Quando avevo quattro anni, dicevo che da grande
volevo diventare mondezzaio. Mi piaceva il rumore dei bidoni
e del compressore; pensavo che tutti i rifiuti di New York
potessero essere compressi in un unico grande camion. Poi,
a cinque anni, mio padre mi portò a vedere il tirannosauro
esposto nell'American Museum of Natural History di New York.
Mentre me ne stavo immobile di fronte alla grande bestia,
un uomo nella sala starnutì; io sobbalzai e mi preparai
a recitare le mie preghiere. L'animale, tuttavia, non si mosse
ed io, uscendo dal museo, annunciai a mio padre che da grande
avrei fatto il paleontologo. In quei lontani giorni degli
anni quaranta non c'era molto che potesse stimolare l'interesse
di un ragazzino verso la paleontologia. Ricordo le immagini
di Fantasia, Alley Oop, e alcune statuette di metallo vendute
all'ingresso del museo, il cui prezzo era assai superiore
alle mie possibilità e che non erano comunque molto
attraenti. Soprattutto ricordo le impressioni raccolte dalla
lettura dei libri: Brontosaurus, l'animale che doveva trascorrere
la sua vita nelle pozze perché non era in grado di
sostenere il peso del suo corpo sulla terraferma; Tyrannosaurus,
il feroce combattente dai movimenti sgraziati e maldestri.
In breve, si trattava di animali a sangue freddo, lenti, goffi,
e dotati di un cervello grande quanto un pisello. E se questo
non fosse bastato a confermare la loro inadeguatezza, bisognava
ricordare che erano tutti quanti periti nella grande estinzione
del Cretaceo.
Un aspetto di questa visione tradizionale mi ha
sempre sconcertato: come è possibile che animali siffatti
abbiano dominato la Terra per tanto tempo? I Terapsidi, i
rettili da cui si sono evoluti i mammiferi, erano già
molto diffusi prima dell'avvento dei dinosauri. Come mai non
erano diventati loro i dominatori della Terra? Gli stessi
mammiferi si sono evoluti quasi contemporaneamente ai dinosauri,
eppure per 100 milioni di anni hanno vissuto come piccole
creature poco diffuse. Come mai, se i dinosauri erano animali
tanto lenti, stupidi e inefficienti, non vennero subito soppiantati
dai mammiferi?
Vari paleontologi, nell'ultimo decennio, hanno suggerito una
sconvolgente soluzione. Essi sostengono che i dinosauri erano
capaci, attivi e a sangue caldo. Inoltre essi non sono scomparsi
completamente, un ramo del loro ceppo continua ad abitare
la Terra: li chiamiamo uccelli.
Avevo deciso di non scrivere sul tema dei dinosauri a sangue
caldo, perché la notizia era già abbastanza
diffusa e dibattuta dalla stampa e dalla televisione. Il profano
intelligente, quella degna astrazione per cui scriviamo, doveva
essere saturo dell'argomento. Ho tuttavia cambiato parere.
Nelle interminabili discussioni fatte, ho trovato che la relazione
tra due problemi centrali, l'endotermia dei dinosauri e il
loro legame genealogico con gli uccelli, non era stata assolutamente
capita. Ho inoltre scoperto che la notizia della relazione
fra dinosauri e uccelli ha suscitato entusiasmo per una ragione
sbagliata, mentre la ragione giusta, in genere non rilevata,
unisce l'origine degli uccelli con l'endotermia dei dinosauri.
Tale unione rappresenta la base per una radicale modificazione
del sistema di classificazione dei vertebrati che rimuova
i dinosauri dai Reptilia ed elimini la tradizionale classe
Aves (uccelli) ponendo una nuova classe, Dinosauria, nella
quale si raccolgano tanto i dinosauri quanto gli uccelli.
I vertebrati terrestri verrebbero cosi sistemati in quattro
classi: due classi a sangue freddo, Amphibia e Reptilia, e
due classi a sangue caldo, Dinosauria e Mammalia. Io non ho
ancora accettato completamente questa nuova classificazione,
ma devo ammettere di ammirarne l'originalità.
L'affermazione che gli uccelli hanno avuto i dinosauri come
antenati è meno sconvolgente di quanto possa apparire
a prima vista. Rappresenta poco più di una semplice
modificazione nell'orientamento di un ramo dell'albero filetico.
Lo stretto rapporto che esisteva tra l’Achaeopteryx,
il primo uccello, e un gruppo di piccoli dinosauri noti come
coelurosauri non è stato mai messo in dubbio. Thomas
Henry Huxley e la maggior parte dei paleontologi del XIX secolo
sostenevano che esisteva un rapporto di discendenza diretta
tra dinosauri e uccelli.
