La differenza tra la Ferrari e Tyrannosaurus

Quante Ferrari occorrono per un Tyrannosaurus? Notare che i due Tyrannosaurus mostrati sono stime di massa alternative dallo stesso scheletro (modificato da Hutchinson et al. 2011).

Uno dei motivi per cui sono molto critico verso la grande maggioranza delle discussioni (online) sui dinosauri è che esse fondamentalmente si riducono a diatribe su lunghezze e masse. E "lunghezza" e "massa" sono concetti molto deboli da argomentare in biologia e paleontologia. Chiunque abbia un minimo di formazione naturalistica sa che gli esseri viventi sono sistemi dinamici, che variano le proprie caratteristiche nel tempo in funzione di fattori sia intrinseci (legati al genoma e alla fisiologia) che estrinseci (legati all'ambiente). 

Ho l'impressione che molti di coloro che parlano di dinosauri discutendo ossessivamente sulle dimensioni e le masse abbiano una concezione "ingegneristica" dei dinosauri. A differenza degli organismi biologici, gli oggetti generati dall'ingegneria tendono ad avere ben precisi valori di dimensione e massa, spesso in forma standardizzata, valori stabiliti prima ancora che l'oggetto in questione sia "formato".

Prendiamo uno degli oggetti ingegneristici più belli creati dall'uomo, la Ferrari. In questo caso, mi servo del modello di Ferrari F40. Questa auto è stata progettata al millimetro, ed ogni sua caratteristica è stabilita rigorosamente prima ancora che sia assemblato il primo pezzo. Una F40 è lunga 4.36 metri, alta 1.12 metri ed ha una massa (a serbatoio vuoto) di 1.23 tonnellate. Tutte le F40 uscite dagli stabilimenti Ferrari hanno questi valori, e mantengono quei valori per un tempo indefinito (al netto, ovviamente, di usura, danneggiamenti e altri accidenti non prevedibili). Se cambiano le caratteristiche, cambia anche il modello di Ferrari: non può esserci una F40 che abbia valori diversi dalle altre F40. [Non mi dilungo a parlare di Ferrari, dato che non è il mio campo]

In Natura, nessun individuo ha la precisione standardizzata e la costanza delle caratteristiche che osserviamo in una Ferrari. La crescita individuale fa variare le dimensioni dell'individuo nel tempo. La quantità di risorse (cibo e acqua) fa variare la massa dell'individuo nel tempo. Nessun individuo rimane mai identico a sé stesso. Inoltre, a differenza della popolazione di F40, gli individui di una medesima popolazione animale sono uno diverso dall'altro: questa condizione, la variabilità intraspecifica, è una proprietà naturale la cui esistenza e importanza è stata compresa solamente con l'avvento del pensiero darwiniano. Prima di Darwin, quasi tutti gli studiosi di biologia avevano una visione "ingegneristica"  degli esseri viventi: la variabilità era una condizione "accidentale" che perturbava l'originaria identità col progetto standardizzato. Come modelli di una Ferrari, ogni individuo biologico era ritenuto, almeno ad un livello "ideale", come identico ai suoi conspecifici. La causa delle differenze era ritenuta "il mondo materiale", e tali differenze erano considerate attributi secondari e "accidentali". In pratica, un po' come considerare le differenze nel numero di moscerini sul parabrezza, di gocce di pioggia sul cofano e di polvere sul tettuccio di una Ferrari: rimosse quelle impurità accessorie, tutte le Ferrari sono identiche e fedeli riproduzioni del modello originario.

Questa visione "ingegneristica" degli esseri viventi è fallimentare da più punti di vista. Lo è, in primo luogo, quando si cerca di identificare la causa dei viventi, ovvero, la loro storia naturale. L'evoluzione, infatti, ha come proprio serbatoio (tanto per restare con metafore automobilistiche) proprio la variabilità individuale. Senza variabilità non può esserci successo riproduttivo differenziale, altresì noto come "selezione naturale". 

In secondo luogo, questa idea "ingegneristica" non permette di inserire gli organismi nella loro dimensione spazio-temporale, ovvero, li estrae dal contesto che è la loro causa naturale. E siccome la scienza è ricerca delle cause naturali, discutere di dinosauri riducendoli a oggetti ingegneristici li "snatura".

