Il Dio dell'Anatomia Comparata è generoso, se sappiamo onorarlo

 

Esempio di come sia complesso dedurre il tegumento della testa in un dinosauro: nessuna specie moderna è - presa da sola - un analogo sufficiente.

Le analisi morfospaziali dei post precedenti non sono qualcosa di calato dal cielo senza alcuna relazione con la scienza paleontologia. Difatti, essi sono solamente la formalizzazione matematizzata di un approccio dalla storia gloriosa: l'anatomia comparata applicata ai fossili. Grazie all'anatomia comparata, difatti, possiamo dedurre molti elementi anatomici delle specie estinte, confrontandole con quelle viventi e soffermandosi sui dettagli fini che legano le ossa con le parti molli (perdute nei fossili). 

I rettili moderni sono degli ottimi esempi per dedurre in modo scientifico e replicabile la relazione tra tipologia di superficie ossea e tegumento della testa.

Squamati come Moloch e i coccodrilli come Caiman sono esempi estremi della variazione di tegumento in funzione della tessitura ossea. In particolare, è da sottolineare che la tessitura della parte dorsale e intorno alle orbite è in parte indipendente da quella della regione del muso e della bocca, e possono evolvere secondo logiche distinte.

Nel moloch, la tessitura delle ossa della bocca è liscia e perforata da un numero ridotto di forami distanziati tra loro (B): a questa tessitura corrisponde la presenza di labbra rigide dotate di squame. Al contrario, la tessitura della zona orbitale e del tetto del cranio è marcatamente rugosa e ornamentata (A): a questa tessitura corrisponde una vistosa ed elaborata ornamentazione di spine e processi cornei.

Nel coccodrillo, la tessitura della bocca è rugosa e perforata da un gran numero di forami ravvicinati tra loro (D): a questa tessitura corrisponde una bocca priva di labbra e rivestita da una spessa struttura cornea uniforme e relativamente liscia. Il tetto del cranio e la zona orbitale è scolpita da solchi e corrugamenti, ma essa è priva di processi rugosi proiettati lateralmente o dorsalmente: a questa tessitura corrisponde una pelle squamosa ma priva di vistose ornamentazioni cornee, in continuità con quella della bocca.

Il cranio di Majungasaurus mostra una combinazione degli elementi ossei di Moloch e Caiman: come lo squamato, le ossa del tetto del cranio e delle zone orbitaria sono rivestite da processi rugosi prominenti. Quindi, deduciamo che in vita avesse la zona dorsale della testa e la zona degli occhi ornamentata da spine prominenti e corna. La zona del muso delle mandibole è invece ornamentata da una fitta rete di rugosità e da una densa serie di forami neurovascolari, più simile alla condizione del coccodrillo. Pertanto, deduciamo che la zona orale non fosse rivestita da labbra "da squamato" ma avesse una spessa protezione cornea uniforme simile a quella dei coccodrilli.

Majungasaurus, e in generale la maggioranza dei fossili di specie non direttamente imparentate con le forme attuali, tendono quindi a mostrare un mix di elementi deducibili dalle specie attuali. Non ricadono perfettamente in un singolo analogo odierno, e per essere compresi pretendono una visione complessa, variegata e plurale. Illudersi di avere un "modello unico" di riferimento col quale plasmare ogni ricostruzione è quindi una illusione ingenua. All'interno di Theropoda abbiamo una ricca varietà di tessiture sia della zona orale che dorsolaterale, che spaziano ampiamente lungo le condizioni che vediamo oggi in uccelli, coccodrilli, squamati e tartatughe. Per questo motivo, il metodo "olistico" basato su un insieme variegato di molti elementi anatomici, che ho proposto nei precedenti post, è sicuramente più realistico rispetto alle narrazioni semplicistiche fondate su uno o pochi "modelli animali" (ad esempio, il modello "varano") o su un ridotto numero di tratti anatomici presi come "stele di Rosetta" per le ricostruzioni (come il numero dei forami laterali delle ossa dentigere).

