L'aumento dell’efficienza del volo degli pterosauri

Con l’aumento della biodiversità nel corso del tempo, si assiste, non sempre, ad un aumento delle specie che occupano un gran numero di habitat, e ciò è accaduto con gli pterosauri, i primi vertebrati specializzati nel volo. Questo gruppo è comparso circa 150 milioni di anni fa e discende dai primi arcosauri, rettili bipedi adattati ad un contesto e ad una locomozione terrestre. Circa 245 milioni di anni fa, gli pterosauri si sono differenziati a partire dal Triassico inferiore (circa 245 milioni di anni fa), ma non abbiamo tracce di "transizione" in quanto i primi fossili di pterosauro sono datati circa 220 milioni di anni fa (Tardo Triassico). Quando i fossili scarseggiano, è difficile capire come un gruppo derivato si sia sviluppato dall'antenato e se mancano le forme di transizione; in questo caso, non abbiamo fossili di una sorta di "proto-pterosauro", pertanto è difficile comprendere come e quando si sia sviluppato il volo.

I primi pterosauri, o non volavano affatto o planavano, mentre quelli più recenti "presero il volo" e conquistarono i cieli. Pertanto, per studiare il fenomeno di transizione che ha selezionato in qualche modo individui capaci di volare, è necessario considerare il carico energetico per il volo, le strutture delle ali e la massa corporea, al fine di comprendere se l'efficienza del volo abbia fornito benefici in termini di fitness. Sono stati impiegati numerosi metodi statistici filogenetici e modelli biofisici, combinati con le informazioni ricavate dai fossili.

Attraverso simulazioni basate su un indice di efficienza del volo, è stato possibile calcolare l'energia metabolica necessaria per spostare un corpo nell'aria a una certa distanza e velocità. Tuttavia, rimane un mistero il modo in cui i proto-pterosauri hanno iniziato la conquista dei cieli e hanno superato l'elevato carico energetico richiesto per il volo. I fossili sono cruciali in questo contesto, poiché indicano che questi primi pterosauri erano capaci di volare. È importante sottolineare che non possiamo aspettarci un cambiamento immediato, poiché stiamo parlando di strutture complesse, e l'efficienza può migliorare solo nel corso del tempo. È stato sviluppato un albero filogenetico che comprende circa 130 pterosauri, evidenziando una forte associazione tra l'apertura alare e le morfologie degli pterosauri. In particolare, sono state osservate variazioni nell'area alare e modifiche che hanno coinvolto il frontale.

In sintesi, è meno dispendioso per un animale di grandi dimensioni spostare la propria massa corporea su una data distanza rispetto a un animale di piccole dimensioni, e qui entra in gioco la Regola di Cope, secondo la quale le specie tendono ad aumentare di dimensioni nel corso del tempo (trend evolutivo). I fossili indicano che l'aumento dell'apertura alare si è verificato in un range temporale compreso tra circa 150 milioni di anni fa, quando comparvero i primi uccelli, e la grande estinzione di massa del Cretacico. Questa tendenza al gigantismo avrebbe favorito una maggiore efficienza nel volo, poiché più un animale presenta un'apertura alare maggiore rispetto alla sua massa, più efficiente sarà come volatore.

Il record fossile ci rivela che fino a circa 150 milioni di anni fa non ci sono stati aumenti significativi delle dimensioni, mentre negli ultimi 65 milioni di anni (150-65 milioni di anni fa circa) si è verificata l'apparizione di pterosauri pesanti in media 6 kg, rispetto ai circa 0,6 kg dei gruppi precedenti. Tra i gruppi più interessanti ci sono gli 𝘼𝙯𝙝𝙙𝙖𝙧𝙘𝙝𝙤𝙞𝙙𝙚𝙖, i quali presentavano una locomozione perlopiù terrestre e possedevano colli relativamente lunghi e rigidi. Secondo alcuni ricercatori, i dsungaripteridi, che rappresentano gli azhdarcoidi più basali, potrebbero essere stati raccoglitori che si nutrivano di organismi con gusci duri ai margini delle masse d'acqua, suggerendo quindi una non dipendenza dal volo fino alla loro estinzione.

Considerando che gli pterosauri successivi hanno mostrato un'efficienza pressoché costante fino a 150 milioni di anni fa, sembra che l'arrivo degli uccelli non abbia influenzato in modo significativo questo trend evolutivo. Questo suggerisce che ci sia stata una selezione indipendente per quanto riguarda le dimensioni del corpo, che è stato un trend evolutivo costante fino all'estinzione di tutti gli pterosauri, insieme all'apertura alare.

Fonte: Venditti, C., Baker, J., Benton, M.J. et al. 150 million years of sustained increase in pterosaur flight efficiency. Nature 587, 83–86 (2020)