Da circa 245 a 66 milioni di anni fa, i dinosauri vagavano per la Terra. Sebbene gli scheletri ben conservati ci diano una buona idea di come fossero, il modo in cui lavoravano le loro membra rimane un mistero più grande. Ma le simulazioni al computer potrebbero presto fornire uno sguardo realistico su come alcune specie si sono mosse e informare il lavoro in campi come la robotica, protesi e architettura.

John Hutchinson, un professore di biomeccanica evolutiva del Royal Veterinary College nell'Hertfordshire, UK, e i suoi colleghi stanno studiando la locomozione dei primi, piccoli dinosauri, come parte del progetto quinquennale Dawndinos iniziato nel 2016.

"Questi dinosauri sono stati enormemente trascurati, " Il prof. Hutchinson ha detto. "Le persone, me compreso, hanno studiato per lo più i dinosauri famosi come T. rex ."

Circa 225 milioni di anni fa, durante il tardo Triassico, questi piccoli dinosauri erano in minoranza, mentre gli animali più grandi simili a coccodrilli che vivevano accanto a loro erano più numerosi e diversi. I dinosauri in qualche modo continuarono a prosperare mentre la maggior parte degli altri animali di quel periodo si estinse.

Rispetto al loro quadrupede, contemporanei pesanti, ciò che spicca di questi primi dinosauri è che avevano una postura eretta e potevano, almeno a intermittenza, camminare su due arti. Una teoria è che il loro stile di locomozione abbia dato loro un vantaggio in termini di sopravvivenza.

"L'idea di questo progetto è di testare quell'idea, " Ha detto il prof. Hutchinson.

Il team ha iniziato a sviluppare simulazioni al computer per stimare come 11 diverse specie di arcosauri estinti, il gruppo di animali che include coccodrilli, uccelli, i loro parenti e dinosauri – potrebbero essersi trasferiti. Si concentreranno su cinque diversi tipi di movimento:camminare, in esecuzione, girando, saltare e stare in piedi.

Simulazioni

Per verificare se le loro simulazioni sono accurate, i ricercatori hanno in programma di dare lo stesso trattamento anche ai loro parenti viventi, coccodrilli e uccelli. Quindi confronteranno i risultati con le misurazioni effettive del movimento per determinare quanto sono buoni i loro modelli computerizzati di animali estinti.

"Sarà la prima volta che proveremo la verità (testiamo con prove empiriche) questi metodi in modo molto rigoroso con i migliori dati possibili che possiamo ottenere, " Ha detto il prof. Hutchinson.

Finora, hanno modellato il movimento di a Mussauro - un primo cugino di dinosauri sauropodi erbivori giganti come brontosauro . Il Mussauro era molto più piccolo e i ricercatori volevano vedere se si muoveva su quattro zampe come i suoi parenti più grandi. Le prime ricostruzioni dell'animale lo avevano a quattro zampe perché aveva braccia abbastanza grandi, ha detto il prof. Hutchinson.

Utilizzando scansioni di fossili ben conservati provenienti dall'Argentina, sono stati in grado di produrre nuovi modelli del suo movimento. Il prof. Hutchinson e il suo team hanno scoperto che in realtà era bipede. Non avrebbe potuto camminare su quattro zampe poiché i palmi degli arti anteriori erano rivolti verso l'interno e le articolazioni dell'avambraccio non erano in grado di ruotare verso il basso. Perciò, non sarebbe stato in grado di piantare a terra le zampe anteriori.

"Non è stato fino a quando non abbiamo messo insieme le ossa in un ambiente 3-D e abbiamo provato a giocare con i loro movimenti che ci è diventato chiaro che questo non era un animale con braccia e mani molto mobili, " Ha detto il prof. Hutchinson.

Robotica

Le simulazioni prodotte durante il progetto potrebbero essere utili per gli zoologi. Ma potrebbero avere anche applicazioni meno ovvie, Per esempio, contribuendo a migliorare il modo in cui si muovono i robot, secondo il prof. Hutchinson.

