Tutti noi abbiamo sentito di come sono morti i dinosauri.
La storia che vi voglio raccontare
risale a oltre 200 milioni di anni prima che si estinguessero i dinosauri.
Questa storia inizia
quando i dinosauri cominciavano ad apparire.
Uno dei più grandi misteri della biologia evolutiva
è come abbiano fatto i dinosauri a essere una specie dominante.
Che cosa gli ha permesso di imporsi per così tanti anni?
Quando ci si chiede perché i dinosauri fossero così incredibili,
generalmente si pensa al più grande o al più piccolo,
o al più veloce,
o a chi aveva più piume,
la corazza, gli aculei o le zanne più impensabili.
Ma forse la risposta aveva a che fare con l'anatomia interna,
un'arma segreta, per così dire.
Io e i miei colleghi crediamo che fosse per i loro polmoni.
Sono paleontologa e anatomista comparativa,
e mi interessa capire
come i polmoni dei dinosauri li abbiano aiutati a colonizzare il mondo.
Quindi facciamo un passo indietro di 200 milioni di anni,
al periodo Triassico.
L'ambiente era estremamente duro,
le piante non fiorivano,
e questo significa che non c'era erba.
Per cui immaginiamoci un paesaggio pieno di conifere e felci.
Contemporaneamente si trovavano piccole lucertole,
mammiferi, insetti,
e anche rettili carnivori ed erbivori,
tutti in competizione per le stesse risorse.
È fondamentale sapere
che i livelli di ossigeno sono stati stimati a un 15%,
rispetto al 21% di oggi.
Per cui sarebbe stato determinante per i dinosauri riuscire a respirare
in questo ambiente a basso livello di ossigeno,
non solo per sopravvivere,
ma per prosperare e diversificarsi.
Per cui, come facciamo a sapere com'erano i polmoni dei dinosauri,
dal momento che tutto quello che ci rimane dei dinosauri sono scheletri fossili?
Il metodo che usiamo si chiama "bracketing filogenetico",
che è un modo carino per dire che studiamo l'anatomia,
in questo caso specifico i polmoni e lo scheletro,
dei discendenti viventi dei dinosauri nell'albero evolutivo.
Per cui esaminiamo l'anatomia degli uccelli,
i discendenti diretti dei dinosauri,
ed esaminiamo l'anatomia dei coccodrilli,
che sono i parenti viventi più prossimi,
ed esaminiamo l'anatomia delle lucertole e delle tartarughe,
che consideriamo loro cugini.
E poi applichiamo questi dati anatomici ai resti fossili
e li usiamo per ricostruire i polmoni dei dinosauri.
In questo caso specifico, ad esempio,
lo scheletro dei dinosauri sembra quello di un uccello di oggi.
All'epoca i dinosauri erano in competizione con i primi mammiferi,
quindi è importante capire
il funzionamento dei polmoni dei mammiferi.
Inoltre, per farvi rispolverare il funzionamento dei polmoni,
useremo il mio cane Mila di Troia,
con il muso che le fa ricevere migliaia di dolcetti,
come nostra modella.
(Risate)
Questa storia inizia in una cavità toracica.
Vi chiedo di visualizzare la cassa toracica di un cane.
Pensate a come la colonna vertebrale
sia completamente parallela al suolo.
Questa è la colonna vertebrale
che hanno tutti gli animali di cui stiamo parlando,
siano essi bipedi
o quadrupedi.
Adesso vi chiedo di entrare nella cassa toracica immaginaria
e di guardare in alto.
Questa è la parete toracica.
Dove la parte superiore dei polmoni viene a contatto
con le costole e le vertebre.
Qui è dove è ambientata la nostra storia.
Adesso voglio che visualizziate i polmoni di un cane.
All'esterno sono grandi sacchi gonfiabili
in cui tutta la superficie si espande durante l'inspirazione
e si contrae durante l'espirazione.
Nel sacco ci sono una serie di piccoli condotti ramificati,
e questi condotti sono l'albero bronchiale.
Questi condotti portano l'ossigeno inalato agli alveoli.
Attraversano una piccola membrana e si diffondono nel flusso sanguigno.
Ora, questa parte è cruciale.
L'intero polmone del mammifero è mobile.
Significa che si muove durante l'intero processo di respirazione,
per cui la membrana sottile, la barriera emato-aerea,
non può essere troppo sottile, altrimenti si romperebbe.
Tenetevi a mente questa barriera, ci ritorneremo.
Ci siamo fin qui?
Ora iniziamo a parlare di uccelli e le cose si complicano,
quindi, tenetevi forte.