Questo non significa che qualsiasi tentativo di determinare dei valori "fisici" per i dinosauri sia sterile e inutile: avere stime - per quanto approssimative - su questi valori può essere utile, qualora sia inserito in una discussione che tenga in considerazione il margine di incertezza (e di validità: ovvero, il metodo con cui tali valori sono ricavati) di quelle misure, e che sia sempre consapevole del contesto in cui tali valori hanno "un senso".
Hutchinson et al. (2011), ad esempio, stimano la massa in alcuni esemplari di Tyrannosaurus, esemplari scheletrici relativamente completi (non 10 ossa disarticolate e distrutte 70 anni fa...), e presentano varie versioni alternative di valori della massa stimata, ottenuti in funzione di differenti ipotesi di partenza in merito alla quantità di tessuto non-osseo presente in vita. Nel loro articolo, gli autori precisano che esiste un margine di errore già nelle ricostruzioni scheletriche, a seconda dell'orientazione e articolazione delle varie ossa, e che tale margine di errore non può essere ignorato quando si discute di "dimensioni" di esemplari fossili. Ovvero, il margine di errore non è solamente nella stima, ma anche nel dato di partenza! Questo esempio dimostra come sia quasi ridicolo (e molto ingenuo) affermare che "l'esemplare X pesava Y tonnellate ed era lungo Z metri" se tale affermazione non è accompagnata da una indicazione del margine di errore associato a tali valori.
Pertanto, qualsiasi disquisizione grossolana relativa a questi valori nei dinosauri (o, in generale, negli organismi) mi pare più simile ai discorsi tra collezionisti di figurine di auto sportive, piuttosto che argomentazioni su fossili. [Senza contare che anche la riduzione delle automobili a meri numeri è una triste rimozione di ciò che invece rende interessante ad appassionante l'automobilismo...]

Pertanto, quale è la differenza tra la Ferrari e Tyrannosaurus? Che la prima è misurabile in modo univoco, dato che le dimensioni di ogni esemplare furono fissate prima ancora della sua realizzazione; mentre il secondo non è misurabile in modo univoco, dato che le dimensioni di ogni esemplare sono variabili nel tempo in modo contingente.
Qual'è la caratteristica che li accomuna? Che entrambi sono macchine straordinarie.

How to properly pronounce my name

Per i lettori non-italiani del blog. Se mai vi foste posti il quesito di come pronunciare il mio nome, Darren Naish fornisce la risposta nell'ultimo episodio di TetZoo Podcast (dal minuto 4:00).

Coste dorsali e ampiezze di torace nei grandi theropodi [Aggiornamento]

Nei precedenti post, ho parlato principalmente di vertebre dorsali, ed ho confrontato le loro dimensioni, in particolare l'ampiezza, come possibili indicatori del volume corporeo di alcuni grandi theropodi, in particolare Spinosaurus e Tyrannosaurus.

Tuttavia, un'eventuale obiezione è che le vertebre dorsali di Tyrannosaurus possano essere "anomale" e che tale "anomalia" possa sovrastimare Tyrannosaurus, dando l'erronea impressione che esso fosse molto più massiccio degli altri taxa. Io ritengo questa obiezione debole, dato che non tiene in considerazione il fatto che le dimensioni delle vertebre sono correlate alle dimensioni degli animali, e quindi, anche con eventuali differenze "ecologiche" o "adattative", una vertebre ampia il doppio di un'altra implica che il primo animale era comunque più massiccio (non necessariamente il doppio, ma comunque con una massa chiaramente maggiore). 

Ad ogni modo, la mia ipotesi fa una previsione testabile scientificamente: se Tyrannosaurus è effettivamente più massiccio come vertebre rispetto a Spinosaurus, allora la sua gabbia toracica era più ampia, ed il suo torace molto più voluminoso, e quindi, le sue coste dorsali descrivevano una curva più ampia che in Spinosaurus. 

Le dimensioni della gabbia toracica in esemplari disarticolati e frammentari (come Spinosaurus) sono difficili da determinare. Tuttavia, per nostra fortuna, l'olotipo descritto da Stromer (1915) include una costa dorsale intermedia parziale. Stromer ci fornisce le misure dell'esemplare: la costa è lunga almeno 83 cm, ed ha un capitello di almeno 10.5 cm. Sebbene la parte terminale della costa sia mancante, possiamo stimare l'ampiezza totale della costa in base alla sua curvatura.

