The Croc World - Hypoxic Park II

Triassic pseudosuchians by L. Panzarin 2009 - based on the Zone Ichno-site (Petti et al., 2009)

Recentemente, ho discusso del possibile legame tra evoluzione del sistema respiratorio degli uccelli (e dei saurischi) e periodi geologici caratterizzati da ipossia (bassa concentrazione di ossigeno atmosferico).

Per un bizzarro caso di serendipità, proprio oggi, a pochi giorni di distanza da quel post, esce uno studio che aggiunge nuovi dati alla questione sull'evoluzione del sistema respiratorio nei dinosauri, le cui conclusioni sembrano proprio estendere il tema di quel post di alcuni giorni fa.

Per comprendere la questione, partiamo da come, prima di questo nuovo studio, si ipotizzava l'evoluzione del sistema respiratorio dai primi arcosauri agli uccelli.

Partiamo dagli uccelli: essi hanno un polmone collegato a sacchi aerei; l'aria fluisce in una sola direzione durante l'intero ciclo respiratorio (a differenza di quanto accade a noi mammiferi, dove l'aria segue due direzioni opposte, una in entrata -inspirazione ed una in uscita -espirazione). Il sistema degli uccelli è molto efficiente nello scambio dell'ossigeno, e permette prestazioni muscolari anche in condizioni di aria rarefatta.

I coccodrilli non hanno sacchi aerei. Sebbene non ci fossero veri studi in proposito, si riteneva che l'aria nei loro polmoni circolasse in maniera simile alla nostra (in due direzioni) e non in una sola direzione come negli uccelli.

Si riteneva pertanto che l'evoluzione del polmone aviario avesse seguito questa sequenza:  1) sviluppo dei sacchi aerei (nei saurischi o, nel caso i sacchi aerei degli pterosauri fossero omologhi a quelli dei saurischi, alla base della separazione tra la linea degli uccelli e quella dei coccodrilli) e, successivamente, 2) evoluzione del flusso d'aria in una sola direzione. Questa pareva l'ipotesi più plausibile coi dati, in base ai quali si sapeva dell'esistenza dei sacchi aerei nei saurischi non-aviani ma non si poteva ancora sapere se anche essi, come gli uccelli attuali, avessero un flusso unidirezionale dell'aria nei loro polmoni.

Un nuovo studio, pubblicato oggi (Farmer & Sanders, 2010) cambia in modo significativo questo scenario.

Essi hanno dimostrato che negli alligatori il flusso dell'aria è unidirezionale, come negli uccelli. Anche se la questione di come ciò avvenga (quale meccanismo anatomico dei coccodrilli, privi di sacchi aerei, produca il flusso unidirezionale) è ancora da definire nel dettaglio, questa scoperta ha 2 conseguenze:

1- Essendo presente in uccelli e coccodrilli, l'inferenza filogenetica implica che il flusso unidirezionale è una caratteristica di tutti gli arcosauri, non solo degli uccelli (o al più dei saurischi con sacchi aerei): esso doveva essere presente anche in rauisuchi, parasuchi, crocodylomorfi basali, ornithischi e (se sono arcosauri) pterosauri.

2- L'evoluzione del sistema di ventilazione unidirezionale precede i sacchi aerei. Pertanto, è possibile che questo meccanismo abbia favorito l'espansione dei sacchi aerei (mentre prima si pensava un rapporto di cause al contrario).

Dato che il flusso unidirezionale è un requisito fondamentale per l'efficace sistema di scambio gassoso degli uccelli, l'ipotesi che avevo discusso nel precedente post potrebbe spiegare anche il grande successo degli arcosauri basali in tutto il Triassico rispetto ai synapsidi e non solo l'origine del gigantismo nei saurischi alla fine del Triassico. In base a questo modello modificato dell'ipotesi di Hypoxic Park, l'evoluzione della ventilazione unidirezionale costituì il carattere adattativo (ovvero, una migliore capacità di reperire ossigeno in condizioni ipossiche) per tutti gli arcosauri del Triassico, mentre fu la successiva espansione dei sacchi aerei nei saurischi a permettere a questi ultimi di migliorare la capacità di assunzione dell'ossigeno e di evolvere il gigantismo.

Ringrazio Alex Laini per avermi inviato una copia di Farmer & Sanders (2010).

A proposito di arcosauri triassici, finalmente è stata pubblicata la descrione delle orme di Zone (Petti et al., 2009). Ringrazio Cristiano Dal Sasso per avermi inviato una copia dell'articolo.

Bibliografia:

Farmer CG & Sanders K (2010) Unidiretional Airflow in the Lungs of Alligators. Science 338-342.

Petti, F. M., Avanzini, M., Nicosia, U., Girardi, S., Bernardi, M., Ferretti, P., Schirolli, P., and C. Dal Sasso. 2009. Late Triassic (Early-Middle Carnian) crurotarsan tracks from the Val Sabbia Sandstone (Eastern Lombardy, Brescian Prealps, Northern Italy). Revista Italiana di Paleontologia e Stratigrafia 115:277-290.