14 marzo 2015

A cosa serve il braccio di Tyrannosaurus?

La domanda che fa da titolo del post è una delle più abusate dal grande pubblico quando si parla di Tyrannosaurus.
Lo scopo di questo post è chiudere definitivamente (almeno tra i lettori del blog) qualsiasi bisogno di ripetere questa domanda; la quale, a sua volta, discende ed alimenta – in un perverso feed-back – una leggenda in merito agli arti anteriori di questo theropode, leggenda che si aggancia alla (abusatissima e che non voglio più ripetere) inutile discussione sulla saprofagia obbligatoria in questo animale. Il perverso feed-back poi diventa, nell'Era di Facebook, la fonte per innumerevoli meme idioti che ripetono la scenetta del “povero” T-Rex [sic] in situazioni deprimenti a causa delle sue “inutili” braccine.
Tornando al post... ma queste braccia di Tyrannosaurus erano veramente così inutili, o meglio, tornando al titolo, avevano una funzionalità? Ho già affrontato parte di questo argomento in passato, confrontando le braccia di Tyrannosaurus con quelle di Carnotaurus, e parlando del sistema testa-collo di Tyrannosaurus. In quei post mostrai che è Carnotaurus ad avere braccia vestigiali, e che Tyrannosaurus comunque disponeva di un potentissimo “braccio supplementare” dato dal sistema collo-mandibole. Non avevo però affrontato direttamente il tema della funzionalità effettiva delle sue braccia. La domanda parrebbe restare del tutto lecita. O, meglio, la domanda è lecita a patto che non conosciate la letteratura scientifica* su Tyrannosaurus. Difatti, la funzione delle braccia di Tyrannosaurus è ben nota e testata: è la medesima delle braccia nella maggioranza degli altri grandi theropodi (abelisauridi esclusi)!
Carpenter e Smith (2001) analizzano nel dettaglio la morfologia dell'arto anteriore di Tyrannosaurus, incluse le aree di inserzione muscolare, confrontano questo arto con quello di altri theropodi (e di Homo), calcolano alcuni parametri biomeccanici utili per determinare le caratteristiche funzionali di questo arto, e stimano la forza di alcuni muscoli di questo braccio.
Come scrissi in passato, l'arto anteriore di Tyrannosaurus NON è vestigiale. Pur essendo ridotto in lunghezza rispetto al resto del corpo (quando lo si confronta con altri theropodi non-abelisauridi), tuttavia ognuna delle ossa conserva le superfici articolari ben sviluppate e le aree di inserzione muscolare chiaramente visibili, segno di una muscolatura altrettanto sviluppata. La mano, pur avendo solamente due dita funzionali (ma si ricordi che la perdita delle dita laterali è una tendenza generale nei theropodi, non necessariamente legata ad atrofia), presenta le falangi con faccette articolari complete e con gli ungueali robusti e sviluppati. Pertanto, il braccio di Tyrannosaurus (e di tutti gli altri Tyrannosauridae) è “normale” per gli standard theropodi, con le sole eccezioni di essere relativamente corto rispetto al resto del corpo. Quindi, per salvare il mito del braccino inutile, dovremmo dimostrare che avere un braccio corto (che non implichi avarizia) implica una ridotta funzionalità e/o una assenza di “utilità”.
Per risolvere l'enigma occorre risalire al ruolo svolto da quel braccio nella “economia” dell'animale.
Carpenter e Smith (2001) analizzano le braccia di Homo, Deinonychus, Allosaurus e Tyrannosaurus in base a parametri biomeccanici. Tutte le braccia, difatti, sono interpretabili come leve meccaniche. A loro volta, queste leve si possono classificare in base a due estremi funzionali: “leve veloci” e “leve forti”. Questi due estremi sono ovviamente ideali, ma permettono di confrontare le braccia dei vari animali tra loro per capire se siano più adatte a lavorare “per la velocità” oppure “per la resistenza” (ovvero, se siano più adatte ad afferrare rapidamente oppure siano più adatte a mantenere efficientemente una presa). I calcoli di Carpenter e Smith (2001) collocano Homo e Deinonychus più verso l'estremo “velocità”, mentre Allosaurus e Tyrannosaurus verso l'estremo “resistenza”. Questi risultati sono concordi con il range di escursione (l'ampiezza dell'angolo descritto dalle braccia nello spazio), che è massimo in Homo e Deinonychus e minimo in Allosaurus e Tyrannosaurus: se il vostro braccio è “fatto per la rapidità” richiede una maggiore mobilità nello spazio, ma se è “fatto per la resistenza” richiede maggiori vincoli nelle articolazioni per meglio sostenere le tensioni meccaniche che tenderebbero ad opporsi alla vostra presa (leggi: una preda che si dibatte e che può quindi disarticolare il vostro braccio pur di liberarsi).
Dalla forma e proporzione delle ossa, e dall'ampiezza delle cicatrici di inserzione muscolare sulle ossa, Carpenter e Smith (2001) stimano la forza del muscolo bicipite di Tyrannosaurus, che risulta più di tre volte quella del bicipite umano. Pertanto, tutti i valori biomeccanici indicano che il braccio di Tyrannosaurus non solo non era vestigiale, ma esercitava una grande potenza finalizzata non alla rapidità del moto dell'arto bensì ad una funzione ben precisa, che chi conosce bene i theropodi ha già incontrato altre volte: mantenere la presa stabile sulla preda. Preda che, ovviamente, non era afferrata in primis dalle braccia, bensì dal principale organo predatorio: le mandibole.
Concludendo, infatti, l'arto anteriore di Tyrannosaurus è perfettamente funzionante e funzionale alla sua anatomia. E lo è coerentemente col suo bauplan theropodiano. Come nella grande maggioranza dei theropodi mesozoici, il primo organo predatorio di Tyrannosaurus era la testa. Una volta afferrata la preda con le mandibole, l'animale trascinava la preda verso il proprio petto, grazie all'azione concertata di mandibole capaci di una pressione enorme e di muscoli del collo altrettanto sviluppati. Ed era a quel punto che le braccia svolgevano la loro funzione, in omologia con quanto svolto da buona parte dei theropodi: la presa estremamente potente delle due braccia, corte e robuste, manteneva un “abbraccio-aggancio” contro la preda, per impedire che si svincolasse. In questo modo, la testa poteva lasciare temporaneamente la presa sulla preda per sferrare una serie di morsi. Per questo motivo le due dita “rimaste” nella mano di Tyrannosaurus sono le due più mediali (pollice e indice): sono quelle che contattano direttamente il corpo di una preda posizionata “sotto” il petto del predatore dal trascinamento posteroventrale del sistema collo-mandibole. Senza l'appoggio (letterale) delle braccia – corte ma molto robuste – il sistema predatorio di Tyrannosaurus – focalizzato sulle mandibole – sarebbe stato incompleto e quindi meno efficace.