Per abozzare la dimensione totale della costa, usiamo la sua curvatura, inclinando il capitello di 30° per simulare la sua articolazione con la vertebra dorsale, ed inscriviamo un'ellisse che segua il trend di curvatura della costa. L'ellisse che si ottiene è una buona stima dell'ampiezza di metà laterale del torace. Per fare felici i sostenitori dello "Spinosaurus grande 120% dell'olotipo" ingrandiamo questo risultato del 120% per avere un'ipotetico torace "massimo".

Questo è il risultato.

 

 Adesso, ripetiamo la medesima procedura usando una costa dorsale intermedia di Tyrannosaurus, ovvero da una posizione della gabbia toracica omologa a quella da cui proviene la costa di Spinosaurus usata prima. La costa in questione è lunga 147 cm ed ha il capitello lungo 32 cm. Incliniamo il capitello di 30° per avere la stessa articolazione con le vertebre attribuita a Spinosaurus. Inoltre, siccome la costa di Spinosaurus era priva della parte terminale, per stimare l'ellisse equivalente in Tyrannosaurus identifichiamo il punto lungo la costa di Tyrannosaurus che corrisponde alla parte finale preservata nella costa di Spinosaurus, ed escludiamo la parte posta oltre quel punto dal nostro discorso. In quel punto inscriviamo l'ellisse esattamente come svolto per Spinosaurus. 

Questo è il risultato.

Ancora una volta, esattamente come nel caso delle vertebre cervicali, del rostro, del dentale e delle vertebre dorsali, anche la gabbia toracica di Tyrannosaurus risulta ben più ampia di quella di Spinosaurus, persino per l'ipotetico esemplare "120%". Ed anche in questo caso, il risultato è basato direttamente sui fossili, usando un metodo ripetibile e che confronta direttamente parti omologhe tra i due animali.

Il volume maggiore della gabbia toracica è chiaramente coerente con le maggiori dimensioni delle vertebre, quindi è - ancora una volta - molto probabile che Tyrannosaurus avesse una massa corporea molto maggiore che Spinosaurus. Come vedete, la valutazione dei vari fattori conduce al medesimo risultato: non si tratta di "estrapolare" da un solo dato, bensì di analizzare i diversi fattori, per poi integrarli in un'unica interpretazione comune.

AGGIORNAMENTO DEL 6 DICEMBRE 2013:
Nelle stime qui sopra, ho valutato solamente le coste dorsali, senza includere le vertebre dorsali nella ricostruzione.
Nell'olotipo di Ichthyovenator, è preservata una costa dorsale quasi completa, adiacente ad una vertebra dorsale posteriore (probabilmente la dodicesima). Dato che l'arco neurale di quella vertebra è molto simile a quello di una delle dorsali dell'olotipo di Spinosaurus, si può usare questa costa dorsale, articolata alla corrispondente vertebra di Ichthyovenator, per avere una stima dell'ampiezza della gabbia toracica a livello della dodicesima dorsale in Spinosaurus.
Usando poi la stessa vertebra dorsale e le coste corrispondenti in Tyrannosaurus, ho confrontato l'ampiezza delle gabbie toraciche a livello della parte posteriore del torace, a ridosso del bacino. Come sempre, per andare incontro alle esigenze di tutti, ho incluso anche una versione ipotetica di Spinosaurus "espansa del 120%" rispetto all'olotipo.

Dettaglio interessante, in Ichthyovenator le coste dorsali presentano una possibile faccetta distale per articolare con le coste sternali, mentre in Tyrannosaurus le coste sono relativemante più corte, non si proiettavano ventralmente e presumibilmente non articolavano con le coste sternali. Queste differenze di morfologia, assieme alle diverse inclinazioni e lunghezze delle diapofisi nell'arco neurale, potrebbero avere interessanti implicazioni sul diverso modo con cui la parte posteriore del torace di questi due theropodi partecipava alla ventilazione del polmone.

APPI Day con Tataouinea!

Vi segnalo l'appuntamento con la Ottava Edizione dell'APPI Day, organizzato dalla associazione paleontologica APPI per il prossimo 15 dicembre a Parma. Nel pomeriggio, in particolare, ci sarà un intervento di Federico Fanti e del vostro paleo-blogger di fiducia, in cui parleremo di Tataoiunea, il dinosauro sauropode tunisino che abbiamo pubblicato la scorsa estate.

Per tutti i dettagli relativi all'evento, vi mando al sito dell'APPI.