Sono necessari modelli accurati per replicare il movimento degli animali, da cui spesso i ricercatori di robotica traggono ispirazione. Imitando un coccodrillo, Per esempio, potrebbe essere interessante creare un robot in grado di nuotare e camminare sulla terraferma.

Il prof. Hutchinson viene inoltre regolarmente contattato da produttori di film e documentari interessati a utilizzare le sue simulazioni per creare animazioni realistiche. "È difficile diventare più grandi, o insolito, gli animali si muovono correttamente se la fisica non è corretta, " Ha detto il prof. Hutchinson.

Comprendere la locomozione dei dinosauri più grandi è l'obiettivo di un progetto intrapreso dalla ricercatrice di paleobiologia Alexandra Houssaye e dai suoi colleghi del Centro nazionale francese per la ricerca scientifica e del Museo nazionale di storia naturale di Parigi. Attraverso il loro progetto Gravibone, iniziata lo scorso anno, vogliono definire gli adattamenti ossei degli arti che consentono ai grandi animali di trasportare uno scheletro pesante.

"Vogliamo davvero capire cosa (le caratteristiche ossee) sono legate all'essere massiccio, " Ha detto il dottor Houssaye.

Massiccio

Finora, la ricerca ha dimostrato che le ossa lunghe degli arti degli animali più grandi sono più robuste di quelle degli animali più piccoli. Ma questa tendenza generale è stata osservata solo superficialmente. Le strutture ossee esterne ed interne si sono adattate nel tempo per aiutare a sostenere il peso degli animali. Per esempio, considerando che gli animali terrestri più piccoli hanno ossa degli arti cave, enormi come elefanti, rinoceronti e ippopotami hanno tessuto connettivo nel mezzo.

Tra gli animali più grandi e i loro antenati ci sono anche altre differenze. Le ossa degli arti dei rinoceronti moderni, Per esempio, sono brevi e pesanti. Ma i loro parenti preistorici chiamavano Indricotherium , il più grande mammifero terrestre mai esistito, aveva uno scheletro meno tozzo. "È interessante vedere che il più grande non aveva il più massiccio (frame), " Ha detto il dottor Houssaye.

Il team sta studiando animali vivi ed estinti, concentrandosi sugli elefanti, rinoceronti, ippopotami, mammiferi preistorici e dinosauri come i sauropodi, un gruppo che comprende i più grandi animali terrestri di tutti i tempi.

Finora, hanno paragonato le caviglie dei cavalli, tapiri, rinoceronti e fossili di antenati dei rinoceronti. Hanno scoperto che per animali della stessa massa c'erano differenze a seconda che fossero corti e robusti o se avessero arti più lunghi. Negli animali meno tozzi, le due ossa della caviglia tendevano ad essere più distinte mentre erano più strettamente collegate in quelle che erano costruite in modo massiccio, probabilmente per rafforzare l'articolazione.

"Non è solo la massa (dell'animale) ma come la massa è distribuita sul corpo, " ha detto il dottor Houssaye. "Per noi è stato interessante."

Modellazione 3D

Il loro prossimo passo sarà quello di scansionare diverse ossa degli arti e analizzare la loro struttura interna. Utilizzeranno anche la modellazione 3D per capire quanto peso diverse parti delle ossa possono sopportare in punti diversi, Per esempio.

I risultati del progetto potrebbero aiutare a realizzare protesi più efficienti per persone e animali, ha detto il dottor Houssaye. I progettisti saranno in grado di comprendere meglio come le diverse caratteristiche delle ossa degli arti, come spessore e orientamento, riguardano la loro forza, consentendo loro di creare materiali più leggeri ma più resistenti.

Allo stesso modo, Il Dr. Houssaye ha anche suscitato l'interesse del settore edile, che è alla ricerca di nuovi tipi di materiali e tecniche di costruzione più efficaci. Pilastri che sostengono edifici pesanti, Per esempio, potrebbero essere realizzati utilizzando meno materiale migliorando invece la loro struttura interna.

"Il modo in cui uno scheletro si adatta (a un peso elevato) ha implicazioni per la costruzione, "Il dottor Houssaye ha detto. '(Gli architetti) stanno cercando di creare strutture in grado di sostenere un peso elevato".