Comprendere l’adattamento osseo negli animali pesanti
Le zampe di un elefante sono in grado di sopportare molte sollecitazioni. Questi erbivori di enormi dimensioni possono pesare fino a sei tonnellate, un carico che deve essere retto dalle loro ossa. Come altri grandi vertebrati, gli elefanti hanno elaborato adattamenti morfo-funzionali per far fronte al proprio peso elevato, un fenomeno descritto come graviportale. «Sorprendentemente, nonostante la loro presunta importanza, i cambiamenti adattativi associati alla graviportalità sono oggetto di una quantità molto ridotta di studi», spiega Alexandra Houssaye, coordinatrice del progetto GRAVIBONE e direttrice della ricerca in seno al Centro nazionale francese per la ricerca scientifica (CNRS) presso il Museo nazionale di storia naturale di Parigi. Nell’ambito del progetto GRAVIBONE, finanziato dal Consiglio europeo della ricerca, i ricercatori hanno studiato i cambiamenti nelle strutture interne ed esterne delle ossa avvenuti in relazione al peso elevato allo scopo di scoprire le loro modalità di evoluzione congiunta. «Abbiamo analizzato le ossa degli arti dei vertebrati terrestri più pesanti esistenti al giorno d’oggi, ovvero elefanti, rinoceronti e ippopotami, e quelle di mammiferi relativamente meno massicci, quali bovidi e tapiri», spiega Houssaye. «Abbiamo anche analizzato diversi dinosauri.»
Studiare le grandi bestie del passato
Sebbene oggi esistano solo poche specie caratterizzate da grandi dimensioni e peso elevato, la documentazione fossile è ricca di esempi passati fortemente eterogenei. Il gruppo di ricerca ha utilizzato la morfometria geometrica tridimensionale per analizzare in dettaglio la forma esterna di numerose ossa dopo aver ricostruito i modelli 3D in laboratorio. «Questi modelli tridimensionali sono a disposizione della comunità scientifica tramite archivi online», aggiunge Houssaye. L’équipe si è inoltre avvalsa della tomografia microcomputerizzata per analizzare la struttura interna delle ossa presso i musei di storia naturale di Londra e Parigi. Successivamente, i ricercatori hanno effettuato analisi 3D per studiare la struttura interna delle ossa intere tramite lo sviluppo di un approccio innovativo progettato in laboratorio. Ricorrendo ad analisi biomeccaniche dei dati muscolari, il team ha costruito un modello biomeccanico degli arti dei rinoceronti e ha esaminato le caratteristiche strutturali in relazione ai vincoli meccanici, con l’obiettivo di caratterizzare in modo chiaro e dettagliato i rapporti esistenti tra forma e funzione.
Una corteccia più spessa e colonne robuste
La squadra di ricerca ha analizzato in dettaglio gli adattamenti interni ed esterni delle ossa lunghe degli arti appartenenti a giganti corridori di provenienza attuale e fossile, quali i rinoceronti. Gli studiosi hanno dimostrato che le ossa degli arti anteriori, e in particolare il radio, sono maggiormente influenzate in questa specie. Nel tapiro malese, che può pesare più di 300 kg, si osserva un marcato ispessimento della corteccia compatta all’interno delle ossa lunghe, molto maggiore rispetto a quello avvenuto per il banteng e il bisonte, animali che pesano il doppio, e anche per il rinoceronte. «Ciò suggerisce che la struttura interna delle ossa di questa specie debba specializzarsi per controbilanciare i limitati cambiamenti morfologici e sostenere il peso relativamente elevato di questa specie di tapiro», spiega Houssaye. Le specie più pesanti, come gli elefanti e, in misura maggiore, i dinosauri sauropodi (come il diplodoco o il brachiosauro), sono dotate di ossa lunghe meno massicce e, sorprendentemente, presentano un ispessimento della corteccia piuttosto limitato, il che suggerisce una minore necessità di rinforzare le strutture esterne e interne delle ossa grazie alla disposizione colonnare dei loro arti.
Nuovi progetti di colonne bioispirati
Oltre a chiarire la forma, il movimento e la postura di taxa estinti come i dinosauri, i risultati della ricerca forniscono una migliore comprensione dell’adattamento osseo in generale. «Ciò potrebbe determinare una migliore caratterizzazione dei tratti adattativi e della locomozione nella fauna moderna, nonché un utilizzo più efficace delle relazioni esistenti tra forma e funzione nel campo della medicina», osserva l’autrice. Il team ha anche sviluppato progetti di bioispirazione e paleobioispirazione prendendo in prestito idee stimolate dalla struttura delle ossa di animali pesanti, al fine di costruire colonne più resistenti che richiedono una minor quantità di materie prime.
Parole chiave
GRAVIBONE, osso, elefanti, erbivori, fossile, corteccia, arti, strutture, bioispirazione, bestie