Homo sapiens, ricostruzione scheletrica

Homo sapiens è un enigmatico ominide dal Pleistocene Superiore-Olocene dell'Africa. Resti frammentari scoperti in altri continenti potrebbero attestare la sua presenza fuori dall'Africa, almeno per brevi intervalli dell'Olocene, ma la questione è controversa.

Homo sapiens è conosciuto da resti molto frammentari. Purtroppo, l'olotipo di H. sapiens, scoperto da Stromer nel 1912, è stato distrutto nel bombardamento di Monaco del 1944. L'olotipo di H. sapiens comprendeva una dentale completo, vari denti, un frammento di mascellare, ed una serie di vertebre dorsali e cervicali. Dalle dimensioni delle poche ossa note, è chiaro che Homo sapiens sia stato uno dei più grandi primati conosciuti, sebbene le sue dimensioni totali siano oggetto di controversie.

Recentemente, alcuni resti di un cranio di H. cf. sapiens sono stati rinvenuti in Marocco. Tuttavia, fino ad ora, non sono mai stati rinvenuti resti di arti o dei cinti pettorale e pelvico.

In questo post, propongo una ricostruzione scheletrica di Homo sapiens "completando" la sua morfologia usando lo scheletro degli altri ominidi meglio noto attualmente, Gorilla (noto da un solo scheletro) e Pan (noto da una serie di esemplari parzialmente completi, di varie età). Questi fossili sono attualmente i parenti più prossimo di Homo che si conoscano, ed infatti sono classificati nella stessa famiglia Hominidae, sebbene in sottofamiglie distinte da quella di Homo. Differenze nella dentatura, nella forma della mandibola e nella forma delle vertebre suggeriscono che i tre animali avessero ecologie e adattamenti differenti (la mandibola di Homo, in particolare, ha denti di forma inusuale, distinta dagli altri due ominidi, che suggerisce una dieta peculiare). Va rimarcato che in assenza di resti migliori riferibili ad Homo, gli scheletri di Pan e Gorilla sono il migliore riferimento esistente per ricostruirlo.

Ecco la ricostruzione di Homo sapiens, basata appunto utilizzando i suoi parenti più prossimi conosciuti, Pan e Gorilla, come plausibile fonte di informazione per la sua morfologia.

Ricostruzione scheletrica dell'olotipo di Homo sapiens. Nonostate le vertebre appaiano ad uno stadio di crescita maturo, c'è chi ritiene che l'esemplare fosse subadulto.

Homo sapiens risulta un ominide con dimensioni generali paragonabili a quelle di Gorilla, sebbene la lunghezza delle vertebre dell'olotipo, confrontate con quelle di Pan, suggerisce un animale anche più alto, forse con un'altezza di circa 190 cm. I resti di cranio rinvenuti in Marocco non sono chiaramente confrontabili con l'olotipo, dato che questo ultimo è privo di mascellare. Tuttavia, alcune ricostruzioni suggeriscono un individuo circa 120% più grande dell'olotipo, quindi stimabile in 225-230 cm di altezza. Come gli altri ominidi, Homo sapiens aveva braccia molto allungate, gambe corte, bacino stretto e allungato, torace stretto, una poderosa cresta sagittale sul cranio, piedi con alluce opponibile. La massa stimata, usando ricostruzioni volumetriche, e assumendo la poderosa massa muscolare che osserviamo in Pan e Gorilla, suggerisce che questo ominide pesasse circa 120-180 kg da adulto. Le femmine, comunque, è plausibile che fossero più piccole. Nonostante le mandibole siano relativamente gracili quando confrontate con quelle degli altri ominidi (dettaglio che forse potrebbe indicare che queste ricostruzioni sono errate... forse...), e lo spessore delle vertebre possa indicare uno scheletro più gracile e snello rispetto agli altri ominidi, le stime dimensionali e volumetriche, rapportate all'esemplare marocchino, indicano senza dubbio che Homo sapiens era probabilmente l'ominide più grande conosciuto. Non si può escludere che i maschi più grandi arrivassero a 2 metri e mezzo di altezza e 300 kg di peso. 

Non ci sono dubbi che un combattimento tra Homo e Gorilla fosse qualcosa di veramente incredibile...

DISCLAIMER per chi è privo di ironia: ogni riferimento a eventi e persone realmente esistenti è puramene casuale. Il post è ironico e vuole solo far riflettere e sorridere. Non intendo offendere la religione di nessuno.