Perché i giganteschi animali preistorici sono diventati più piccoli

Ci sono buone ragioni per cui gli invertebrati sono così piccoli: l'ecologia e l'ambiente li tengono sotto controllo. Ma c'è stato un tempo in cui gli insetti erano grandi come corvi. Cosa è successo a quei giganti perduti?

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Perché i giganteschi animali preistorici sono diventati più piccoli
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Un tempo esisteva un grifone chiamato Meganeuropsis permiana, dal nome del periodo Permiano, da 299-252 milioni di anni fa. È forse l’insetto più grande che sia mai vissuto (certamente il più grande insetto volante nei reperti fossili) con un’apertura alare di 71 cm, che è il doppio delle dimensioni delle libellule più grandi oggi conosciute (e probabilmente aveva all’incirca le stesse dimensioni e il peso di un corvo moderno).

Il Permiano fu un periodo pieno di vita, e gran parte di esso ci sarebbe stato familiare. C’erano anfibi, rettili, pesci e insetti, mentre i dinosauri dovevano ancora camminare sulla Terra. Gli squali erano i predatori apicali dei mari del Permiano, piuttosto che i rettili marini preistorici come l’ittiosauro e il liopleurodonte che fecero la loro comparsa in seguito.

I principali predatori terrestri nel Permiano erano i terapsidi, creature carnivore a quattro zampe con mascelle lunghe e denti affilati come rasoi. Mentre alcuni di questi, come la gorgonopsia, non sembravano dissimili da grandi roditori dai denti a sciabola o piccoli cani tozzi, non erano mammiferi.

Questo era il periodo in cui regnavano gli insetti giganti. M. permiana è uno dei tanti esempi di insetti del Permiano che superano i loro contemporanei. Anche altri invertebrati hanno raggiunto proporzioni gigantesche in passato: Arthropleura, parenti dei moderni millepiedi, raggiungeva più di 2 m di lunghezza  pesava circa 50 kg e vagava per le foreste del periodo carbonifero 358-298 milioni di anni fa prima estinguendosi nel primo Permiano.

Ma cosa accadrebbe se non ci fossero vincoli sulla taglia degli animali e tutto diventasse della stessa taglia? Per rispondere correttamente a questa domanda, è importante considerare cosa limita la crescita di animali diversi.



Un’ipotesi su come gli insetti del Permiano siano cresciuti così tanto è che i livelli di ossigeno atmosferico fossero più alti di quanto non siano oggi. Gli insetti respirano attraverso spiracoli – aperture ai lati del loro corpo – che conducono a una rete di tubi contenenti fluido, in cui l’ossigeno si diffonde e poi viene assorbito dai muscoli.

Questo è un modo di respirare inefficiente rispetto al modo in cui respiriamo noi“, afferma Tim Cockerill, giornalista ed entomologo della Falmouth University nel Regno Unito, tenendo un gigantesco coleottero della frutta tropicale proveniente dall’Africa occidentale nel palmo della mano. “Questo è praticamente il limite di dimensioni della maggior parte degli insetti [oggi]. Se gli insetti fossero più grandi di quanto non siano adesso, semplicemente non sarebbero in grado di respirare allo stesso modo (nel 21% di ossigeno atmosferico)“.

Le condizioni ambientali potrebbero essere state giuste per gli insetti giganti del Permiano? “Se guardiamo al grafico dei livelli di ossigeno che salgono e scendono nel tempo, corrisponde quasi esattamente anche alle dimensioni degli insetti più grandi in quel periodo“, afferma Cockerill. Ma i livelli di ossigeno atmosferico da soli potrebbero non essere l’unica ragione della differenza nelle dimensioni degli insetti. L’abbondanza di piccole prede e l’assenza di uccelli potrebbero aver permesso agli invertebrati di prosperare.

La documentazione sui fossili è piena di esempi di altri animali preistorici che farebbero impallidire i loro parenti moderni. Un altro esempio del genere è Jaekelopterus rhenaniae, un artropode gigante che è cresciuto fino a 2,5 m di lunghezza (immagina un pidocchio di legno sovradimensionato con alcuni artigli dall’aspetto feroce) ed esisteva nel periodo Devoniano – circa 100 milioni di anni prima del Permiano.

J. rhenaniae è talvolta chiamato “scorpione di mare” perché il suo corpo lungo e segmentato con grandi artigli a un’estremità e una coda sottile all’altra gli conferiva una vaga somiglianza con i suoi parenti moderni, che includono anche granchi, aragoste, ragni, millepiedi, api e formiche. A differenza degli odierni scorpioni, che crescono fino a 20 cm di lunghezza, J. rhenaniae e i suoi parenti giganti erano acquatici, il che potrebbe essere un indizio di come fossero in grado di crescere così tanto.