Tuttavia, l'opinione di Huxley cadde in discredito nel corso
del nostro secolo per una semplice e apparentemente valida
ragione. Le strutture complesse, una volta che l'evoluzione
le ha spazzate via, non riappaiono mai successivamente nella
stessa forma. Questa affermazione non si basa su alcuna misteriosa
forza dell'evoluzione ma su di una semplice legge di probabilità
statistica. Le parti complesse sono costruite dall'azione
di molti geni che interagiscono in maniera complessa con l'intero
macchinario dello sviluppo dell'organismo. Una volta smantellato
dall'evoluzione, come è possibile un tale sistema sia
ricostruito di nuovo, pezzo a pezzo? La critica che veniva
mossa alla posizione di Huxley si basava su di un singolo
osso: la clavicola. Negli uccelli, Archaeopteryx compreso,
le clavicole sono fuse in un unico osso, la furcula, che nella
cultura popolare è detta «osso dei desideri».
Sembrava che tutti i dinosauri avessero perso le loro clavicole
e per questo non potessero essere i diretti antenati degli
uccelli. Una critica senza appello, se vera. Tuttavia è
noto che questo tipo di critiche possono dimostrarsi false
in seguito a nuove scoperte.
Persino i detrattori di Huxley non potevano negare l'esistenza
di somiglianze strutturali tra l’Achaeopteryx e i coelurosauri.
Così essi optarono per la più comoda spiegazione
possibile della relazione tra uccelli e dinosauri: entrambi
discendevano da un gruppo di rettili dotati di clavicola,
caratteristica che in una linea di discendenza, i dinosauri,
si era persa e in un 'altra, gli uccelli, si era trasformata
in furcula. Il candidato più certo per il ruolo di
antenato è un gruppo di rettili tecodonti del Triassico:
gli pseudosuchi.
Sono molti coloro che, nel sentire per la prima volta che
gli uccelli potrebbero essere dinosauri sopravvissuti, pensano
che questa sorprendente affermazione debba rappresentare un
enorme sconvolgimento delle teorie relative ai rapporti che
legano le varie classi di vertebrati. Nulla potrebbe essere
più lontano dalla verità. Tutti i paleontologi
sostengono che esiste una stretta affinità tra dinosauri
e uccelli. Il dibattito attuale si incentra su un piccolo
spostamento dei punti di ramificazione filetica: si cerca
di capire se gli uccelli siano discendenti diretti degli pseudosuchi
o se siano derivati dai discendenti di questi, i coelurosauri,
appunto. Se gli uccelli sono derivati dagli pseudosuchi, non
possono essere considerati discendenti dei dinosauri perché
questi non erano ancora apparsi; ma se gli uccelli sono emersi
dai coelurosauri, sono l'unico ramo sopravvissuto della grande
famiglia dei dinosauri. Poiché gli pseudosuchi e i
primi dinosauri erano molto simili, l'identificazione del
punto esatto di ramificazione non implica nulla di particolarmente
importante circa la biologia degli uccelli. Nessuno vuol sostenere
che i colibrì si siano evoluti dallo Stegosaurus o
dal Triceratops.
Una volta chiarito in questi termini, il problema può
sembrare molto poco importante alla maggior parte dei lettori,
anche se, per ragioni diverse che sto per spiegare, in realtà
lo è. Voglio mettere in evidenza che la questione è,
per i paleontologi, di estrema importanza. Noi siamo molto
interessati a identificare i vari antenati e i vari discendenti
e amiamo le nostre creature preferite con la stessa intensità
con cui la maggior parte della gente ama i membri delle proprie
famiglie. Sono pochi coloro che non sarebbero interessati
dalla scoperta che un loro cugino sia in realtà il
loro padre, anche se questo non fornisce molte informazioni
sulla loro strutturazione biologica.
Recentemente, un paleontologo di Yale, John Ostrom, ha rispolverato
la teoria dei dinosauri. Egli ha studiato a fondo i diversi
esemplari di Archaeopteryx, in tutto cinque. Innanzitutto
bisogna dire che la principale obiezione portata contro la
teoria della discendenza degli uccelli dai dinosauri è
stata invalidata dalla scoperta che almeno due coelurosauri
erano dotati di clavicole; non sono esclusi come progenitori
degli uccelli. In secondo luogo, Ostrom porta prove dettagliate
dell'estrema somiglianza tra l'Archaeopteryx e i coelurosauri.