Per ricostruire i fossili non serve speculare: basta analizzare i dettagli anatomici e cercare nel mondo vivente la risposta alle domande che i fossili stessi, con la loro morfologia, ci pongono in modo puntuale.

 

Becchi, guance e altre amene mollezze

 

Ecco una versione aggiornata e più raffinata dell'analisi discussa nel post precedente.

In questo caso, è possibile distinguere le labbra "lacertiliane" da quella "mammaliane", così come emerge una "zona becco" ed una "sorriso da coccodrillo".

Possiamo predire "matematicamente" la presenza delle labbra nei fossili?

Due ricostruzioni alternative della bocca di Tyrannosaurus. A sinistra, versione con labbra (opera di M. Witton), a destra, versione senza labbra (opera di A. Palmer). Esiste un criterio matematico per decidere quale delle due opzioni sia più valida? Forse, sì... [immagine presa da YouTube]

Nel precedente post, ho discusso un metodo alternativo per categorizzare i crani fossili in base a caratteristiche della loro superficie esterna, caratteristiche che nelle specie attuali sono associate a differenti tipi di tessuto molle e tegumentario della regione orale.

L'analisi concludeva che le specie estinte considerate (dinosauri) non siano riconducibili in modo netto ai modelli viventi oggi, ma che esse si distribuiscano lungo regioni intermedie tra le condizioni che osserviamo negli uccelli, nei coccodrilli e nei lepidosauri.

Ho espanso il campione dell'analisi, includendo alcuni mammiferi moderni, compreso il delfino fluviale Platanista, che si distingue dai mammiferi di terraferma per avere una condizione inusuale, in cui le labbra della parte anteriore del muso sono ridotte e la dentatura è esposta permanentemente (ringrazio Ivan Iofrida per avermi suggerito di includere quel cetaceo). 

L'analisi ha dato risultati molto interessanti: nel grafico basato sulle componenti principali calcolate dalle distanze euclidee dei parametri morfologici, i mammiferi terrestri si collocano difatti nella medesima regione dei lepidosauri, mentre Platanista si dispone in una zona intermedia prossima a uccelli e tartarughe terrestri. Inoltre, è interessante constatare che anche la tartaruga acquatica Apalone, che è dotata di labbra carnose, si collochi nella zona dei lepidosauri e dei mammiferi. Questo risultato mi ha molto colpito, perché sia i mammiferi terrestri che i lepidosauri sono dotati di labbra (sebbene non omologhe), mentre uccelli, tartarughe terrestri e coccodrilli ne sono privi. Pertanto, la distribuzione delle specie (che, ripeto, è stata ricavata unicamente dalla loro reciproca somiglianza in base a caratteristiche delle ossa, senza tenere in considerazione la parti molli) collima fedelmente con la presenza di labbra nelle medesime specie: le specie con labbra (indipendentemente dalla omologia dei tessuti che le formano) si raggruppano assieme nella medesima zona, mentre quelle senza labbra si raggruppano assieme in un'altra zona del grafico.

Ho quindi "chiesto" al programma di suddividere le specie risultate in due categorie (usando la funzione K-means tra quelle di clustering, con K = 2 categorie), in base alla loro distanza euclidea reciproca calcolata dalla matrice delle caratteristiche osteologiche usate per l'analisi.

L'analisi di clustering raggruppa le specie viventi in due gruppi che sono perfettamente corrispondenti con la presenza/assenza delle labbra: mammiferi terrestri, lepidosauri e Apalone formano un gruppo, mentre uccelli, tartarughe terrestri, coccodrilli e Platanista formano un altro gruppo. Ovvero: il programma è in grado di discriminare le specie con labbra da quelle senza labbra!

Ho quindi allargato ulteriormente il campione di dinosauri analizzati, includendo un ornitischio basale (Heterodontosaurus) e due sauropodomorfi triassici (Eoraptor e Plateosaurus), e ho ripetuto l'analisi, chiedendo al programma di classificare le specie incluse ancora in base a due categorie.

