I dinosauri erano animali a sangue caldo? Verso la conferma grazie a un nuovo metodo di analisi
È uno dei grandi misteri della paleontologia: i dinosauri erano animali a sangue freddo oppure a sangue caldo? Nonostante essi vengano identificati come rettili, la risposta non è affatto scontata: basti pensare all’ipotesi secondo la quale i discendenti odierni dei dinosauri sarebbero gli uccelli, animali a sangue caldo.
I metodi per determinare questa fondamentale caratteristica si sono rivelati finora inconcludenti, sebbene l’ipotesi che i dinosauri fossero animali omeotermi sia stata proposta più volte nel corso degli anni. Tuttavia gli scienziati stanno sviluppando un nuovo metodo di studio delle ossa fossilizzate in grado di determinare quanto abbia respirato un dinosauro durante le ultime ore della sua vita, permettendo ai paleontologi di comprenderne i tassi metabolici.
“È davvero eccitante per noi paleontologi: la questione se i dinosauri fossero a sangue caldo o freddo è una delle domande più antiche in paleontologia, e ora pensiamo di avere raggiunto un consenso sul fatto che la maggior parte dei dinosauri fosse a sangue caldo” afferma Jasmina Wiemann, autrice principale dell’articolo, ricercatrice post-dottorato presso il California Institute of Technology (Caltech) e affiliata presso la Yale University e il Museo di storia naturale della contea di Los Angeles.
“Il nuovo proxy [nella ricerca scientifica i proxy sono indicatori fisici, chimici o biologici] sviluppato da Jasmina Wiemann ci consente di dedurre in modo diretto il metabolismo di organismi estinti, qualcosa che potevamo solo sognare fino a pochi anni fa. Abbiamo inoltre riscontrato diversi tassi metabolici che caratterizzano diversi gruppi, in precedenza già suggeriti sulla base di altri metodi ma mai testati direttamente” spiega Matteo Fabbri, ricercatore post-dottorato al Field Museum di Chicago e uno degli autori dello studio.
Il metabolismo è l’efficacia con cui convertiamo l’ossigeno respirato in energia chimica che alimenta il nostro corpo. Gli animali a sangue caldo, scientificamente endotermici, devono assorbire molto ossigeno e bruciare molte calorie per mantenere la temperatura corporea e un elevato livello di attività, come accade per i mammiferi e gli uccelli.
Gli animali a sangue freddo, ectotermici, come i rettili hanno bisogno di minori quantità di cibo e ossigeno poiché il loro stile di vita risulta meno dispendioso rispetto a quello degli animali a sangue caldo, ma al costo di dipendere dal mondo esterno per conferire al proprio corpo una temperatura adeguata a tenerlo in funzione, tendendo inoltre a mantenere un più basso livello di attività.
Ma come si concilia il fatto che tutti i rettili odierni sono a sangue freddo mentre gli uccelli, animali a sangue caldo, siano i discendenti di rettili come i dinosauri, ipotesi oggi ampiamente condivisa dai paleontologi? I dinosauri erano quindi essi stessi già animali a sangue caldo, nonostante fossero rettili?
Le diverse metodologie finora in uso possono fornire solo indicazioni indirette
I ricercatori esaminando i minerali in un fossile cercano di determinare a quali temperature si formerebbero quei minerali. “In passato esaminavamo le ossa di dinosauro con la geochimica degli isotopi che fondamentalmente funziona come un paleotermometro” continua Wiemann “È un approccio davvero interessante e fu davvero rivoluzionario quando venne proposto e continua a fornire spunti molto interessanti sulla fisiologia degli animali estinti. Ma ci siamo resi conto che non capiamo ancora come i processi di fossilizzazione modifichino i marcatori degli isotopi che identifichiamo, quindi è difficile confrontare in modo inequivocabile i dati ottenuti dai fossili con gli animali moderni”.
Il tasso di crescita costituisce un secondo metodo applicato allo studio del metabolismo: “Osservando la sezione trasversale del tessuto osseo di un dinosauro e possibile vedere una serie di linee che come gli anelli degli alberi corrispondono ad anni di crescita” spiega Fabbri. “Si possono contare le linee di crescita e lo spazio tra di loro per capire quanto velocemente sia cresciuto il dinosauro.
Il limite di questa metodologia è insito nei modi in cui possono cambiare le stime del tasso di crescita in un metabolismo: crescere più velocemente o più lentamente può avere più a che fare con lo stadio della vita dell’animale che con il suo metabolismo, analogamente a come noi cresciamo più velocemente quando siamo giovani e più lentamente quando siamo più grandi.”
Il nuovo metodo proposto da Wiemann, Fabbri e colleghi non prende in considerazione i fattori fin qui illustrati ma uno dei segni distintivi basilari del metabolismo: il consumo di ossigeno. La respirazione genera prodotti collaterali che reagiscono con proteine, zuccheri e lipidi lasciando dietro di sé rifiuti molecolari estremamente stabili e insolubili in acqua, particolarmente adatti a preservarsi durante il processo di fossilizzazione. Essi costituiscono una sorta di registro in cui è riportato quanto ossigeno stesse respirando un dinosauro e conseguentemente indicazioni sul suo tasso metabolico.
