Spinosauro

Pubblicato il

Una grande coda pinnata: lo spinosauro era davvero un dinosauro acquatico!
La scoperta su Nature, con tanti paleontologi italiani Il Museo di Storia Naturale di Milano fra i protagonisti delle ricerche

Le nuove ossa, estratte dal deserto del Sahara marocchino in una serie di campagne di scavo tra il 2015 e il 2019, sono conservate all’Università di Casablanca. La coda appartiene allo stesso esemplare che fece già scalpore nel 2014 con un articolo su Science, ma all’epoca non si sapeva che parte dello scheletro fosse ancora sotto la sabbia, dopo ben 100 milioni di anni.

Di quell’esemplare hanno continuato ad affiorare sempre più ossa, tanto che oggi può essere considerato “il dinosauro predatore più completo di tutta l’Africa continentale”, come dice Nizar Ibrahim, il paleontologo tedesco-marocchino (ora all’Università di Detroit Mercy) che ha coordinato il gruppo di scavo e di studio.

La sensazionale scoperta vede fra i protagonisti il Museo di Storia Naturale di Milano - Comune di Milano - Cultura, nella persona di Cristiano Dal Sasso (paleontologo del museo stesso), con il fondamentale contributo del paleontologo italiano Simone Maganuco (affiliato alla associazione APPI e al Museo di Milano). Insieme a Ibrahim e altri 14 ricercatori, tra cui ancora cinque italiani (Matteo Fabbri, Marco Auditore, Gabriele Bindellini, Diego Mattarelli e Davide Bonadonna), hanno firmato l’articolo scientifico “Tail-propelled aquatic locomotion in a theropod dinosaur”, pubblicato oggi online sulla prestigiosa rivista “Nature”. Qui il link: https://www.nature.com/articles/s41586-020-2190-3

Altri autori della ricerca sono David Martill (University of Portsmouth, UK), Samir Zouhri e Ayoub Amane (Université de Casablanca, Marocco), David Unwin (University of Leicester, UK), Jasmina Wiemann (Yale University, USA), Juliana Jakubczak (University of Detroit Mercy, USA), Ulrich Joger (Staatliches Naturhistorisches Museum, Braunschweig, Germania), George Lauder e Stephanie Pierce (Harvard University, USA).

Grande attenzione a questa scoperta anche da parte di National Geographic (la Society è tra i principali sostenitori degli scavi condotti), che dedica allo spinosauro – il più insolito e spettacolare tra i dinosauri, tanto imponente da superare le dimensioni di un T-rex – un servizio speciale online con un reportage fotografico esclusivo.

La scoperta, più in dettaglio

Quattro campagne di scavo, condotte tra il 2015 e il 2019 nel deserto del Kem Kem (Marocco sudorientale) e sponsorizzate dalla National Geographic Society con il supporto di varie università e del Museo di Storia Naturale di Milano, hanno permesso di estrarre da un pendio roccioso quasi 40 vertebre e altre ossa della coda di un grande dinosauro. Queste ossa erano racchiuse nello stesso strato da cui era precedentemente venuto alla luce uno scheletro incompleto di spinosauro, dinosauro predatore con fauci da coccodrillo e una grande vela sul dorso, pubblicato su Science nel 2014. La pochissima distanza tra i reperti “vecchi” e “nuovi” e la perfetta corrispondenza tra alcuni elementi dello scheletro non lasciavano dubbi: appartenevano al medesimo esemplare. Questo è stato confermato anche dall’analisi paleoistologica, condotta alla Yale University da Matteo Fabbri: tutte le ossa campionate hanno lo stesso numero di anelli di crescita e indicano un animale subadulto.

Restaurate pazientemente presso l’Università di Casablanca, una volta ricomposte in sequenza anatomica le ossa della coda dello spinosauro hanno mostrato una struttura mai vista in nessun altro dinosauro. E in effetti, prima d’ora erano venute alla luce solo poche vertebre, rotte e isolate, di questa specie. Qui invece è conservato l’80% delle ossa, allineate su una lunghezza di quasi cinque metri. La fossilizzazione le ha deformate molto poco e ha permesso di studiarne la forma originale e le articolazioni molto snodate, che rivelano una flessibilità laterale decisamente elevata. Grandi fasci muscolari erano presenti alla base della coda, mentre lunghe spine, sia sopra che sotto le vertebre, la rendevano alta e piatta come un lungo nastro o l'estremità di una pagaia.