Poiché molte di queste caratteristiche comuni non sono
rintracciabili negli pseudosuchi, o esse si sono evolute due
volte (se gli pseudosuchi sono antenati degli uccelli e dei
dinosauri), o si sono evolute una sola volta e gli uccelli
le hanno ereditate da antenati dinosauri. Lo sviluppo separato
di caratteristiche simili è un avvenimento abbastanza
comune in evoluzione, noto come parallelismo o convergenza.
Si parla di convergenza in poche strutture relativamente semplici
ed evidentemente adattate quando i due gruppi, che le condividono,
condividono anche lo stesso modo di vivere: si pensi ai carnivori
marsupiali dai denti a sciabola dell'America del sud e alla
tigre dai denti a sciabola placentata. Ma quando troviamo
una corrispondenza diretta in minuzie di struttura senza un
evidente valore adattativo, allora possiamo concludere che
i due gruppi condividono le loro somiglianze per discendenza
da un antenato comune. Di conseguenza, io accetto le conclusioni
di Ostrom. Il solo grosso impedimento ad ammettere i dinosauri
come antenati degli uccelli era già caduto con la scoperta
di clavicole in alcuni coelurosauri.
Una volta stabilito che gli uccelli si sono evoluti dai dinosauri,
si può dire che i dinosauri vivono ancora? O, in altri
termini, possiamo classificare gli uccelli e i dinosauri nello
stesso gruppo con gli uccelli come unici rappresentanti viventi?
I paleontologi R.T. Bakker e P.M. Galton sostengono questa
ipotesi quando affermano che si dovrebbe parlare di una nuova
classe di vertebrati: i Dinosauria.
La risposta esige che si affronti uno dei problemi centrali
della filosofia tassonomica. (Mi spiace di essere cosi tecnico,
ma spesso la peggiore confusione emerge proprio da una mancata
distinzione tra questioni di tipo tassonomico e affermazioni
di tipo biologico circa la struttura e la fisiologia.) Alcuni
tassonomi sostengono che dovremmo raggruppare gli organismi
solo in base ai modelli di ramificazione: se due gruppi si
separano l'uno dall'altro e non hanno discendenti (come i
dinosauri e gli uccelli), debbono essere ordinati assieme
prima che ciascun gruppo si unisca ad un altro (come nel caso
dei dinosauri con altri rettili). In questo sistema di classificazione
detto cladistico (o a ramificazioni), i dinosauri non possono
essere rettili a meno che non lo siano anche gli uccelli.
Se gli uccelli non sono rettili, allora uccelli e dinosauri
devono formare una nuova unica classe.
Tuttavia ci sono altri studiosi di tassonomia che sostengono
che i punti di ramificazione non sono il solo criterio di
classificazione. Essi prendono in considerazione anche il
grado di divergenza adattativa della struttura. Secondo la
classificazione cladistica, i pesci polmonati (dipnoi) sono
più affini alle mucche che non ai salmoni, perché
gli antenati dei vertebrati terrestri si sono distaccati dai
Sarcopterygii (un gruppo comprendente i dipnoi) dopo che questi
si erano già separati dal gruppo degli Actinoperygii
(pesci ossei che includono i salmoni). Nel sistema tradizionale
noi consideriamo la struttura biologica insieme al modello
di ramificazione, e siccome i salmoni e i dipnoi condividono
una serie di caratteristiche comuni a tutti i vertebrati acquatici,
possiamo continuare a classificarli insieme come pesci. Gli
antenati delle mucche subirono una lunga serie di trasformazioni
evolutive passando dalla condizione di anfibi a quella di
rettili e infine a quella di mammiferi, mentre i dipnoi sono
rimasti quasi immutati e sono molto simili a quelli di 250
milioni di anni. Il pesce è pesce, come disse una volta
un famoso filosofo.
Il sistema di classificazione tradizionale considera i diversi
ritmi evolutivi dei vari rami come un elemento importante
ai fini della classificazione. Un gruppo può raggiungere
un certo stato separato grazie alle profonde divergenze sviluppate
durante la sua evoluzione. Di conseguenza, per questo sistema,
i mammiferi possono essere un gruppo separato e i dipnoi possono
essere accomunati agli altri pesci. Gli umani possono essere
considerati come gruppo separato e gli scimpanzé possono
essere messi insieme agli oranghi (anche se l'uomo e lo scimpanzé
condividono un punto di ramificazione più recente di
quello fra scimpanzé e orango). Nello stesso modo,
gli uccelli possono essere considerati un gruppo separato
e i dinosauri messi insieme ai rettili, anche se gli uccelli
si sono ramificati dai dinosauri. Se gli uccelli hanno sviluppato
le basi strutturali del loro grande successo solo dopo essersi
separati dai dinosauri e se questi ultimi non si sono allontanati
troppo da uno schema di base di rettile, allora gli uccelli
possono essere considerati come un gruppo separato e i dinosauri
possono essere accomunati ai rettili, malgrado la loro storia
genealogica.