I più grandi artropodi moderni sono tutti di origine marina, con la granceola giapponese che è la più grande, raggiungendo i 3 m. Gli artropodi hanno esoscheletri, gusci esterni duri, che li proteggono dai predatori. Crescono perdendo questi esoscheletri per rivelare un nuovo guscio morbido sottostante. Per le specie più grandi possono essere necessarie ore o giorni prima che il nuovo esoscheletro si indurisca, lasciando l’animale floscio e vulnerabile.

A terra, questo limita quanto può crescere un invertebrato. Troppo grande e il nuovo guscio si deformerà sotto gli effetti della gravità. In acqua, tuttavia, il corpo molle è supportato, consentendo agli invertebrati di crescere prima che i loro corpi diventino troppo ingombranti.

Anche i vertebrati, come mammiferi e dinosauri, sono limitati dalle forze fisiche in quanto grandi possono crescere. Essere grandi rende più difficile muoversi e richiede più energia per generare la pressione sanguigna necessaria per far circolare il sangue attraverso i loro sistemi. Anche prendere un respiro diventa più difficile a causa dello sforzo necessario per gonfiare i polmoni sotto lo sforzo di un corpo più grande.

Mentre gli animali più massicci sulla terra sono gli elefanti africani, i mammiferi acquatici sono, di nuovo, molto più grandi. Una balenottera azzurra adulta, l’animale più grande che sia mai esistito, pesa circa 180.000 kg, ovvero quanto 40 elefanti. Quella dimensione potrebbe essere raggiunta solo in acqua. Senza la galleggiabilità dell’acqua, i loro organi possono essere rapidamente schiacciati dal loro stesso peso corporeo.

I giganti moderni e preistorici, come gli elefanti e i dinosauri sauropodi dal collo lungo, tendono tutti ad essere erbivori (con la notevole eccezione delle balene, che sono carnivore). In parte, ciò è dovuto al calore corporeo e al metabolismo. Gli animali più grandi hanno un rapporto tra superficie e volume maggiore, il che significa che un elefante, ad esempio, ha più volume rispetto alla superficie della sua pelle, mentre un topo ha molto meno volume rispetto alla sua superficie.

Ciò significa che gli animali più grandi trattengono il calore corporeo in modo molto più efficace di quelli più piccoli, motivo per cui i mammiferi con molto volume, come elefanti, rinoceronti e ippopotami, sono relativamente privi di peli e devono rinfrescarsi con altri mezzi, come i bagni di fango.

Un altro motivo è che la loro dieta a base vegetale rilascia molta energia sotto forma di calore durante la digestione. “Gli elefanti sono essenzialmente giganteschi tini di fermentazione ambulanti, un dinosauro gigante era fondamentalmente un birrificio ambulante, quindi generano molto calore“, afferma Kate Lyons, assistente professore di biologia all’Università del Nebraska, USA.

I dinosauri sauropodi – che includono il colossale Argentinosaurus e il Diplodocus – avevano sacche d’aria lungo il loro scheletro come gli uccelli moderni. “Questo fa due cose per i dinosauri: consentiva loro di dissipare il calore che producevano e consentiva loro anche di avere ossa più leggere, ma avevano comunque un supporto sufficiente per la loro massa“, afferma Lyons. Si sono evoluti fino alle loro enormi dimensioni perché erano in grado di controllare il calore prodotto dalla digestione.

Ma se provassi a prendere un dinosauro sauropode e renderlo delle dimensioni di un toporagno, non sopravviverebbe“, dice Lyons. “E viceversa. Se provassi a prendere un toporagno con il suo metabolismo per renderlo delle dimensioni di un elefante o di un dinosauro, non funzionerebbe, perché semplicemente non avrebbe abbastanza energia per sopravvivere“.

Anche l’ambiente gioca un ruolo. Rinoceronti lanosi e mammut lanosi, il cui areale si estendeva dal nord Europa, attraverso la Siberia al Nord America durante l’era glaciale del Pleistocene (da 2,5 milioni di anni fa a 11.000 anni fa), avevano bisogno dei loro cappotti ispidi per far fronte alle basse temperature. I reperti fossili mostrano che i numeri di megafauna come questi hanno raggiunto il picco durante le transizioni tra periodi freddi e periodi più caldi. A quei tempi, il cibo era più abbondante ma non era diventato troppo caldo per queste grandi bestie. Il Pleistocene presentava anche mammiferi giganti che vivevano in climi più caldi, come il gigantesco bradipo terrestre (6 m dalla testa ai piedi) del Sud America.