I potenti muscoli e le articolazioni flessibili permettevano di muovere la coda lateralmente con un moto ondulatorio molto potente, come fanno certi anfibi (tritoni) e rettili che vivono in acqua (coccodrilli, serpenti marini). In sostanza lo spinosauro nuotava con la forza della coda. E questa coda inaspettata fornisce la prova più convincente dell’esistenza di un dinosauro in grado di vivere e cacciare in un ambiente acquatico: i grandi fiumi che percorrevano il Nord Africa nel periodo Cretaceo.

Gli esperimenti nel tunnel dell’acqua di Harvard

Per testare la reale forza propulsiva della coda di Spinosaurus, i paleontologi che hanno estratto le ossa fossili hanno coinvolto nello studio i migliori esperti di biomeccanica, che all’Università di Harvard hanno realizzato dei prototipi da immergere in un tunnel dell’acqua. Simile al tunnel del vento, questo apparato sperimentale consente di analizzare tutti i flussi d’acqua prodotti da un oggetto in movimento e registrarne l’efficienza, con appositi sensori. Sagome in plastica delle code, di uguale lunghezza ma di forme diverse, corrispondenti a quella dello spinosauro, di altri dinosauri predatori (Allosaurus, Coelophysis), di coccodrilli e di tritoni, sono state fatte ondulare per un certo tempo da un braccio robotizzato.

I risultati di questo esperimento, che è parte integrante dell’articolo ora pubblicato su Nature, dimostrano che in acqua la coda dello spinosauro aveva una efficienza propulsiva assai più elevata delle code lunghe e sottili dei dinosauri carnivori tipicamente terrestri, molto più simile a quella ottenuta con le code dei vertebrati acquatici viventi, che nuotano bene anche controcorrente.

La coda nastriforme dava anche maggiore stabilità allo spinosauro, riducendo la tendenza al rollio del corpo. E a questo poteva contribuire anche la grande vela dorsale, che forse funzionava come una “chiglia inversa”.

Cosa cambia, nella storia dell’evoluzione?

Negli ultimi decenni numerosi ritrovamenti hanno dimostrato che alcuni dinosauri, diventando piccoli e leggerissimi grazie allo sviluppo di ossa cave, impararono a volare e diedero origine agli uccelli. Spinosaurus rappresenta un processo evolutivo altrettanto bizzarro, che però ha preso una direzione opposta: rivela che altri dinosauri, appesantendo lo scheletro e modificando le proporzioni corporee, andarono a vivere in acqua. Eppure gli spinosauridi vengono dallo stesso ceppo di dinosauri che ha portato agli uccelli, quello dei Tetanuri…. Parola che significa “code rigide”! …Proprio l’opposto di quello che vediamo nella coda appena scoperta.

Lo spinosauro rappresenta dunque un esperimento evolutivo unico, che non ha equivalenti nel regno animale. Da 220 milioni di anni a questa parte, nella lunga storia dei dinosauri non ne è mai comparso nessun altro con una coda così. La coda ora pubblicata su Nature possiede adattamenti anatomici estremi, sviluppati per consentire uno stile di vita decisamente acquatico e specializzati per inseguire le prede in acque aperte e per lungo tempo.

La scoperta di una coda estesamente pinnata e flessibile attaccata al corpo di un grande dinosauro teropode rappresenta la prima inequivocabile prova che – ad un certo punto della loro storia – i dinosauri invasero anche gli habitat acquatici. Con un modello anatomico completamente nuovo ed originale, che cancella decenni di false certezze che tutti i dinosauri privi di penne fossero costretti ad abitare solo gli ecosistemi di terraferma.

Negli studi precedenti su Spinosaurus (compreso l’articolo su Science del 2014, scritto anche da molti degli autori della nuova ricerca), nessuna delle modalità di locomozione proposte - zampe palmate, coda, o una loro combinazione - si era rivelata convincente e soddisfacente, in termini biomeccanici. Francamente, nemmeno gli “addetti ai lavori” riuscivano a immaginare spinosauri rapidi e non goffi nei movimenti in acqua, perché non si sarebbe mai potuto prevedere un adattamento così estremo ed inusuale in un dinosauro “tetanuro”. Ora questa coda risolve tutto: le zampe potevano semmai aiutare il nuoto, ma non erano essenziali.

