Tecnologia di camuffamento fossile alla luce dei raggi X

Al crepuscolo del Giurassico, un gigante dominava i mari: Temnodontosauro, un ittiosauro lungo oltre dieci metri con occhi grandi come un pallone da calcio, scivolava quasi silenziosamente tra le masse d'acqua scure, sempre alla ricerca di prede. Questo predatore marino utilizzava strategie di mimetizzazione mirate: niente gorghi di corrente, niente rumori - solo avanzamenti silenziosi e attacchi fulminei.

Quella che sembra una scena di un film naturalistico è in realtà basata sulle più recenti scoperte scientifiche. Un team di ricerca internazionale guidato da Johan Lindgren dell'Università di Lund ha potuto analizzare per la prima volta le strutture dei tessuti molli di una pinna anteriore eccezionalmente ben conservata di uno di questi giganti marini. La struttura della pinna anteriore indica un adattamento evolutivo per sopprimere il rumore durante il nuoto, paragonabile alle piume di volo dentate dei gufi, che planano quasi silenziosamente durante la notte. Per decifrare in dettaglio la struttura dei tessuti molli delle pinne, la pinna anteriore di Temnodontosaurus è stata sottoposta a un viaggio: la tomografia a raggi X presso la Swiss Light Source SLS di Villigen.

Da animale terrestre a leviatano silenzioso

Gli ittiosauri vissero sulla Terra tra i 250 e i 90 milioni di anni fa, diventando così uno dei gruppi di tetrapodi marini (animali a quattro zampe) più conosciuti. Simili alle moderne balene, questi antichi rettili acquatici discendevano da animali terrestri che gradualmente si sono adattati alla vita nell'oceano sviluppando pinne e un corpo affusolato, quasi simile a quello di un delfino.

Il nuovo studio, pubblicatosulla rivista Nature, descrive una pinna anteriore quasi completa del più grande megapredatore dell'oceano durante il primo Giurassico. "La forma alare delle pinne, l'assenza di ossa nell'estremità distale, cioè la parte esterna della pinna, le strutture cutanee longitudinali e il bordo d'uscita chiaramente seghettato indicano che questo massiccio animale aveva sviluppato mezzi per ridurre al minimo il rumore durante il nuoto", spiega Johan Lindgren, autore principale dello studio e specialista in tessuti molli fossili di rettili marini. Di conseguenza, questo ittiosauro doveva muoversi quasi silenziosamente nell'acqua. "Non abbiamo mai visto prima d'ora adattamenti evolutivi così sofisticati in un animale marino".

Sebbene siano stati ritrovati molti ittiosauri straordinari con tessuti molli conservati, alcuni addirittura con la sagoma completa del corpo, in precedenza i tessuti molli conosciuti erano limitati a un piccolo gruppo di specie delle dimensioni di un delfino. La nuova scoperta è senza precedenti in quanto si tratta del primo tessuto molle di un ittiosauro di grandi dimensioni. La pinna è inoltre costruita in un modo finora sconosciuto in creature acquatiche viventi o estinte: il bordo d'uscita seghettato è rinforzato da inedite mineralizzazioni a forma di bastoncino, che il team chiama "condrodi". La pinna fossile è stata scoperta per caso in un cantiere stradale vicino a Dotternhausen, nel sud della Germania, dal collezionista di fossili Georg Göltz, coautore dello studio, che stava cercando altri fossili in quel luogo.

Metodi ad alta tecnologia per decifrare la tecnologia di mimetizzazione preistorica

Per comprendere le strutture conservate nel fossile, la pinna è stata sottoposta a una serie di metodi altamente sensibili. La microtomografia a raggi X basata sul sincrotrone presso la beamline TOMCAT dell'SLS del PSI ha svolto un ruolo centrale. "Grazie all'alta risoluzione e all'elevato contrasto del nostro metodo di tomografia, siamo stati in grado di visualizzare la fine struttura interna dei condromi in tre dimensioni", spiega Federica Marone, scienziata della linea di fascio del Centro di Scienza dei Fotoni del PSI. "Questo tipo di imaging è stato fondamentale per comprendere la funzione meccanica dei rinforzi a bastoncino, in particolare il loro ruolo nel minimizzare il rumore durante il nuoto".

Oltre alla tomografia, sono state utilizzate altre tecniche all'avanguardia, tra cui la spettrometria di massa e la microspettroscopia a infrarossi per analizzare i componenti organici. È stato inoltre creato un modello virtuale di pinna. Con l'aiuto di simulazioni numeriche di flusso, è stato dimostrato come Temnodontosaurus usasse la sua pinna seghettata per nuotare in modo quasi silenzioso, mimetizzandosi perfettamente dal punto di vista acustico. Un team internazionale e multidisciplinare di paleontologi, ingegneri, chimici, biologi e fisici è stato coinvolto nel successo dello studio.

Sebbene l'ittiosauro sia estinto da tempo, il suo progetto evolutivo potrebbe essere rilevante per i giorni nostri. "L'inquinamento acustico provocato dal traffico navale, dalle installazioni offshore e dalla tecnologia sonar è un peso crescente per gli animali marini di oggi. Le scoperte sull'attenuazione naturale del suono del Temnodontosauro potrebbero quindi dare impulso allo sviluppo di tecnologie subacquee più silenziose", afferma Johan Lindgren.

La ricerca su strutture fossili come queste fornirà in futuro indicazioni ancora più precise": Con l'aggiornamento a SLS 2.0, la sorgente di luce di sincrotrone svizzera sarà più potente che mai. Una maggiore risoluzione spaziale, energie di fascio più elevate e tempi di misurazione più brevi permetteranno di analizzare anche i fossili più fragili con dettagli e velocità senza precedenti. "SLS 2.0 apre nuove possibilità, in particolare per esemplari complessi come questa pinna di ittiosauro, sia in termini di qualità delle immagini che di efficienza nella raccolta dei dati", afferma Federica Marone.