Pertanto, le braccia di Tyrannosaurus non solo erano perfettamente funzionali, ma anche necessarie al suo stile di vita!
Altro che “inutili braccine”...

*[Paradossalmente, la maggioranza delle domande che il pubblico fa in merito a Tyrannosaurus (“era saprofago o cacciatore?”, “Nanotyrannus è una specie distinta?”, “a cosa servivano le sue braccia?”) ha già ottenuto una risposta netta e definitiva da oltre un decennio. Purtroppo, il pubblico non si informa e crede che queste domande siano ancora oggetto di controversia tra i paleontologi...]

Bibliografia:
Carpenter K, Smith M (2001) Forelimb Osteology and Biomecanics of Tyrannosaurus rex. Mesozoic Vertebrate Life. Indiana University Press: 90-116.

23 commenti:

  1. Very interesting !!

    How much can move the Suchomimus their arms?

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  2. No similar studies on baryonychines have been done. Assuming the relationships between forearm slenderness and range of motion as in the above mentioned theropods, I think Suchomimus range was much comparable to Allosaurus and Tyrannosaurus than Deinonychus or other long-armed theropods.

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  3. It means that spinosaurids could not move much his arms?

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  4. Buonasera. Era da tanto che aspettavo un post, e finalmente eccolo qui. E che post!