Le specie viventi sono confermate essere distinguibili in due categorie legate alla presenza/assenza di labbra:

Puffin : Lips absent

Condor : Lips absent

Albatros : Lips absent

Cassowary : Lips absent

Varanus : Lips present

Iguana : Lips present

Sphenodon : Lips present

Tegu : Lips present

Crocodylus : Lips absent

Gavialis: Lips absent

Soft shelled turtle : Lips present

African spurred tortoise : Lips absent

Equus : Lips present

Panthera : Lips present

Hippopotamus : Lips present

Platanista : Lips absent

Ripeto, il programma predice perfettamente la presenza delle labbra nelle specie viventi:

Tutte le specie con labbra sono collocate nel gruppo 1, nessuna nel gruppo 2.

Tutte le specie senza labbra sono collocate nel gruppo 2, nessuna nel gruppo 1.

 Pertanto, non c'è motivo per dubitare che l'analisi non sia in grado di fare altrettanto per le specie fossili.

Ecco quindi cosa predice il medesimo programma in merito alla presenza di labbra nei dinosauri fossili:

Dromaeosaurid : Lips absent

Tyrannosaurid : Lips absent

Spinosaurid : Lips absent

Abelisaurid : Lips absent

Therizinosaurid : Lips present

Ceratopsid : Lips present

Iguanodontid : Lips present

Heterodontosaurus : Lips present

Diplodocid : Lips absent

Plateosaurus : Lips present

Eoraptor : Lips present

Ovviamente, il metodo che ho qui sviluppato (almeno nella sua forma attuale) non è in grado di prevedere se le labbra saranno di tipo lacertiliano o mammaliano, né se l'assenza di labbra implichi un muso da uccello piuttosto che un muso da coccodrillo (ma questo si può in parte dedurre dalla posizione delle specie nel grafico basato sull'analisi delle componenti principali), ma perlomeno mostra che è possibile distinguere le specie con labbra da quelle senza labbra usando un approccio matematico che calcola il grado di somiglianza generale nei pattern di distribuzione delle caratteristiche esteriori delle ossa.

Forse a qualcuno questo metodo non piacerà... ma funziona.

Un approccio morfospaziale per la ricostruzione del muso dei theropodi mesozoici [AGGIORNAMENTO]

...si torna sempre lì...

Sia online che nella letteratura tecnica, è in corso un interessante dibattito relativo alla ricostruzione delle parti molli del muso dei dinosauri, in particolare i theropodi non-aviani. Il dibattito, che è detto (a mio avviso, troppo semplicisticamente) "labbra vs non-labbra" oppure "modello-lucertola vs modello-coccodrillo", va ben oltre la semplice questione "iconografica" (quella che, almeno online, sembra trainare il grosso delle discussioni) e riguarda i metodi con cui possiamo determinare il tipo e la distribuzione delle parti molli non preservate nei fossili. 

In letteratura, uno degli approcci più interessanti e rigorosi è discusso da Hieronymus et al. (2008).

In questo post, vi propongo un metodo alternativo a quelli sviluppati finora.

L'ipotesi di partenza è che la tessitura esterna delle ossa del muso sia (anche solo in parte) legata al tipo di tegumento esterno che aderisce a quelle ossa. Questa ipotesi non è nuova, ed io la prendo esattamente come articolata da chi mi ha preceduto nel dibattito. Tuttavia, io qui non propongo di dedurre il tipo di tegumento da uno o più correlati osteologici (ad esempio, la presenza, forma e distribuzione dei forami neurovascolari, o la tessitura dell'osso) bensì di stabilire un grado di somiglianza generale nei theropodi estinti e i rettili viventi (inclusi gli uccelli) sulla base del "pattern di elementi ossei". Ovvero, se accettiamo che la morfologia ossea è legata alla morfologia "esteriore", allora deduciamo che animali con morfologia ossea simile avranno morfologia "esteriore" simile. 

