La transizione dei mammiferi da una colonna vertebrale distesa a una postura eretta ha seguito un percorso tutt’altro che semplice, caratterizzato da fasi di avanzamento e di regressione nelle loro prestazioni locomotorie. Questo è quanto emerge da un recente studio pubblicato su Science Advances, condotto da un team di scienziati dell’Università di Harvard guidato da Peter Bishop e Stephanie Pierce. Lo studio si basa su metodi innovativi che integrano dati fossili con sofisticati modelli biomeccanici, permettendo agli scienziati di analizzare come questa trasformazione anatomica abbia avuto luogo.
Secondo i ricercatori, il passaggio non è stato “né semplice né lineare“ e potrebbe essere avvenuto molto più tardi rispetto a quanto si pensava inizialmente. La postura eretta è un elemento distintivo dei mammiferi, uno dei tratti che ha favorito il successo evolutivo della classe. Tuttavia, come spiegano gli esperti, i primi mammiferi avevano arti sporgenti e una posizione distesa, molto simile a quella dei rettili. Il cambiamento di posizione della colonna vertebrale ha richiesto una riorganizzazione complessa sia dell’anatomia che delle funzioni degli arti.
Per il loro studio, i ricercatori hanno analizzato cinque specie moderne che rappresentano differenti posture degli arti: una lucertola tegu (postura distesa), un alligatore (semi-eretto) e un levriero (eretto). “Partendo da esemplari moderni,” afferma Bishop, “abbiamo migliorato notevolmente la nostra comprensione di come l’anatomia di un animale sia correlata al modo in cui sta in piedi e si muove. Queste informazioni possono essere inserite ora in un contesto evolutivo più ampio, di come postura e andatura siano effettivamente cambiate nel corso della storia dei mammiferi.”
L’indagine si è poi estesa a otto specie fossili provenienti da quattro continenti, che coprono circa 300 milioni di anni di evoluzione, spaziando da proto-mammiferi come il Megazostrodon, dal peso di soli 35 grammi, fino a specie come l’Ophiacodon, che poteva raggiungere 88 chilogrammi. Grazie a modelli biomeccanici digitali basati su principi di fisica e ingegneria, il team ha simulato il funzionamento dei muscoli e delle ossa, determinando quanta forza gli arti posteriori potevano esercitare sul terreno. “Questo parametro è un fattore determinante per le prestazioni locomotorie negli animali,” sottolinea Bishop, “la forza è infatti necessaria per correre velocemente e mantenere l’equilibrio. I nostri risultati offrono una visione più olistica della funzione e della locomozione degli arti e di come si siano evoluti nel corso di centinaia di milioni di anni.”
Le tecniche di modellazione sviluppate potrebbero essere applicate anche in bioingegneria, per progettare robot ispirati alla natura, capaci di muoversi in ambienti complessi e instabili. Lo studio rivela che le prestazioni locomotorie dei mammiferi hanno subito oscillazioni nel corso di milioni di anni, senza seguire una progressione lineare. Alcune specie estinte erano sorprendentemente flessibili, capaci di passare da posture più distese a quelle più erette, come accade oggi per alligatori e coccodrilli. Tali scoperte aiutano a risolvere alcune questioni irrisolte nei registri fossili, come la presenza di mani, piedi e articolazioni asimmetriche tra gli antenati dei mammiferi.
Pierce conclude evidenziando che “il percorso dell’evoluzione non segue una traiettoria semplice, ma prosegue per tentativi ed errori. Ad ogni modo, i progressi nella potenza di calcolo e nella modellazione digitale aprono una nuova frontiera per indagare questi antichi misteri.” Secondo gli autori, “le nuove tecniche contribuiranno a ottenere una prospettiva più completa dei passaggi che hanno portato alla natura come la osserviamo oggi. Potremmo applicare questo metodo anche a molte altre specie.”