Un tesoro alla fine dell’arcobaleno: le penne

Dopo aver evoluto le piume per trattenere il calore, molto prima di essere in grado di volare, i dinosauri antenati degli uccelli potrebbero aver sviluppato penne rigide per i loro colori sgargianti


Le piume non sono un’invenzione degli uccelli: a partire dalla metà degli anni 90 del secolo appena trascorso numerose testimonianze fossili, provenienti soprattutto dalla Cina, hanno evidenziato la presenza dei resti di soffice piumino in vari dinosauri teropodi, loro diretti antenati. La pressione ambientale alla base dello sviluppo di questa struttura cutanea è abbastanza semplice da intuire. Lo strato isolante di piume evoluto dai teropodi permise a questi animali di non disperdere il calore corporeo, consentendo loro l’accesso ad habitat più freddi e rendendo i piccoli in grado di svilupparsi più rapidamente. Le piume possono aver aperto ai teropodi nuovi habitat anche innescando un processo che ha portato all’evoluzione di specie con un corpo più piccolo e leggero, compensando lo svantaggio di un rapporto superficie/volume sfavorevole.

Dalle piume alle penne
Per padroneggiare il volo tuttavia, più che piume soffici, agli uccelli sono necessarie delle penne rigide e robuste. Anche se non c’è dubbio che una volta sviluppate queste strutture abbiano  dato ai proto-uccelli un grosso vantaggio, consentendo loro prima di planare e poi di volare, vari fossili, come per esempio quello di Archeopteryx, dimostrano che nei primi planatori e volatori le penne erano già pienamente sviluppate nella loro forma attuale e non possono essersi evolute per questa funzione. Qual era allora la loro funzione originale?

Selezione sessuale?
Marie-Claire Koschowitz, Christian Fischer e Martin Sander; delle Università di Bonn e Gottinga, hanno provato a immaginare una risposta alla domanda in una loro comunicazione pubblicata sulla rivista Science. Secondo questi ricercatori la chiave per comprendere l’evoluzione delle penne va cercata nella capacità di queste strutture di produrre colorazioni varie e cangianti. Colori estremamente utili nella comunicazione sociale oppure nella selezione dei possibili compagni riproduttivi.

Struzzi e mammiferi
I rettili sono in grado di sviluppare colori notevoli e vistosi accumulando pigmenti nella loro pelle glabra. Ma lo sviluppo di una struttura cutanea in grado di trattenere uno strato d’aria isolante porta alla perdita di questa possibilità. Strutture filamentose come il pelo e il piumino mostrano colori che vanno dal nero al marroncino al giallastro, poco brillanti e privi di sfumature metalliche. Ne sono esempi notevoli le pellicce dei mammiferi e le piume di quelle particolari specie di uccelli che sono privi di penne rigide, come per esempio gli struzzi. Per i primi mammiferi, costretti a sopravvivere di notte dai loro ingombranti vicini dinosauri, la perdita di colorazione probabilmente non ha significato un grossa handicap. Ma nei primi dinosauri piumati il vantaggio termico fornito dalle piume ha probabilmente rischiato di costare davvero caro nella competizione con specie non piumate ma colorate. I ricercatori tedeschi hanno supposto che lo sviluppo delle penne sia stato il compromesso raggiunto nella linea evolutiva che ha portato agli uccelli, con la differenziazione dei loro annessi cutanei in due strutture complementari: le piume morbide, corte e a diretto contatto con la pelle per trattenere il calore, e le penne rigide più lunghe a ricoprirle. Le penne con la loro struttura a lamine di cheratina sovrapposte sono in grado di rifrangere la luce e mostrano colori vivi e vistosi.

Visione in quadricromia
Se i colori delle penne si sono evoluti per essere un messaggio, è necessario che i destinatari siano in grado di riceverlo. Koschowitz e colleghi hanno quindi evidenziato, a supporto della loro ipotesi, il fatto che nelle retine di uccelli e rettili viventi sono presenti quattro differenti tipi di coni. Oltre a quelli in grado di rilevare rosso, verde e blu, tipici anche degli esseri umani; in questi gruppi tassonomici è presente un quarto tipo di cono sensibile ad alcune frequenze ultraviolette. Questo tipo di cellula visiva supplementare rende i propri portatori capaci di percepire una gamma di colori molto più ricca e variegata rispetto alla nostra specie. Non è ovviamente possibile stabilire se la visione delle specie estinte fosse quadricromatica, ma la presenza dei quattro tipi di coni nei gruppi tassonomici a loro più vicini rende probabile che anche i dinosauri teropodi avessero le capacità di apprezzare in pieno l’eventuale colorazione sgargiante prodotta dalle prime penne. 

Funzioni vecchie e nuove
A cosa servono quindi le penne agli attuali uccelli? Una prima risposta sarebbe ovviamente: “A volare.” Ma esaminando con un po’ più di attenzione tutte le specie note di uccelli ci si rende facilmente conto che quelle dotate di livree vistose sono molto numerose, forse più di quelle con colori spenti (anche se queste sono più comuni nei climi propri della cosiddetta società occidentale, da cui vengono la maggior parte degli attuali scienziati).
È innegabile che la funzione ornamentale delle penne è ancora molto importante per gli uccelli, forse è stata il motivo stesso della comparsa di questi annessi; funzionare così bene da strutture di supporto per il volo potrebbe essere stata solo una delle tante coincidenze fortunate dell’evoluzione.

Daniele Paulis


Riferimenti:
Marie-Claire Koschowitz et al. Beyond the rainbow. Dinosaur color vision may have been key to the evolution of bird feathers. Science 346, 416 (2014); DOI: 10.1126/science.1258957