Come i dinosauri pennuti hanno cambiato radicalmente il nostro modo di vedere e studiare i “rettili terribili”, così questa scoperta amplia incredibilmente le conoscenze attuali sulla paleobiologia dei dinosauri e apre orizzonti eccitanti e inaspettati. Sebbene meno sviluppati, simili adattamenti all’acqua sono presenti in altri spinosauridi e da oggi potranno essere reinterpretati alla luce di ciò che osserviamo in Spinosaurus. Trattandosi di un gruppo che ebbe una distribuzione geografica quasi globale e una permanenza nel tempo per più di 30 milioni di anni, ci possiamo ragionevolmente aspettare di scoprire che questi incredibili animali invasero gli ambienti acquatici in modo ricorrente e assai impattante la vita sulla Terra.

Un dinosauro predatore più quadrupede che bipede

Una ricostruzione dell'aspetto in vita di Spinosaurus, con tanto di muscoli e altre parti molli, è stata realizzata in digitale da Davide Bonadonna (uno dei coautori italiani dell’articolo di Nature). Portata alla giusta scala, questa ricostruzione ha permesso di calcolare il volume effettivo del dinosauro. La densità corporea di coccodrilli e uccelli acquatici è stata ricalibrata (anzi, “personalizzata”) sullo spinosauro, tenendo conto sia dell'aria presente nei polmoni e nelle sacche aree (che tendono ad abbassare la densità), sia della presenza di ossa molto dense e compatte negli arti e nella vela (che invece tendono ad aumentare la densità). Fatti questi assestamenti, è stato possibile stimare la massa corporea dello spinosauro: più di 3,5 tonnellate, per questo esemplare lungo oltre 10 m.

Anche con l’aggiunta di una coda spessa e pesante, la combinazione di gambe corte, corpo allungato e vela sulla schiena fa sì che il centro di massa (o baricentro) del dinosauro si trovi ben più avanti del bacino e della posizione dei piedi sul terreno, diversamente da quanto accade negli altri dinosauri bipedi, come il

Tyrannosaurus rex. Ciò significa che per uno spinosauro era difficile stare in piedi e camminare come un bipede, e che dunque doveva essere molto goffo e sbilanciato in avanti quando si spingeva sulla terraferma.

Forse, all'occorrenza, era addirittura costretto a usare le braccia per puntellarsi, con un'andatura più quadrupede che bipede. Questi problemi non si presentavano in acqua. Dunque il baricentro spostato in avanti è un'altra prova a favore del fatto che lo spinosauro era molto più a suo agio nei fiumi, dove trascorreva gran parte della vita.

Lo stupore dei paleontologi italiani

“Cosa ci sarà mai da scoprire ancora, su questo spinosauro?”, molti si chiederanno.

“Nemmeno noi ci saremmo immaginati di pubblicare su Nature, dopo averlo fatto su Science con lo stesso esemplare” dichiara Cristiano Dal Sasso. “Nessuno si aspettava che avesse una coda di questa forma, ora si dovranno riscrivere tutti i libri sui dinosauri. Infatti fino ad ora, non avendone mai trovata una, la coda dello spinosauro era sempre stata ricostruita come quella di tutti gli altri dinosauri”.

“Lavorando ai modelli tridimensionali ci siamo subito accorti che questa coda a nastro era un potente organo di propulsione, perfetto per braccare le numerose prede che abitavano i grandi fiumi del Cretaceo, e anche la vela sulla schiena ora ha più senso: forse funzionava come una chiglia stabilizzatrice”, aggiunge Simone Maganuco.

“Sotto il sole cocente del Sahara e quasi 50 gradi di temperatura, è stata una sfida al limite dell’impossibile: le vertebre della coda con quelle lunghe spine delicatissime erano intrappolate da 100 milioni di anni sotto una dura copertura di roccia che poteva essere demolita solo dai martelli pneumatici, e poi rimossa con attenzione chirurgica”, ricorda Gabriele Bindellini. Il giovane dottorando dell’Università di Milano ha anche realizzato la fotogrammetria dei reperti più importanti, permettendo di riprodurli a distanza con una stampante 3-D ora in dotazione al Museo di Storia Naturale di Milano.