    Ora, probabilmente avrai già affrontato il discorso in qualche post precedente, e nel caso ti andasse, mi piacerebbe sapere in quale, altrimenti, ti porgo una breve domanda: qual'è, o nel caso, in quanto è stimato il range per quel che riguarda Deinonychus?

    Tomas

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  5. Sempre da Carpenter e Smith (2001). Il braccio umano ha un'escursione alla spalla di 360° ed al gomito di 165°. Deinonychus ha invece i due valori = 88° e 130°. (Allosaurus: 65°, 62°; Tyrannosaurus: 40°, 45°).

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    1. Scusa l'ignoranza. Quanto al gomito ho capito quanto mi dici, ma riguardo la spalla, non riesco a capire ed interpretare quei 360°. Insomma, un'escursione di 360° dove, come?

      Tom

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    2. Prova a disegnare un grande cerchio contro una parete usando solo una mano. Il tuo braccio descriverà un cono con vertice nella spalla. Quella è un'escursione alla spalla di 360°.

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    3. Ci avevo pensato, ma non lo avevo considerato valido. Mah.

      Comunque, domanda frivola frivola (concedimela, siamo di domenica), visto che parli di paleoarte, mi è venuta in mente una cosa: hai mai osservato una gallina scavalcare ad esempio una recinzione, e che dopo aver saltato inizia a sbattere le ali in aria? Ecco, mi è capitato di vedere raffigurazioni di Deinonychus con gli arti che eseguivano lo stesso movimento descritto prima. Ora, lavoro di fantasia o meno, anatomicamente gli era possibile (al Deinonychus)?

      Tom

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    4. L'omero di Deinonychus non era in grado di elevarsi come quello di una gallina, dato che il suo cinto pettorale è laterale alla gabbia toracica, non dorsale come avviene negli aviali derivati.

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  6. molto interessante - mi verrebbe da dire che anche molti gruppi di mammiferi mostrano una tendenza alla riduzione del numero delle dita, ma la cosa sembra perfettamente normale e non genera domande sulla presunta funzionalità ... forse il problema con certi teropodi è la somiglianza apparente con il braccio umano che porta a postulare anche somiglianze funzionali.
    per tacere del fatto che tendiamo a pensare una mano tanto "migliore" quanto più adatta alla presa e alla manipolazione (dimenticando che qualcuno può manipolare usando becco e zampe posteriori, per esempio).
    Emiliano

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    1. La riduzione nelle dita dei mammiferi segue regole diverse: si perdono mignolo e pollice per primi e il medio per ultimo, mentre nei theropodi si perdono mignolo e anulare per primi ed il pollice per ultimo.
      La "somiglianza" tra braccio umano e arto theropode è molto blanda, e più dovuta a scarsa attenzione ai dettagli (la paleoarte di serie B abbonda di "braccia umane" sui theropodi): se guardi anche solo l'arto di Tyrannosaurus illustrato nel post, vedi che ha una mano molto più lunga e avambraccio più corto rispetto alla condizione umana, per non parlare del diverso assetto della spalla e la molto ridotta escursione delle articolazioni.

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    2. infatti ho scritto "somiglianza apparente" :) forse "apparente" è esagerato, blanda, come dici tu, è sicuramente più adatto - trovo sempre molto utili (e anche affascinanti) le illustrazioni che mostrano i movimenti possibili delle articolazioni.
      grazie per le informazioni supplementari sulle dita dei mammiferi.
      Emiliano

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  7. Michele tv15/3/15 15:20

    ciò mi fa pensare che animali come il tyrannosaurus cacciavano soprattutto prede relativamente piccole, o comunque più piccole di lui.

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  8. Michele tv15/3/15 15:22

    tipo giovani adrosauri

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    1. C'è ancora qualcuno che crede che i theropodi cacciassero solamente prede adulte? http://theropoda.blogspot.it/2009/08/miti-e-leggende-post-moderne-sui.html
      [E comunque, la maggioranza degli animali vissuti con Tyrannosaurus era più bassa alla schiena di un Tyrannosaurus adulto... anche un Triceratops adulto è nel range di utilizzo delle braccia].

