Quando il fossile del più antico uccello conosciuto, l’Archaeopteryx , fu scoperto per la prima volta, quasi 160 anni fa, il ritrovamento creò un puzzle che da allora ha turbato i paleontologi.
Questi fossili sono stati celebrati per la loro combinazione simile a una chimera, avendo sia con caratteristiche rettiliane, come una coda ossuta e mascelle con denti, sia dettagli apparentemente unici negli uccelli, in particolare le piume. I fossili portati alla luce, hanno contribuito a dimostrare che gli uccelli si sono effettivamente evoluti dai dinosauri.
Ma hanno anche presentato un grave problema evolutivo. Le piume preistoriche erano indistinguibili da quelle degli uccelli. Quindi non era chiaro come o quando si fossero evolute le piume e in quali tipi di animali antichi.
Fossili scoperti in Cina negli anni ’90
Spettacolari scoperte fossili dalla Cina a metà degli anni ’90 hanno ribaltato le nozioni di evoluzione delle piume, poiché hanno rivelato che le piume non sono mai state, in realtà, una caratteristica unica degli uccelli, ma hanno caratterizzato molti dinosauri. Negli ultimi 30 anni, ulteriori reperti fossili hanno rivelato dettagli notevoli sull’evoluzione delle piume e del volo.
Oggi, scoperte più recenti di quelli che sembrano essere fossili piumati di pterosauri, i cugini volanti dei dinosauri, hanno portato alla teoria che le piume si siano evolute con gli antenati di tutte queste creature. Ma non tutti i ricercatori sono convinti e il dibattito sulle origini delle piume continua.
Dinosauri piumati
I dinosauri avevano molti più tipi di piume di quanti ne vediamo negli uccelli oggi. Alcuni dinosauri avevano quattro ali. Alcune specie hanno rinunciato del tutto alle ali e planavano usando grandi lembi di pelle. Altri di questi animali preistorici, invece, avevano piume colorate, evolutesi per il camuffamento e i rituali di accoppiamento.
E con l’evoluzione delle piume, anche la pelle dei dinosauri e degli uccelli cambiò, ad esempio iniziando a produrre forfora. Ancora, per molti anni, però, le piume rimasero appannaggio solo dei dinosauri maniraptora, il gruppo di specie che finì per includere gli uccelli.
Le “protopiume“
Ci sono indizi che l’evoluzione delle piume non sia stata semplice. Strutture simili a piume, chiamate anche “protopiume“, sono state riportate nei dinosauri ornithischia. I modelli teorici prevedono che le prime piume assomigliassero a filamenti simili a capelli.
La semplice forma simile a un capello dei filamenti fossili, tuttavia, ha portato alcuni studiosi a dubitare che fossero davvero piume, piuttosto che resti degradati di qualche altro materiale, come il collagene della pelle.
Il dinosauro Kulindadromeus
Nel 2014 venne scoperto in Siberia un dinosauro del genere ornithischia, risalente al giurassico, noto come Kulindadromeus, che aveva sia semplici monofilamenti, che piume più complesse, che emergevano dalla sua pelle. Questo dinosauro confermò che le piume non erano solo una caratteristica dei dinosauri maniraptora, ma probabilmente ebbero origine prima che i principali gruppi di dinosauri si separassero.
Chiaramente, la capacità di far crescere le piume si è evoluta con i dinosauri, anche se alcuni gruppi di dinosauri, in particolare i grandi sauropsidi, gli anchilosauri e gli stegosauri corazzati, potrebbero aver perso in seguito questa capacità. Ma avere escrescenze cutanee (peli, capelli) e perderle in seguito è ben noto nei mammiferi, comprese balene ed elefanti.
Le “picnofibre“
La questione non è se le piume siano uniche per gli uccelli, ma se siano uniche anche per i dinosauri. Le fibre sfocate simili a peli che ricordano le “protopiume” dei dinosauri sono note da tempo negli pterosauri. I filamenti di pterosauro erano tradizionalmente chiamati “picnofibre” ed erano considerati distinti dalle piume per forma ed evoluzione.
Ma nel 2018 sono stati scoperti filamenti semplici e, sorprendentemente, tre tipi di piume ramificate conservate negli pterosauri rinvenuti nei depositi fossili di Yanliao Biota dell’epoca medio Giurassica, situati in Cina. Sebbene la struttura ramificata non sia esattamente la stessa degli uccelli odierni, le piume sono ricche di cheratina, la proteina che si trova comunemente nelle piume e nei capelli, e contengono melanosomi coloranti.
Le piume già 100 milioni di anni prima dell’Archaeopteryx
Questa scoperta suggerisce fortemente che le picnofibre sfocate di altri pterosauri fossero piume primitive. Ciò probabilmente significa che la capacità di far crescere le piume si è evoluta circa 100 milioni di anni prima dell’Archaeopteryx, ed è stata tramandata a vari gruppi di specie.
Piume o fibre della pelle degradate?
Dave Unwin, della Leicester University, e Dave Martill, della Portsmouth University, sostengono che le strutture degli pterosauri potrebbero essere troppo degradate per essere certi che siano piume e che potrebbero effettivamente essere fibre della pelle degradate.
Le caratteristiche delle piume, però, non sono coerenti con la degradazione e il disfacimento delle fibre composite. Sono anche sinuose e prive dell’organizzazione spaziale delle fibre cutanee e contengono melanosomi, che non sono incorporati nel collagene cutaneo.
Unwin e Martill sottolineano anche che la cheratina e altre prove chimiche potrebbero essere contaminazione. Ma questo sembra improbabile perché è stato trovato solo nelle piume e non nel tessuto circostante.
Un altro problema è che altri fossili di pterosauro hanno solo semplici filamenti simili a capelli e non strutture ramificate. Bisogna considerare, però, che gli uccelli oggi hanno molti diversi tipi di piume, quindi questi filamenti potrebbero essere una forma di piuma, diversa o precoce, semplice, un’idea supportata dai modelli teorici.
Dibattito in corso
È sempre una buona idea mettere in discussione le interpretazioni di nuovi fossili, specialmente laddove le implicazioni evolutive sono di vasta portata, anche se le prove per le piume di pterosauro sono lì nei fossili. Tuttavia, c’è ancora molto da fare e attualmente si stanno conducendo più test sui fossili per comprendere meglio la composizione chimica e la struttura di quelle piume.
In definitiva, sembra che le prime piume si trovano negli antenati di pterosauri e dinosauri nell’epoca del Triassico inferiore, da circa 252 milioni a 247 milioni di anni fa. Sfortunatamente, non ci sono fossili che mostrano la conservazione dei tessuti molli di questo periodo di tempo.
Ma se abbiamo imparato qualcosa dalla documentazione fossile delle piume, è da aspettarsi che verranno alla luce nuove scoperte. Nel corso degli anni i paleontologi hanno dovuto ampliare ripetutamente la ricerca di fossili con piume e capire quale aspetto avessero le piume antiche. Chissà quali intuizioni porteranno i fossili futuri.