Arriviamo quindi alla nostra questione centrale e all'unione
della tecnica tassonomica con la faccenda del sangue caldo
dei dinosauri. Gli uccelli hanno ereditato le loro caratteristiche
fondamentali direttamente dai dinosauri? Se è così,
allora probabilmente dovrebbe essere accettata la nuova classe
proposta da Bakker e da Galton, nonostante l'aderenza della
maggior parte degli uccelli moderni a un tipo di vita non
propriamente corrispondente a quella della maggior parte dei
dinosauri. Dopotutto, i pipistrelli, le balene e gli armadilli
sono tutti mammiferi. Prendiamo in considerazione le due caratteristiche
che rendono possibile il volo degli uccelli: le penne, che
permettono la propulsione, e il sangue caldo che garantisce
il metabolismo necessario ad un'attività così
pesante come il volo. È possibile che gli Archaeopteryx
abbiano ereditato queste caratteristiche da un antenato dinosauro?
R.T. Bakker ha presentato in modo elegante la questione dei
dinosauri a sangue caldo. Egli si basa su quattro punti centrali.
l) La struttura ossea. Gli animali a sangue freddo
non possono mantenere la loro temperatura corporea costante,
essa fluttua seguendo i mutamenti termici dell'ambiente circostante.
Di conseguenza, quegli animali a sangue freddo che vivono
in ambienti con forti escursioni termiche stagionali (inverni
freddissimi ed estati caldissime) sviluppano anelli di crescita
concentrici nelle ossa (che indicano la rapida crescita estiva
e la lenta crescita invernale, qualche cosa di simile agli
anelli dei tronchi degli alberi). Questi anelli non sono presenti
negli animali a sangue caldo che sono in grado di mantenere
costante la loro temperatura corporea in tutte le stagioni.
I resti di dinosauri che vivevano in regioni caratterizzate
da forti escursioni termiche stagionali non presentano alcuna
stratificazione ad anelli.
2) La distribuzione geografica. I grandi animali
a sangue freddo non vivono troppo lontano dall'equatore, perché
non sono in grado di riscaldarsi a sufficienza durante le
brevi giornate invernali, e difficilmente, a causa delle loro
dimensioni, possono trovare luoghi adatti per ibernarsi. Alcuni
grandi dinosauri vivevano tanto a nord da dover resistere
a lunghi periodi invernali durante i quali la luce del Sole
era assente.
3) L'ecologia fossile. I carnivori a sangue caldo
devono nutrirsi molto di più dei loro simili a sangue
freddo di pari dimensioni, per poter mantenere una temperatura
corporea costante. Di conseguenza, se prede e predatori sono
quasi delle stesse dimensioni, in una comunità di carnivori
a sangue freddo ci saranno relativamente più predatori
(in quanto ciascuno di essi consuma molto poco) di quanti
ce ne siano in una comunità di carnivori a sangue caldo.
Il rapporto tra predatori e prede può raggiungere il
40% nel caso di comunità a sangue freddo, ma non supera
il 3% in quelle a sangue caldo. I predatori all'interno delle
comunità di dinosauri erano molto rari, come nel caso
di una comunità di animali a sangue caldo.
4) L'anatomia dei dinosauri. Tradizionalmente,
i dinosauri erano descritti come bestie lente e dai movimenti
incerti, tuttavia le ricostruzioni più moderne hanno
messo in luce la grande somiglianza tra la struttura anatomica
che permetteva la locomozione dei dinosauri e quella di moderni
mammiferi in grado di correre (si veda il saggio 25).
Rimane il problema del piumaggio perché
il brontosauro non era certo vestito come un pavone. Possiamo
chiederci a che cosa servissero le penne dell'Archaeopteryx.
Se esse venivano utilizzate per il volo, allora possono essere
una caratteristica appartenente solo agli uccelli. Nessuno
ha mai ipotizzato che qualche dinosauro volasse (gli pterodattili
erano un gruppo separato). La ricostruzione anatomica fatta
da Ostrom ci fa capire che l'Archaeopteryx non poteva volare;
i suoi arti anteriori erano collegati alle spalle in modo
da non permettere i movimenti tipici delle ali dei volatili.