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    2. Da quanto ho imparato leggendo questo blog, non sempre Tyrannosaurus raggiungeva dimensioni giganti, anche se adulto, causa diversi fattori dovuti all'ambiente in cui viveva, giusto? Ora, domanda un po' fuori tema, ma non molto, mi capita sempre di vedere e legfere cose che sinceramente non so come interpretare, come Triceratops alti 3.60 metri al garrese e Troodon, Albertosaurus e Girgosaurus vivere allo stesao tempo e negli stessi territori di Tyrannosaurus. So che per te sono domande sciocche, ma mi piacerebbe sapere solo se sono fonti errate dalle quali documentarsi.

      Tom

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    3. Scusa gli errori, ma sai , scrivere veloce dal telefono...

      T

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    4. Albertosaurus, Troodon e Gorgosaurus sono del Campaniano Superiore-Maastrichtiano Inferiore: 7-10 milioni di anni più vecchi di Tyrannosaurus.
      Le dimensioni massime di Triceratops sono stimate in esemplari incompleti. In ogni caso, non superano i 3 metri al bacino (non si usa il garrese per i dinosauri).

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    5. Grazie mille per le risposte, sia per una domanda che nell'altra. Penso sempre più fermamente che al di là di questo blog e di qualche altro firmato da paleontologi professionisti (e professionali), la paleontologia è robaccia. Per dire, la domanda su Troodon deriva da qui: http://en.wikipedia.org/wiki/Tyrannosaurus#Paleoecology

      Infatti, nell'attesa di una tua risposta, davo uno sguardo a cosa diceva Wikipedia sul Tyrannosaurus e alla voce paleoecologia, beh... senza contare che a volte ci trovi anche Albertosaurus, anche spacciato per Gorgosaurus a seconda dei casi. E quanto a Triceratops, non pensavo fosse tanto grosso (no, non immagino epiche battaglie su chi è più forte di chi, solo, a volte mi pongo delle domande anche sulle dimensione spesso spropositate dei dino-fan).

      Una ultima domanda, sempre se ti va di rispondere, vista la mia confusione in merito alla paleoecologia del periodo in cui visse Tyrannosaurus, è: quali altri theropodi condividevano il suo stesso ambiente, ornitomimidi e alvarezsauridi esclusi? So che il comune "raptor" dei documentari, nello specifico dovrebbe essere Acheroraptor, ma mi chiedevo se anche altri medi o grandi dinosauri predatori avessero condiviso il suo habitat; so che un suo contemporaneo è Dryptosaurus, ma mi sa erano separati dal mare interno occidentale (o mi sbaglio anche qui?).

      Grazie comunque, T.

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  9. Leggendo il post allegato mi verrebbe da pensare che quindi i Theropodi siano stati molto avvantaggiati nell inseguimento di prede quatrupedi dal momento che loro dovevano scattare in apnea e inoltre il fatto che si sente spessissimo degli Adrosauri che fuggivano su due zampe per aumentare la velocità potrebbe essere anche ricollegato alla respirazione, un po come fanno rettili moderni quali il clamidosauro.... inoltre ti volevo chiederti, sempre offtopic, (questa è più una curiositá da possessore di rettili), nella camminata normale, non nella corsa, la loro respirazione diminuisce lo stesso o soltanto se si tratta di stress maggiori e più prolungati come la corsa???
    Riccardo Cori

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    1. Stai mettendo troppa carne al fuoco, molta della quale è pure scaduta da qualche lustro...
      Alcune delle domande che poni, poi, sono insolvibili nei fossili.

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    2. Ahahahah scusami, ma avendo trovato solo questo blog paleontologico curato da un vero paleontologo e quindi scientificamente e correttamente aggiornato, penso che l' unica carne in mio possesso non scaduta sia quella di teropode, piu qualche chicca che ogni tanto scrivi fuori dal "campo" Theropoda.... quindi è impossibile capire dai fossili quanto il movimento degli arti anteriori nei quadrupedi influenzava (se influenzava) la respirazione?
      Riccardo Cori

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