Piume di dinosauro in ambra birmana: nuove scoperte sull’evoluzione del volo

Un recente studio cinese ha rivelato dettagli sorprendenti sull’evoluzione delle piume per il volo, un passaggio cruciale che ha permesso ai primi uccelli di superare i loro parenti dinosauri nella conquista dei cieli.

Le piume, risalenti a 99 milioni di anni fa e rinvenute nell’ambra birmana del periodo Cretaceo (145-66 milioni di anni fa), sono state analizzate da un team della Chinese Academy of Sciences (CAS). I risultati sono stati pubblicati il 13 maggio sulla rivista Science Bulletin.

“Le piume sono fondamentali per il volo degli uccelli”, ha dichiarato il team, sottolineando come lo sviluppo di piume capaci di generare spinta e portanza sia stato essenziale nell’evoluzione degli uccelli. Sebbene gli uccelli moderni siano i diretti discendenti dei dinosauri, molti dinosauri piumati non avevano capacità di volo, anche se alcuni potevano planare o eseguire voli attivi. Spesso, quando si immaginano dinosauri volanti, si pensa a rettili non dinosauri come i pterosauri, con grandi ali membranose.

L’evoluzione delle piume è stata un passo chiave nella transizione dai dinosauri simili a uccelli ai primi veri uccelli, ma studiarla è complesso a causa della scarsa conservazione delle piume nei fossili. L’ambra birmana offre un’opportunità unica: le strutture delicate rimangono intrappolate nella resina, preservandosi nel tempo. Grazie a questa caratteristica, il team ha ottenuto informazioni tridimensionali sulle piume, tracciando le fasi evolutive che hanno portato alla capacità di volo.

Struttura delle piume e meccanismi di volo

Una piuma è composta da un rachide centrale e due file di barbe laterali, ognuna con barbule simili a peli. Negli uccelli moderni, le barbule hanno un sistema di chiusura a ganci e scanalature, simile al Velcro, che crea una superficie resistente e impermeabile all’aria durante il volo. Inoltre, i ganci e le spine sulle barbule formano un ulteriore sistema di bloccaggio, noto come “slide-lock system”, descritto per la prima volta dai ricercatori del CAS anni fa. “Questi meccanismi sinergici conferiscono alle piume degli uccelli una straordinaria resistenza e capacità di autoriparazione”, spiegano i ricercatori.

L’archeopteryx, un dinosauro che aveva le piume e , probabilmente, planava fra gli alberi

Evoluzione in cinque fasi

I modelli evolutivi identificano cinque fasi nello sviluppo delle piume: le barbule compaiono nella terza fase, mentre il meccanismo di chiusura emerge nella quarta. La “Chiusura” e l’intreccio a blocco delle barbule è necessario per lo sviluppo completo delle capacità aereodinamice delle piume e per lo sviluppo della capacità di volo . Quindi lo studio della sua evoluzione permette di capire quando i dinosauri hanno iniziato, veramente, a volare.

Tuttavia, la transizione tra queste fasi è poco chiara a causa delle difficoltà di conservazione delle microstrutture nei fossili.

Struttrra delle penne con particolare delle barbule e della loro chiusura e intreccio, che ne esalta le capacità aerodinamiche e di spinta

Le piume cretacee studiate, classificate come Tipo I e Tipo II, appartengono rispettivamente alla terza e quarta fase. Le piume di Tipo I, simili a quelle dei teropodi non aviani (dinosauri a tre dita), presentano barbule curve senza meccanismo di chiusura. Le piume di Tipo II, invece, hanno un rachide più spesso, barbule asimmetriche e un sistema di ganci e scanalature, con una forma che lascia passare l’aria, indicando prestazioni aerodinamiche limitate,ma già presenti. probabilmente questo è il momento del passaggi al volo.

Un’ulteriore scoperta riguarda i noduli sulle barbule di un campione, la più antica evidenza del sistema di chiusura  nel Cretaceo. “Questo dimostra che, oltre al meccanismo a ganci, anche il sistema slide-lock era presente in quel periodo”, ha affermato il team, suggerendo una suddivisione della quarta fase evolutiva in due sottofasi: una senza ganci e un’altra con entrambi i meccanismi di chiusura.

Dato che i dinosauri si estinsero alla fine del Cretaceo, questo sinignifica che questi si erano già evoluti in proto-uccelli prima della loro estinzione. 

Colori e melanosomi

Analizzando i melanosomi (organelli che contengono melanina), il team ha determinato i colori delle piume: quelle di Tipo I erano probabilmente nere con riflessi rossi, mentre quelle di Tipo II erano grigie o nere, simili a quelle dei pinguini.

Queste scoperte gettano nuova luce sull’evoluzione del volo e sulla transizione dai dinosauri agli uccelli, confermando quello che già si sospettava e che alla fine del cretaceo i cieli vedevano animali volanti realtivamente simili ai moderni uccelli.