Perché i dinosauri avevano le piume?

Chiedere perché alcuni dinosauri avessero le piume non è diverso, in linea di principio, dal chiedere perché i pesci hanno squame o perché i cani hanno la pelliccia. Perché l'epidermide nuda di qualsiasi animale dovrebbe avere qualsiasi tipo di copertura (o, nel caso degli esseri umani, praticamente nessuna copertura)? Per rispondere a questa domanda, dobbiamo affrontare un enigma più profondo: quale vantaggio evolutivo conferivano le piume ai dinosauri che non si potevano realizzare con la pelliccia, o le setole o le semplici squame rettiliane?

La maggior parte dei dinosauri piumati erano teropodi

Prima di iniziare, tuttavia, è importante riconoscere che non tutti i dinosauri avevano piume. La stragrande maggioranza dei dinosauri piumati erano teropodi, un'ampia categoria che comprende rapaci, tirannosauri, ornitomimidi e "uccelli dinosauri", nonché i primi dinosauri come Eoraptor e Herrerasaurus. Inoltre, non tutti i teropodi erano piumati: è una scommessa abbastanza sicura che il tardo Allosauro giurassico avesse la pelle squamosa, così come altri grandi teropodi come Spinosaurus e Tyrannosaurus Rex (sebbene un numero crescente di paleontologi creda che i cuccioli e i giovani di questi dinosauri possano avere stato adorabilmente trapuntato).

I teropodi non erano i soli membri dell'ordine dei dinosauri saurischiani ("a lucertola"): stranamente, i loro parenti più stretti erano i sauropodi giganti, sgraziati, con le zampe di elefante, che erano circa diversi nell'aspetto e nel comportamento rispetto ai teropodi come puoi possibilmente ottenere! Ad oggi, non ci sono assolutamente prove per i parenti piumati di Brachiosaurus o Apatosaurus e una tale scoperta sembra estremamente improbabile. La ragione ha a che fare con i diversi metabolismi dei dinosauri teropodi e sauropodi, di cui più sotto.

Qual è il vantaggio evolutivo delle piume?

Estrapolando dall'esempio degli uccelli moderni, potresti pensare che lo scopo principale delle piume sia sostenere il volo; le piume intrappolano piccole sacche d'aria e forniscono il "sollevamento" cruciale che consente a un uccello di librarsi in aria. Secondo tutte le indicazioni, l'impiego di piume in volo è strettamente secondario, uno di quegli sviluppi contingenti per i quali l'evoluzione è così famosa. Innanzitutto, la funzione delle piume è quella di fornire isolamento, proprio come il rivestimento in alluminio di una casa o la schiuma di poliuretano imballata nelle sue travi.

E perché un animale dovrebbe avere bisogno di isolamento, chiedi? Bene, nel caso dei dinosauri teropodi (e degli uccelli moderni), è perché possiede un metabolismo endotermico (a sangue caldo). Quando una creatura deve generare il proprio calore, ha bisogno di un modo per trattenerlo nel modo più efficiente possibile, e una mano di piume (o pelliccia) è una soluzione che è stata più volte favorita dall'evoluzione. Mentre alcuni mammiferi (come gli esseri umani e gli elefanti) mancano di pelliccia, tutti gli uccelli hanno piume - e la capacità isolante delle piume non è meglio dimostrata che negli uccelli acquatici incapaci di volare che abitano climi freddi, cioè pinguini.

Ovviamente, ciò solleva la questione del perché allosauro e altri grandi dinosauri teropodi non avevano piume (o perché quelle piume erano presenti solo nei giovani o nei cuccioli). Ciò potrebbe avere a che fare con le condizioni climatiche nelle regioni in cui vivevano questi dinosauri o con una stranezza nel metabolismo di grandi teropodi; non conosciamo ancora la risposta. (Per quanto riguarda il motivo per cui ai sauropodi mancavano le piume, è perché erano quasi certamente a sangue freddo e avevano bisogno di assorbire e irradiare in modo efficiente il calore per regolare la loro temperatura corporea interna. Se fossero stati coperti di piume, si sarebbero cotti dall'interno fuori, come le patate al microonde.)

Le piume di dinosauro sono state favorite dalla selezione sessuale

Quando si tratta di tratti altrimenti misteriosi nel regno animale - i lunghi colli di sauropodi, le placche triangolari di stegosauri e, possibilmente, le piume luminose dei dinosauri teropodi - non si dovrebbe mai scartare il potere della selezione sessuale. L'evoluzione è nota per individuare caratteristiche anatomiche apparentemente casuali e metterle in overdrive sessuale: assisti agli enormi nasi delle scimmie proboscide maschili, un risultato diretto del fatto che le femmine della specie preferiscono accoppiarsi con i maschi dal naso più grande.

Una volta che le piume isolanti si erano evolute nei dinosauri teropodi, non c'era nulla che potesse impedire alla selezione sessuale di prendere il controllo e guidare ulteriormente il processo. Fino ad ora, sappiamo molto poco del colore delle piume di dinosauro, ma è una scommessa certa che alcune specie presentassero verdi, rossi e arance luminosi, probabilmente in modo sessualmente dimorfico (cioè, i maschi erano più colorati rispetto alle femmine o vice versa). Alcuni teropodi altrimenti calvi possono avere messo in mostra ciuffi di piume in posizioni strane, come avambracci o fianchi, un altro mezzo per segnalare la disponibilità sessuale e alcuni primi uccelli famosi come Archaeopteryx erano dotati di piume scure e lucide.

Che dire del volo?

Infine, arriviamo al comportamento che la maggior parte delle persone associa alle piume: il volo. C'è ancora molto che non sappiamo sull'evoluzione dei dinosauri teropodi in uccelli; questo processo potrebbe essere accaduto più volte durante l'era mesozoica, con solo l'ultima onda evolutiva che ha portato agli uccelli che conosciamo oggi. È un caso quasi aperto che gli uccelli moderni si sono evoluti dal piccolo, sciatto, pennuto "uccelli-dinosauro" del tardo periodo Cretaceo. Ma come?

Esistono due teorie principali. È possibile che le piume di questi dinosauri abbiano fornito un ulteriore tocco di forza quando inseguivano la preda o scappavano da predatori più grandi; la selezione naturale favoriva una quantità crescente di portanza e infine un fortunato dinosauro raggiunse il decollo. Contrariamente a questa teoria "radicata", c'è la teoria "arborea" meno popolare, secondo la quale piccoli dinosauri che vivono sugli alberi hanno evoluto piume aerodinamiche mentre saltavano da un ramo all'altro. In ogni caso, la lezione importante è che il volo era il sottoprodotto involontario, non lo scopo prefissato, delle piume di dinosauro!

Un nuovo sviluppo nel dibattito sui dinosauri piumati è la scoperta di piccoli ornitopodi piumati e mangiatori di piante come Tianyulong e Kulindadromeus. Ciò potrebbe implicare che gli ornitopodi, così come i teropodi, possedessero metabolismi a sangue caldo? È almeno possibile che gli uccelli si siano evoluti da ornitopodi che mangiano piante, piuttosto che da rapaci che mangiano carne? Non sappiamo ancora, ma contiamo sul fatto che questa sia un'area di ricerca attiva per almeno il prossimo decennio.