Quando i fossili del più antico uccello conosciuto, Archaeopteryx , furono scoperti per la prima volta quasi 160 anni fa, la scoperta ha creato un enigma che da allora ha turbato i paleontologi.

Questi fossili sono stati celebrati per la loro combinazione simile a una chimera di presunte caratteristiche rettiliane (come una coda ossuta e mascelle con denti) e quelle apparentemente uniche per gli uccelli, in particolare, piume. Hanno contribuito a dimostrare che gli uccelli si sono effettivamente evoluti dai dinosauri.

Ma presentavano anche un grave problema evolutivo. Le piume preistoriche erano indistinguibili da quelle degli uccelli odierni. Quindi non era chiaro come o quando le piume si sono evolute, e in quali specie di bestie antiche.

Spettacolari scoperte fossili dalla Cina a metà degli anni '90 hanno capovolto le nostre nozioni sull'evoluzione delle piume, come hanno rivelato che le piume non lo sono, infatti, unico per gli uccelli, ma si è verificato anche in molti dinosauri. Negli ultimi 30 anni, ulteriori ritrovamenti fossili hanno rivelato notevoli dettagli sull'evoluzione delle penne e del volo.

Oggi, scoperte più recenti di quelli che sembrano fossili piumati di pterosauri, i cugini volanti dei dinosauri, hanno portato alla teoria che le piume si siano evolute anche prima con gli antenati di tutte queste creature. Ma non tutti sono convinti, e il dibattito sulle origini delle piume continua.

Dinosauri piumati

I dinosauri avevano molti più tipi di piume di quelli che vediamo oggi negli uccelli. Alcuni dinosauri avevano quattro ali. Alcune specie rinunciavano del tutto alle ali e planavano usando grandi lembi di pelle). Almeno alcuni dinosauri avevano piume colorate, utilizzato per il camuffamento e display di accoppiamento.

E mentre le piume si sono evolute, così anche la pelle dei dinosauri e degli uccelli, iniziando persino a produrre la forfora. Ma ancora, per molti anni, le piume erano conosciute solo dai dinosauri maniraptoran (il gruppo di specie che in realtà include gli uccelli).

C'erano indizi che l'evoluzione delle piume non fosse così semplice. Strutture simili a piume, chiamato anche "protopiume, " sono stati riportati nei dinosauri ornitischi. I modelli teorici prevedono che le prime piume avrebbero assomigliato a filamenti simili a capelli. La semplice forma simile a un capello dei filamenti fossili, però, ha portato alcuni lavoratori a dubitare che fossero davvero piume, piuttosto che resti degradati di qualche altro materiale, come il collagene della pelle.

Nel 2014, un dinosauro ornitischi del Giurassico dalla Siberia noto come Kulindadromeus è stato scoperto che aveva sia semplici monofilamenti che piume più complesse che emergevano dalla sua pelle. Questo dinosauro ha confermato che le piume non sono solo una caratteristica dei dinosauri maniraptora, ma probabilmente ebbe origine prima che i principali gruppi di dinosauri divergessero.

Chiaramente, la capacità di far crescere le piume si è evoluta con i dinosauri, sebbene alcuni gruppi di dinosauri, specialmente i grandi sauropsidi e gli anchilosauri corazzati e gli stegosauri, potrebbe aver successivamente perso questa capacità. Ma avere le piume e poi perderle, è ben noto nei mammiferi, comprese balene ed elefanti.

La domanda è diventata non se le piume sono uniche per gli uccelli, ma se sono unici anche per i dinosauri. Fibre lanuginose 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 nella forma e nell'evoluzione.

Ma nel 2018 abbiamo scoperto filamenti semplici e, notevolmente, tre tipi di penne ramificate conservate negli pterosauri dai depositi fossili di Yanliao Biota dell'epoca medio-giurassica, situato 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 colorati.

Questa scoperta suggerisce fortemente che anche le picnofibre sfocate di altri pterosauri siano piume primitive. Questo probabilmente significa che la capacità di far crescere le piume si è evoluta una volta, circa 100 milioni di anni prima Archaeopteryx , ed è stato tramandato a vari gruppi di specie.

Non sorprendentemente, questa nozione di pterosauri piumati si è dimostrata controversa e altri ricercatori hanno sfidato le nostre idee. Il dibattito verte su alcuni temi chiave, con domande riguardanti la conservazione delle piume davanti e al centro.

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 cutanee degradate. Ma le caratteristiche delle piume non sono coerenti con il degrado e il disfacimento delle fibre composite. Sono inoltre sinuose e prive dell'organizzazione spaziale delle fibre cutanee e contengono melanosomi, che non sono incorporati nel collagene della pelle.

Unwin e Martill sottolineano anche che la cheratina e altre prove chimiche che abbiamo trovato potrebbero essere contaminazioni. 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 peli e non strutture ramificate. Ma gli uccelli oggi hanno molti tipi di piume differenti, quindi questi filamenti potrebbero essere diversi o precoci, semplice forma di piuma:un'idea supportata dai modelli teorici.

Dibattito in corso

È sempre una buona idea mettere in discussione le interpretazioni di nuovi fossili, soprattutto dove le implicazioni evolutive sono di vasta portata, sebbene crediamo che le prove per le penne di pterosauro siano presenti nei fossili. Chiaramente, però, c'è altro da fare, e attualmente stiamo conducendo più test sui fossili per comprendere meglio la composizione chimica e la struttura delle piume.

In definitiva, se abbiamo ragione, sembra che le prime piume si troveranno negli antenati di pterosauri e dinosauri nell'epoca del primo Triassico, circa 252 milioni a 247 milioni di anni fa. Sfortunatamente, non abbiamo fossili che mostrino la conservazione dei tessuti molli di questo periodo di tempo.

Ma se abbiamo imparato qualcosa dai reperti fossili di piume, c'è da aspettarsi che si scoprirà di più. Nel corso degli anni abbiamo dovuto ampliare ripetutamente la nostra ricerca di fossili con piume, e per che aspetto avevano le piume antiche. Chissà quali intuizioni porteranno i futuri fossili.

Questo articolo è stato ripubblicato da The Conversation con una licenza Creative Commons. Leggi l'articolo originale.