Ostrom suggerisce due possibili usi delle penne: come rivestimento
adatto a proteggere un piccolo animale a sangue caldo da un'eccessiva
perdita di calore e come una sorta di trappola per catturare
insetti o altre piccole prede. L'Archaeopteryx era certo un
animale di piccole dimensioni. Pesava meno di mezzo chilo
ed era molto più piccolo del più piccolo dinosauro.
Il rapporto tra superficie e volume negli animali piccoli
è molto alto (si vedano i saggi 29 e 30). Il calore
viene generato all'interno del corpo e viene irradiato all'esterno
attraverso la superficie. Gli animali piccoli a sangue caldo
incontrano particolari problemi nel mantenere costante la
loro temperatura corporea, perché il calore viene dissipato
rapidamente dalla loro relativamente estesa superficie corporea.
Il toporagno, nonostante la sua folta pelliccia, deve mangiare
continuamente per alimentare la sua stufa interna. Il rapporto
tra superficie e volume nei dinosauri era talmente basso che
per loro non esistevano problemi di conservazione del calore.
Tuttavia, quando un dinosauro o i suoi discendenti divennero
abbastanza piccoli, dovettero dotarsi di un isolante termico
per conservare l'endotermia. Il piumaggio può essere
stato una delle prime soluzioni adattative scelte. Bakker
suggerisce che molti coelurosauri potevano essere dotati di
piume (è molto difficile che nei fossili si conservino
tracce di piumaggio; l'Archaeopteryx rappresenta una preziosa
rarità).
Le penne, che inizialmente si erano evolute per permettere
un isolamento termico, vennero in seguito utilizzate per il
volo. È certamente difficile immaginare che esse si
siano evolute esclusivamente per il volo. Gli antenati degli
uccelli non erano adatti al volo e le penne non sono comparse
all'improvviso e completamente formate. Come poteva la selezione
naturale costruire un adattamento attraverso diversi stadi
intermedi in antenati che non se ne servivano? Ipotizzando
che le penne avessero come prima funzione quella di protezione
termica, possiamo considerarle come una strada aperta ai dinosauri
a sangue caldo per conquistare i vantaggi ecologici offerti
dalle piccole dimensioni.
Le argomentazioni di Ostrom per una discendenza degli uccelli
dai coelurosauri non dipendono dall'essere a sangue caldo
dei dinosauri o dall'iniziale uso del piumaggio come isolante.
Esse sono basate sui metodi classici: somiglianze dettagliate
pezzo per pezzo fra ossa, e l'opinione che tale straordinaria
rassomiglianza deve riflettere una comune discendenza, non
convergenza. Ritengo che la posizione di Ostrom rimarrà
valida, quale che sia la conclusione del dibattito sul sangue
caldo dei dinosauri.
Tuttavia, l'ipotesi di una discendenza diretta degli uccelli
dai dinosauri avrebbe un riconoscimento pubblico solo se fosse
possibile dimostrare che gli uccelli hanno ereditato le caratteristiche
dell'endotermia e del piumaggio dai dinosauri. Se, invece,
gli uccelli hanno sviluppato queste caratteristiche solo dopo
essersi distaccati dai dinosauri, allora questi ultimi sono
veri e propri rettili nella loro fisiologia; dovrebbero essere
messi assieme a tartarughe, lucertole e affini nella classe
Reptilia. (Propendo verso una posizione tradizionalista piuttosto
che cladista rispetto alla tassonomia.) Ma se, invece, i dinosauri
erano animali a sangue caldo e hanno sviluppato il piumaggio
per mantenere questa caratteristica col ridursi delle dimensioni
corporee, allora gli uccelli hanno ereditato gli elementi
fondamentali del loro successo evolutivo dai dinosauri. Se
i dinosauri fossero più affini agli uccelli che agli
altri rettili, avremmo ragioni di origine fisiologica e strutturale,
oltre che genealogiche, per riunire dinosauri e uccelli in
una nuova classe: Dinosauria.
Bakker e Galton scrivono: "L'evoluzione della classe
Avia si basa sull'utilizzazione per il volo delle caratteristiche
basilari della fisiologia dei dinosauri così come l'evoluzione
del pipistrello si basa sullo sfruttamento per il volo delle
caratteristiche fondamentali dei mammiferi. Nessuno pone i
pipistrelli in una classe indipendente solo perché
sono in grado di volare. Noi riteniamo che né la capacità
di volare né le differenze di specie degli uccelli
giustifichino una separazione dai dinosauri a livello di classe».
La prossima volta che spezzerete la furcula di un pollo nella
speranza che un desiderio si avveri, pensate che state compiendo
questa operazione sul lontano parente del terribile tirannosauro.
Testo tratto da “Il pollice del panda”
di Stephen Jay Gould edito in Italia da Il Saggiatore
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