastica: le ossa divennero pneumatiche, ovvero vuote al loro interno. La resistenza fu comunque mantenuta grazie alla trabecolatura, ovvero alla struttura interna fatta di piccole trabecole che attraversano le pareti puntellandole. Vennero, inoltre, sacrificati anche i denti e le ossa della bocca, sostituiti da un becco di cheratina leggero e a crescita continua.
La coda regredì e le ultime vertebre, le caudali, si fusero insieme in un vero e proprio “portacoda”, l’uropigio, sul quale si inseriscono le penne timoniere. Esse, come indica il nome, sono fondamentali per manovrare e frenare durante il volo. Anche l’apparato gastroenterico si è adattato al volo, con un intestino incredibilmente corto (e quindi leggero) ma capace di andare incontro a peristalsi inversa, ovvero di rimandare indietro eventuali nutrienti non assorbiti durante il primo passaggio.
A questo punto i dinosauri teropodi riuscivano probabilmente a librarsi in volo, ma i problemi non erano certo finiti. Potenziare al massimo l’assorbimento idrico, ad esempio, si rivelò necessario per aumentare il tempo di permanenza in volo e poter quindi affrontare l’incredibile fenomeno della migrazione, scelta evolutiva mirata a scegliere territori con pochi predatori e moltissime risorse alimentari a seconda della stagione. Questo obiettivo venne raggiunto tramite la scomparsa della vescica e l’espulsione di acido urico, estremamente concentrato rispetto all’urina dei mammiferi. Un altro problema non indifferente era rappresentato dall’altissima domanda di ossigeno, legata al metabolismo divenuto veloce e all’enorme sforzo energetico rappresentato dal volo. La cassa toracica era divenuta tuttavia poco espandibile a causa della rigidità degli ancoraggi scheletrici, ed i polmoni si erano estremamente rimpiccioliti. I teropodi che volevano volare a tutti i costi, allora, si sono inventati una struttura unica: i sacchi aerei. Essi sono molteplici, sparsi in varie parti del corpo e comunicano con i polmoni, fungendo come dei mantici che aumentano la capacità di immagazzinamento di aria da parte dell’uccello. Questo meccanismo è utilissimo soprattutto quando si vola ad altezze importanti, ad esempio i 18.000 metri d’altitudine segnalati per l’oca egiziana, e la concentrazione di ossigeno è estremamente rarefatta.
L’opera di alta ingegneria era terminata, e i dinosauri teropodi erano diventati uccelli. Possiamo esserne testimoni ogni giorno, dal più piccolo giardino ai crinali di montagna fino alle grandi città: e anche se non percepiamo tutte le incredibili evoluzioni a cui il loro corpo è andato incontro, possiamo senza dubbio godere di quell’opera d’arte unica che è il volo.
L’evoluzione degli uccelli sarà uno degli argomenti trattati durante l’evento “Avifauna d’Appennino – corso di riconoscimento uccelli”, che si terrà il 7 e 8 giugno presso il Rifugio Isera Orecchiella a Villa Collemandina (LU). Il venerdì sarà dedicato alla teoria ed alla pratica indoor con foto e tracce audio, mentre il sabato si uscirà in escursione nel cuore della Riserva dell’Orecchiella per una sessione di birdwatching. Per informazioni e prenotazioni potete contattare il 328/3197046 oppure scrivere a iseraorecchiella@gmail.com.
Francesca Orsoni