L’ascesa dei tetrapodi
Il progetto TETRAPODS RISING (Tetrapods rising: Linking changes in mandibular form with function across the fish-tetrapod transition) ha studiato in che modo i cambiamenti alla mascella inferiore durante la transizione evolutiva chiave dall’acqua alla terraferma sono collegati a comportamento meccanico ed ecologia. Sono state effettuare delle scansioni tomografiche computerizzate su 15 crani fossili e sulle teste di due pesci ancora esistenti: l’anguilla europea (Anguilla anguilla) e il luccio (Esox Lucius). Un software di visualizzazione è stato usato per rimuovere la matrice dai fossili e i muscoli e il tessuto osseo nelle specie ancora esistenti, e per separare le singole ossa e i singoli denti. Per creare delle ricostruzioni 3D dei crani fossili danneggiati sono state sviluppate delle nuove tecniche. Delle registrazioni video ad alta velocità dell’anguilla e del luccio sono state usate per la modellazione accurata del comportamento alimentare e per convalidare i modelli. Usando dei trasduttori di pressione è stata registrata la forza del morso, mentre è stata usata la nanoindentazione per ottenere le proprietà del materiale osseo dalla mascella inferiore. Queste informazioni, assieme alle ricostruzioni 3D, sono state usate per produrre modelli 3D a elementi finiti (FE) delle mascelle inferiori. I modelli FE hanno fornito dati su deformazione, tensione e stress sotto carico, consentendo ai ricercatori di comprendere e misurare il comportamento meccanico della mascella inferiore sottoposta ai carichi derivanti dall’alimentazione. Le scoperte ottenute dai modelli FE delle mascelle inferiori di tetrapodi primitivi, anguilla, luccio e alligatore sono state confrontate allo scopo di rispondere a domande riguardanti il collegamento tra i cambiamenti nella forma della mascella inferiore e il comportamento meccanico. Un’analisi a elementi finiti (FEA) è stata effettuata sulle mascelle inferiori di tetrapodi primitivi, pesci ancora esistenti e alligatori. I risultati supportano l’ipotesi che i cambiamenti nella morfologia mandibolare durante l’evoluzione dei tetrapodi ha portato a una mascella inferiore più forte, meglio adattata per mordere. Questo potrebbe essere successo poiché i tetrapodi non avevano più bisogno di essere affusolati dopo che si erano trasferiti dall’acqua alla terraferma. Inoltre, la pressione era distribuita in maniera più uniforme nelle mascelle inferiori dei tetrapodi rispetto ai pesci, e l’energia totale della tensione diminuiva proseguendo lungo la discendenza. Questo indica che era prevista meno forza applicata (ovvero muscolare) a deformare il modello, suggerendo una struttura più rigida ed efficiente. TETRAPOD RISING ha stabilito uno standard di riferimento per effettuare FEA in un contesto evolutivo più ampio di quanto era stato tentato in precedenza. Esso stabilisce inoltre delle tecniche per la ricostruzione 3D di crani fossili. Il risultato è stata una nuova comprensione dell’evoluzione morfologica e funzionale della mascella inferiore dei tetrapodi durante la transizione dall’acqua alla terraferma. I grandi e nuovi set di dati generati dal progetto rappresenteranno un considerevole beneficio per i futuri ricercatori.
Parole chiave
Tetrapodi, fossili, pesci, evoluzione, mascella inferiore