I femori di colore scuro indicano una maggiore quantità di materia organica preservata, quindi i ricercatori si sono concentrati su questa tipologia di fossili esaminandoli tramite tecniche spettroscopiche non distruttive in grado di quantificare l’abbondanza dei marcatori molecolari che rivelano informazioni sul tasso metabolico.
Sono stati sottoposti ad analisi i femori di 55 gruppi di animali: dinosauri, pterosauri (i cugini volanti dei dinosauri), rettili di mare estinti come i plesiosauri e infine uccelli, mammiferi e lucertole moderni. Il confronto fra la quantità di sottoprodotti molecolari legati alla respirazione e i tassi metabolici noti degli animali viventi è stato utilizzato come pietra di paragone per dedurre quegli stessi tassi metabolici negli animali estinti.
I dinosauri si possono suddividere in due grandi gruppi principali e vale anche per il sistema di regolazione della temperatura corporea
I risultati rivelano tassi metabolici erano generalmente alti nei dinosauri e anche le differenze fra i due grandi gruppi di dinosauri, gli ornitischi (che significa bacino da uccello) come il Triceratopo, l’Anchilosauro, l’Iguanodonte lo Stegosauro evidenziano bassi tassi metabolici paragonabili a quelli degli animali moderni a sangue freddo mentre i saurischi (bacino da lucertola), che includono i teropodi, come i dinosauri predatori a due zampe più simili a uccelli quali il Tirannosauro e i Velociraptor, e i sauropodi, ovvero gli erbivori giganti dal collo lungo come il Brontosauro e il Diplodoco, erano a sangue caldo o addirittura molto caldo.
La sorpresa maggiore risiede infatti nella scoperta che i tassi metabolici di quest’ultimo gruppo di dinosauri sono paragonabili a quelli degli uccelli moderni, molto più alti rispetto ai mammiferi. Sono risultati che vanno a integrare studi indipendenti che già in passato suggerivano tale idea ma nell’impossibilità di fornire prove dirette per le ragioni fin qui riassunte. Sì tratta secondo i ricercatori di risultati che possono aprire nuove strade verso la comprensione della vita stessa dei dinosauri.
“I dinosauri con tassi metabolici più bassi sarebbero stati, in una certa misura, dipendenti dalle temperature esterne”, afferma Wiemann. “Le lucertole e le tartarughe si crogiolano al sole e potremmo dover considerare un analogo comportamento per la termoregolazione negli ornitischi con tassi metabolici eccezionalmente bassi. Anche i dinosauri a sangue freddo potrebbero aver dovuto migrare verso climi più caldi durante la stagione fredda e il clima potrebbe essere stato un fattore selettivo riguardo i luoghi dove alcuni di questi dinosauri potevano vivere.”
I dinosauri a sangue caldo dovevano invece essere più attivi e conseguentemente necessitavano di ingurgitare grandi quantità di cibo. “I sauropodi giganti a sangue caldo erano erbivori e serve una grande massa di vegetali per reggere un simile sistema metabolico. Possedevano sistemi digestivi molto efficienti e, viste le loro grandi dimensioni, probabilmente era più un problema per loro raffreddarsi che riscaldarsi”. I dinosauri teropodi, il gruppo che include gli uccelli, dovevano intanto aver sviluppato un alto metabolismo ancor prima che alcuni membri si evolvessero fino a divenire animali volanti.
Lo studio può anche fornire una nuova prospettiva sul più noto degli enigmi, la scomparsa dei dinosauri: “Possedere un alto tasso metabolico viene generalmente suggerito essere uno dei vantaggi fondamentali quando si tratta di sopravvivere alle estinzioni di massa e diffondersi con successo in seguito”, afferma Wiemann, e alcuni scienziati hanno ipotizzato gli uccelli siano sopravvissuti mentre i dinosauri non aviari siano scomparsi a causa dell’incremento nel metabolismo degli uccelli, ma il nuovo studio di Wiemann e colleghi tende a smentire questa tesi: molti dinosauri con capacità metaboliche eccezionali simili a quelle degli uccelli si sono infatti estinti.
“Viviamo nella sesta estinzione di massa“, conclude la ricercatrice “quindi è importante per noi capire come gli animali moderni ed estinti abbiano risposto fisiologicamente ai precedenti cambiamenti climatici e perturbazioni ambientali, in modo che il passato possa fornire indicazioni utili per la conservazione della biodiversità nel presente e consapevolezza riguardo le nostre azioni future”.
La ricerca “Fossil biomolecules reveal an avian metabolism in the ancestral dinosaur“ è stata pubblicata su Nature (maggio 2022)