(Risate)
Gli uccelli sono completamente diversi rispetto ai mammiferi.
E useremo gli uccelli come modello
per ricostruire i polmoni di un dinosauro.
Negli uccelli,
l'aria passa attraverso i polmoni, che non si espandono né si contraggono.
I polmoni sono immobilizzati,
hanno la consistenza di una densa spugna,
non si espandono e sono bloccati in alto e ai lati dalla cassa toracica
e in basso da una membrana orizzontale.
Vengono ventilati in modo unidirezionale
da una serie di strutture flessibili a forma di sacco
che si diramano a partire dall'albero bronchiale,
oltre il polmone stesso,
e si chiamano sacchi aeriferi.
Tutto questo sistema estremamente fragile
è tenuto fermo
da una serie di costole uncinate
lungo tutta la parete toracica.
Inoltre, in molte specie di uccelli,
delle protuberanze si allungano dai polmoni
e dai sacchi aeriferi,
invadono i tessuti scheletrici,
generalmente le vertebre, a volte le costole,
e tengono fermo l'apparato respiratorio.
Questa si chiama "pneumaticità vertebrale".
Le costole uncinate e la pneumaticità vertebrale
sono due indizi che possiamo cercare nei resti fossili,
perché questi due tratti scheletrici
indicherebbero le zone del sistema respiratorio dei dinosauri
che sono immobilizzate.
Questo ancoraggio del sistema respiratorio
ha facilitato il progresso dell'assottigliamento
della barriera emato-aerea,
quella piccola membrana attraverso la quale
l'ossigeno si diffondeva nel flusso sanguigno.
L'immobilità lo consente perché una barriera sottile è debole,
e la barriera debole si romperebbe se fosse attivamente ventilata
come nel polmone di un mammifero.
Quindi perché ci interessa?
Perché ha importanza?
L'ossigeno si diffonde più facilmente attraverso una membrana sottile,
e una membrana sottile è un modo per migliorare la respirazione
quando il livello di ossigeno è basso,
come nel periodo Triassico.
Quindi, se i dinosauri avevano questo tipo di polmoni,
erano meglio equipaggiati per respirare rispetto agli altri animali,
mammiferi inclusi.
Vi ricordate il metodo di bracketing filogenetico,
dove si studia l'anatomia degli animali moderni,
e la si applica sui resti fossili?
Quindi, l'indizio numero uno erano le costole uncinate
degli uccelli moderni.
Le abbiamo ritrovate nella maggior parte dei dinosauri.
Questo significa che la parte superiore dei polmoni dei dinosauri
doveva essere bloccata,
come quella degli uccelli di oggi.
Il secondo indizio è la pneumaticità vertebrale.
La troviamo nei sauropodi e nei teropodi,
il gruppo che comprende i dinosauri predatori,
e che ha dato origine agli uccelli.
E sebbene non si abbia evidenza
di tessuto polmonare fossilizzato nei dinosauri,
la pneumaticità vertebrale ci dà prova di quello che faceva il polmone
durante la vita dell'animale.
Il tessuto polmonare o il tessuto dei sacchi aeriferi invadeva le vertebre,
svuotandole come quelle degli uccelli moderni,
fissando al proprio posto il sistema respiratorio,
e immobilizzandolo.
Le costole uncinate,
unitamente alle vertebre pneumatiche,
hanno creato una struttura rigida immobilizzata
che teneva bloccato il sistema respiratorio,
che consentiva l'evoluzione
di questa membrana ultrasottile,
molto delicata,
che è la barriera emato-aerea
che vediamo negli uccelli moderni.
L'esistenza di questa camicia di forza per i polmoni nei dinosauri
significa che essi avevano la capacità di sviluppare dei polmoni
che sarebbero stati in grado di respirare
in condizioni di atmosfera ipossica, o povera di ossigeno come nel Triassico.
Questa rigida conformazione scheletrica dei dinosauri avrebbe dato loro
un deciso vantaggio adattivo rispetto ad altri animali,
specialmente ai mammiferi,
i cui polmoni elastici non potevano adattarsi
all'atmosfera del Triassico ipossica e povera di ossigeno.
Questa anatomia potrebbe essere stata l'arma segreta dei dinosauri
che ha dato loro un vantaggio sugli altri animali.
E questo ci dà un buon punto di partenza
per cominciare a testare le teorie sulla diversificazione nei dinosauri.
Questa è la storia dell'inizio dei dinosauri,
ed è solo l'inizio della storia della nostra ricerca su questo argomento.
Grazie
(Applausi)