Cosa intendo per "morfologia ossea simile"? L'insieme di tutti i parametri osteologici presi in ballo nel dibattito: forma, posizione, abbondanza e distribuzione dei forami nelle varie zone del muso, e presenza e distribuzione di solchi ed ornamentazioni ossee nelle varie zone del muso. Quello che propongo è quindi un approccio "olistico" matematizzato.

In breve, ho analizzato la distribuzione di 12 caratteri osteologici multistato che descrivono la presenza, distribuzione e forma dei vari elementi citati come possibili indicatori della morfologia molle del muso, sia in rettili che in uccelli. Ho poi analizzato la distribuzione dei medesimi elementi in alcuni theropodi fossili (un dromaeosauride, un abelisauride, uno spinosauride, un tyrannosauride ed un therizinosauride). Poi, ho calcolato la distanza euclidea di tutti questi taxa sulla base delle codifiche relative a questi caratteri osteologici. Infine, ho svolto una Analisi delle Componenti Principali della matrice di distanza euclidea risultata.

Questo è il risultato, plottando le due componenti principali risultate:

Le specie viventi si distribuiscono lungo tre direzioni principali:

- c'è un "vertice aviano" dove si collocano gli uccelli.

- c'è un "vertice coccodrilliano" dove si collocano i coccodrilli.

- c'è un "vertice lacertiliano" dove si collocano gli squamati.

Le tartarughe si collocano nella parte centrale di questo triangolo (interessante notare che Apalone, la tartaruga dal guscio molle dotata di "labbra" si colloca a ridosso della zona lacertiliana, mentre la tartaruga terrestre "classica" si avvicina alla zona aviana).

Dove si collocano i theropodi mesozoici?

L'abelisauride ed il tyrannosauride sono prossimi al vertice coccodrilliano.

Il therizinosauride è prossimo al vertice lacertiliano.

Il dromaeosauride e lo spinosauride sono a metà strada tra la zona aviana e quella lacertiliana, relativamente vicini alla tartaruga terrestre.

Conclusioni:

L'analisi indica che i theropodi mesozoici non sono riconducibili in toto ad un singolo modello moderno. Alcuni erano probabilmente caratterizzati da musi più "coccodrilliani", altri da musi più "lacertiliani", ma - ed è bene rimarcarlo - nessuno ricade dentro le regioni morfologiche definite dalle specie moderne. Interessante notare che spinosauridi e dromaeosauridi potrebbero aver avuto musi più simili a tartarughe ed uccelli rispetto ai tanto menzionati modelli "coccodrillo" e "lucertola".

Il risultato è ovviamente preliminare e sicuramente richiede un ampliamento del campione, ma spero che questo contributo possa stimolare un dibattito fecondo nella ricostruzione dei dinosauri.

AGGIORNAMENTO:

Ho aggiunto al campione un iguanodonte, un ceratopso e un sauropode: i primi due risultano prossimi ai lepidosauri, mentre il sauropode è intermedio tra le tartarughe e gli uccelli.

L'elegante collo di Halszkaraptor

GIF che ho realizzato usando le scansioni della colonna presacrale di Halszkaraptor realizzate al ESRF. Il cranio è a sinistra. Notate l'elegante curva sinuosa del collo adagiato sul sedimento.

Il Signore delle Teorie

Tre Teorie ai Re dei Chimici sotto il cielo che risplende,

Sette ai Principi dei Geologi nelle loro rocche di pietra,

Nove ai Biologi Mortali che la triste morte attende,

Una per l’Oscuro Fisico chiuso nella reggia tetra.

Nella Terra di Planck, dove l’ombra nera scende.