Italiano anche nell'aspetto

Importantissimo anche il contributo italiano in termini di design e gusto estetico, ormai apprezzato a livello internazionale anche in campo paleontologico: i nostri illustratori scientifici, infatti, sanno accoppiare queste doti al rigore tecnico-scientifico necessario per arrivare all’approvazione di una rivista come Nature, che sottopone tutti gli articoli (compreso questo) al vaglio rigoroso di diversi revisori esperti della materia, per mesi e mesi, prima di accettare di pubblicarli.

Tra i coautori di questa ricerca, infatti, figurano a pieno titolo Marco Auditore, che ha contribuito all'identificazione e allo studio delle ossa di Spinosaurus, per poi disegnarle una a una fino a ricomporre lo scheletro completo, e Davide Bonadonna, che ha realizzato il modello tridimensionale necessario per calcolare il centro di massa dell’animale e ha illustrato il reportage esclusivo di National Geographic. Il modello 3D sviluppato per l'articolo è stato poi animato e immerso in un ambiente virtuale da Fabio Manucci.

Italiano è anche il modello in grandezza naturale (lungo oltre 10 metri), nato da una collaborazione tra Prehistoric Minds e Di.Ma. Dino Makers, e riproducente “in carne e ossa” il nuovo look dello spinosauro. Sarà esposto nelle prossime settimane al Centro Esposizioni Lokschuppen di Rosenheim, in Baviera (Germania), uno tra gli enti sostenitori delle ricerche.

Da “Ciro” allo spinosauro, vent’anni di scoperte su Nature e Science

Il 26 marzo 1998 Nature metteva in copertina la foto del primo dinosauro italiano. “Ciro” riceveva il più solenne dei battesimi scientifici, diventando Scipionyx samniticus – ovvero una nuova specie di dinosauro, prima sconosciuta – con un articolo firmato da paleontologi italiani, tra cui Cristiano Dal Sasso del Museo di Storia Naturale di Milano. Sempre con Dal Sasso, Scipionyx è poi finito anche su Science (1999), e Spinosaurus su Science (2014) e ora su Nature (2020): un poker di pubblicazioni unico anche per l'Istituto milanese. È assai raro, infatti, che lo stesso fossile finisca su entrambe le riviste scientifiche, che sono giudicate le due più importanti e prestigiose al mondo. Ma quei due dinosauri predatori sono davvero eccezionali: l’uno piccolissimo ma incredibilmente fossilizzato con gli organi interni, l’altro gigantesco e con fattezze da drago, più che da animale realmente esistito.

E dello spinosauro non possiamo non ricordare la mostra allestita a Palazzo Dugnani, antica sede del Museo di Storia Naturale di Milano, in occasione di EXPO 2015. Ebbene, la coda di quello scheletro era ipotetica, perché quella vera non era ancora stata trovata…

Autentico al cento per cento è invece il muso fossile esposto nella sala dei dinosauri del Museo di Storia Naturale di Milano. Dalle incredibili dimensioni di questo reperto si è capito che uno Spinosaurus adulto era lungo 15 metri, cioè superava di oltre due metri il più grande esemplare conosciuto di Tyrannosaurus rex.

Nel muso di Milano si vedono bene anche altri adattamenti acquatici. Questi adattamenti includono:

narici piccole e situate a metà lunghezza del cranio - permettevano allo spinosauro di respirare anche quando buona parte del muso si trovava immerso in acqua;

fori neurovascolari posizionati all’estremità del muso - fori simili si trovano sul muso di alligatori e coccodrilli e alloggiano recettori di pressione che permettono di percepire i movimenti delle prede, che producono piccole onde che si propagano nell’acqua;

enormi denti conici con un letale meccanismo di incastro - una vera e propria trappola da cui nemmeno una preda scivolosa come un pesce poteva fuggire.


Cristiano Dal Sasso e Simone Maganuco, aprile 2020

Album