L'eccezionale conservazione e la struttura del piede rivelano le transizioni ecologiche e gli stili di vita dei primi teropodi volatori

Jun 18, 2023

Nature Communications volume 13, numero articolo: 7684 (2022) Citare questo articolo

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La morfologia dei cuscinetti cheratinizzati delle dita e delle squame dei piedi, l'articolazione delle articolazioni dei piedi e la forma e le dimensioni degli artigli informano tutti la capacità di presa, la cursorialità e la modalità di alimentazione degli uccelli viventi. Qui vengono presentate le prove morfologiche dei piedi fossili dei primi teropodi volatori. I tessuti molli del piede e le articolazioni delle articolazioni vengono valutati qualitativamente utilizzando la fluorescenza stimolata dal laser. La forma e le dimensioni degli artigli del pedale vengono analizzate quantitativamente utilizzando la morfometria tradizionale. Interpretiamo questi dati sui piedi tra le prove esistenti per comprendere meglio l'ecologia evolutiva dei primi teropodi volatori. Volatori giurassici come Anchiornis e Archaeopteryx mostrano adattamenti suggestivi di stili di vita relativamente terrestri. I volatili del primo Cretaceo si diversificano poi in stili di vita più aerei, compresi generalisti come Confuciusornis e specialisti come gli scalatori Fortunguavis. Alcuni uccelli primitivi, come l'Archaeopteryx di Berlino del tardo Giurassico e il Sapeornis del Cretaceo inferiore, mostrano ecologie complesse apparentemente uniche tra gli uccelli moderni campionati. Essendo un volantino non-uccello, trovare affinità del Microraptor con uno stile di vita rapace più specializzato è inaspettato. Le sue caratteristiche simili a quelle di un falco sono rare tra i teropodi volatori conosciuti dell'epoca, suggerendo che alcuni volatori non-uccelli svolgono ruoli specializzati ricoperti oggi dagli uccelli. Abbiamo dimostrato diversi profili ecologici tra i primi teropodi volatori, che cambiano con lo sviluppo del volo, e alcuni volatori non-uccelli hanno ruoli ecologici più complessi.

L'ecologia dei primi teropodi volatori è stata in parte rivelata da studi precedenti riguardanti la loro anatomia, dieta, capacità locomotorie e habitat1,2,3,4,5,6,7,8. L'anatomia del piede degli uccelli vivi varia notevolmente a causa dei diversi ruoli ecologici che svolgono9,10,11,12. Questi ruoli ecologici includono il lancio tramite le zampe negli uccelli in volo, l'appollaiarsi, il guado e il nuoto, nonché la cattura e lo smembramento delle prede13,14. Nel contesto dei dati ecologici esistenti1,2,3,4,5,6,7,8, affiniamo i profili ecologici dei primi teropodi volatori confrontando i polpastrelli, le squame dei piedi, gli artigli e le articolazioni con gli uccelli vivi. In particolare, combiniamo i dettagli dei tessuti molli e delle articolazioni visibili nei campioni meglio conservati e sotto fluorescenza stimolata dal laser (LSF)15, insieme all'analisi quantitativa della forma e delle dimensioni degli artigli utilizzando la morfometria tradizionale.

Il rivestimento cheratinizzato del piede, denominato podoteca, comprende una varietà di tipi di scaglie che ricoprono collettivamente i cuscinetti carnosi delle dita sulla superficie plantare del piede16, le superfici laterali e dorsali delle dita e porzioni del metatarso. Negli uccelli moderni, le differenze morfologiche nelle squame e nei polpastrelli sono state correlate alle preferenze locomotorie e alimentari10,11. Nello specifico, cuscinetti appiattiti si trovano negli uccelli che si appollaiano e che vivono a terra, o negli uccelli non predatori che usano i piedi per manipolare il cibo (ad esempio, i pappagalli)10. I cuscinetti "ben sviluppati" (cioè quelli con contorni moderatamente convessi, semilenticolari in vista laterale) e/o i cuscinetti "protrusivi" (cioè quelli con contorni fortemente convessi, semiovali o semicircolari in vista laterale) sono si trovano principalmente negli uccelli moderni che usano i piedi per cacciare, poiché forniscono ulteriore presa10. Anche le scaglie reticolate sulla superficie plantare dei moderni piedi dei rapaci riflettono la preferenza della preda. Le scaglie reticolate appuntite (chiamate "spicole") sono più comunemente associate al falco pescatore (Accipitriformes: Accipitridae: Pandion sp.), un piscivoro specializzato17, ma sono diffuse tra i rapaci da preda (ad esempio, falconidi, accipitridi)11. Scaglie reticolate un po' appuntite si trovano anche nei piedi dei tucani (ramphastidi) utilizzati per la manipolazione del cibo e in alcuni picchi (picidi)11 che sono abili arrampicatori verticali. Come i cuscinetti sporgenti10, le spicole forniscono una presa aggiuntiva18, che è fondamentale per gli uccelli rapaci che fanno affidamento sui piedi per catturare la preda.