Una Teoria per domarli, Una Teoria per trovarli,

Una Teoria per ghermirli e nel buio incatenarli,

Nella Terra di Planck, dove l’Ombra cupa scende.

https://lotr.fandom.com/it/wiki/Anelli_del_Potere

Il messaggio profondo ne "Il Signore degli Anelli", o perlomeno quello che io ho tratto leggendo i tre libri di Tolkien, è che il Potere corrompe tutti. Non importa quanto forte, saggio e lungimirante tu sia, una volta acquisito il Potere, esso ti farà suo schiavo. Lo sa bene Gandalf, il più saggio, che si rifiuta di prendere in mano l'Unico Anello, consapevole che la tentazione di toccarlo è il primo passo per diventarne schiavo. E non è un caso che l'unico personaggio che abbia, pur temporaneamente, preso l'Anello ma che lo abbia poi ceduto spontaneamente senza restarne soggiogato, nonché colui che alla fine è l'artefice concreto della sua distruzione, prendendo sulle sue spalle Frodo ormai logorato dal fardello, e che lo porta dentro il Monte Fato, sia proprio il personaggio più umile e semplice della vicenda, Sam. Il messaggio di Tolkien è quindi spietatamente cinico e disilluso: non c'è forza o saggezza che possa vincere il Potere. Solo l'umiltà del non desiderarlo è la salvezza contro l'Unico Anello.

Il Mondo della Scienza è simile alla Terra di Mezzo. Ci sono Grandi Sovrani nelle loro Fortezze della Scienza, sovente in guerra tra loro più per il Prestigio e gli Onori che per contrastare gli Orchi dell'Ignoranza. Ci sono innumerevoli Cavalieri della Ricerca, vassalli di qualche Regno della Conoscenza. E ci sono innumerevoli schiere di umili ricercatori sinceramente votati alla Scienza, spesso in condizioni di estremo precariato. E come in Arda, gli scienziati sono divisi in Razze, ognuna votata ad un diverso indirizzo e fedeli ad un diverso codice di condotta, indottrinati in una particolare Lingua e Costume.

Un paleontologo si può considerare un incrocio tra un biologo ed un geologo, una sorta di mezzo elfo che conosce usi e costumi di ambo le due Razze. Un ramingo di cui diffidano sia i Biologi puri che i Geologi dai pesanti martelli. La metafora potrebbe continuare in vari modi, forse forzatamente. Ma c'è un elemento tolkeniano che invece mi preme sottolineare. L'equivalente dell'Anello del Potere, nella Scienza, è un Oggetto Astratto Forgiato dai Fisici, la Teoria del Tutto. La Teoria del Tutto è il Monile Ultimo della Scienza, la Manifestazione del Riduzionismo Assoluto.

La Teoria del Tutto è un oggetto mitico, vaneggiato dai Più Saggi tra i Fisici, una conquista del sapere che se fosse effettivamente raggiunta darebbe al suo creatore il Potere su Tutta la Scienza. Come l'Unico Anello, la Teoria del Tutto sarebbe la Padrona di tutte le altre discipline, da cui trarrebbero consistenza e legittimazione. Come potrebbe una scienza minore essere considerata valida se non fosse riconducibile alla Unica Teoria? La Teoria del Tutto, difatti, sarebbe alla base di tutte le teorie particolari della fisica, e, a cascata, sarebbe il fondamento di tutte le discipline che dalla fisica seguono gerarchicamente: l'astronomia, la chimica, e quindi anche la geologia e la biologia, e quindi anche la paleontologia, l'antropologia, la sociologia, la medicina, la psicologia, l'economia, ovvero, ogni ramo del sapere.

In molti, non a caso fisici, sono alla ricerca dell'Unica. Ma può esistere realmente una Teoria del Tutto? Oppure, alla pari dell'Anello, essa è un artefatto, un monile creato proprio da chi ne propone l'esistenza, al fine di soggiogare a sé tutti gli altri? Non è forse l'Unica Teoria la reificazione di un desiderio di rendere tutte le scienze dei surrogati della Fisica? Ovvero, non è forse l'Unica Teoria un Feticcio, un Idolo nel cui nome sottomettere la Pluralità delle Scienze all'unica volontà dell'Oscuro Signore del Riduzionismo, l'antico Nemico nascosto nella Terra di Planck, e che ancora oggi molti fisici adorano, forse di nascosto, forse celandolo dietro le nobili fattezze di un astratto modello matematico proveniente da Valinor?

Forse queste sono questioni che un umile paleontologo della Contea non può comprendere appieno...