Il motivo per cui gli animali hanno le dimensioni che hanno ha molto a che fare con l’ambiente, il cibo a loro disposizione e i predatori che li circondano. Ma cosa succederebbe se giocassimo con quelle taglie? Ipoteticamente, se le tabelle delle dimensioni cambiassero di nuovo, chi ne uscirebbe vincitore? Gli invertebrati giganti potrebbero governare ancora una volta il pianeta?

Una delle prime cose che Cockerill si è chiesto è se una pulce di dimensioni umane potesse saltare sopra l’Empire State Building. “C’è qualcosa di universale nella fisica delle dimensioni degli animali e nella fisica dei muscoli“, dice. “Man mano che un muscolo diventa più grande, diventa, relativamente parlando, meno potente. Quindi, più grande è un animale, meno potenti sono i suoi muscoli per le sue dimensioni corporee“.

Questo perché la proporzione della potenza di un muscolo è relativa alla sua area della sezione trasversale. Non importa quanto grande possa crescere una pulce, ci sarebbe un limite alla loro capacità di saltare.

Mentre ci sono alcuni motivi fondamentali per cui gli animali hanno le dimensioni che hanno, c’è ancora una certa flessibilità. Un animale potrebbe finire per diventare molto più grande o più piccolo di un altro animale della stessa specie a pochi chilometri di distanza. Questa è talvolta descritta come la “regola dell’isola”, in cui gli animali di grandi dimensioni diventano più piccoli sulle isole e quelli più piccoli diventano più grandi.

Potrebbe essere il caso che gli animali più piccoli – che tendono ad essere più in basso nella catena alimentare – vengano liberati sulle isole in assenza dei loro soliti predatori e diventino più grandi delle loro controparti continentali. Mentre gli animali più grandi, limitati dalla mancanza di cose di cui nutrirsi, si restringono.

La penisola del Gargano, che forma lo sperone sul dorso dello stivale italiano, fornisce diversi esempi nella sua documentazione fossile. Dal tardo Miocene al primo Pliocene (circa 5,3 milioni di anni fa), quando il livello del mare Mediterraneo era più alto, il Gargano fu separato dall’Italia continentale e l’isola fu invasa da creature giganti.

I ricci pelosi (noti anche come moonrats) hanno sminuito le loro controparti della terraferma. Una specie, Deinogalerix koenigswaldi, aveva un cranio lungo 20 cm. C’erano anche criceti giganti (Hattomys gargantua), enormi lontre (Paralutra garganensis) e giganteschi gufi (Tyto gigantea, più grande delle specie più grandi trovate oggi).

Altrove, una specie umana – Homo floresiensis – è un possibile caso di nanismo insulare. Soprannominato “lo hobbit” a causa delle sue dimensioni ridotte, il primo esemplare di H. floresiensis è stato trovato sull’isola indonesiana di Flores e si pensa abbia 95.000 anni. Una teoria è che H. floresiensis sia un discendente pigmeo di H. sapiens, o forse un H. erectus nano. Sebbene le sue origini non siano chiare, questi piccoli umani sembrano essere prosperati solo su quest’isola per migliaia di anni.

Ma le prove della “regola dell’isola” sono frammentarie (il biologo che per primo l’ha proposta ha solo suggerito che ci sono più esempi che si adattano alla regola che eccezioni, ma non ha detto che si applica sempre). Sebbene sia un’idea chiara, potrebbe essere solo il caso che ci sia più flessibilità nella crescita degli animali di quanto pensiamo.

Basta guardare gli umani. Nella nazione più alta, i Paesi Bassi, gli uomini raggiungono in media 184 cm e le donne 170 cm, mentre nella nazione più bassa, Timor Est, gli uomini raggiungono i 160 cm e le donne 153 cm. La dieta e l’ambiente giocano un ruolo importante nel motivo per cui gli olandesi hanno aggiunto 20 cm alla loro altezza media negli ultimi due secoli, ma un ruolo importante è giocato anche dalla selezione sessuale. Essere alti nei Paesi Bassi è più attraente, quindi gli olandesi continuano a diventare più alti.

I nostri cugini H. floresiensis, che erano un minuscolo 106 cm, potrebbero essere il risultato della regola dell’isola – bassi perché c’era meno da mangiare in giro. Oppure potrebbero essere così piccoli perché essere bassi era attraente per loro. O entrambi, o nessuno dei due.

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