Scienza Facile

Stefano Rossignoli 14 settembre 2010

Uno dei capitoli più belli della mia carriera universitaria è stato durante il corso di Paleontologia dei Vertebrati, in cui il Professore Andrea Tintori ci assegnò un argomento su cui fare una lezione di 2 ore e io scelsi questo, senza sapere nulla di quel che mi aspettava …o quasi!
Ricordo ancora che provai la lezione (l’ultima in cui utilizzai lucidi e lavagna luminosa!) in aula Stoppani al Dip. di Scienze della Terra e ricordo come fosse ieri quando Antonella entrò per ascoltare e darmi il suo parere che per me contava più di ogni altro.
Bellissimi ricordi davvero, ma vediamo un po’ di tornare su quei passi…

Sangue caldo o freddo? Beh! Chi mi conosce sa che sono pignolo in molte cose tra cui queste e devo dire subito che dobbiamo dimenticarci questo ‘modo di dire’!!! Lo so che una lucertola si dice sia a sangue freddo ma se vogliamo fare almeno un po’ gli scienziati dobbiamo abituarci a dire che una lucertola è ectoterma ed eteroterma!

Mi spiego subito…
‘Ecto’ vuole dire ‘fuori’ …e ‘terma’ indica il calore, la temperatura. ‘Etero’ vuole dire ‘diverso’. Quindi un ectoterma è qualcosa la cui fonte di calore è esterna ed un eteroterma è qualcosa che ha temperature diverse in diversi momenti e quindi diversa quantità di calore…

Possono poi esserci endotermi, la cui fonte di calore è interna (‘endo’ significa dentro) ed omeotermi, cioè sempre alla stessa temperatura (‘omeo’ ovvero uguale e costante).

Abituiamoci quindi ad usare queste parole: endoterma, ectoterma, omeoterma ed eteroterma!
Tornando alla nostra lucertolina, essa regola la sua temperatura prendendo più o meno sole.
Notate l’importanza del suo comportamento. Quando secondo lei sarà alla temperatura giusta, smetterà di stare al sole e prenderanno inizio le sue attività più dinamiche (come la caccia ad esempio) e la sua temperatura pian piano scenderà…(con velocità inversamente proporzionale alla sua massa)
Noi esseri umani invece produciamo calore dall’interno tramite le attività e le reazioni che avvengono nel nostro corpo. La temperatura poi è mantenuta costante con diversi meccanismi, ma noi ora dobbiamo parlare di dinosauri, quindi ci occuperemo magari di questi meccanismi in futuro…

Se già non lo sapevate, vi ricordo però che lo studio del passato, passa dalla conoscenza del presente (dell’attuale, dicono i paleontologi), quindi è importante conoscere gli organismi attuali per comprendere quelli del passato.
Ad esempio come facciamo a sapere che un mammifero è endoterma ed omeoterma?
Basta studiarlo in un certo modo: Misuriamo la sua temperatura in vari momenti della sua vita ed in luoghi a temperatura diversa, sia maggiore che minore della sua temperatura corporea e da qui dedurremo la sua capacità di produrre calore al freddo e di dissiparne al caldo per mantenere costante la sua temperatura…

Con un dinosauro lo possiamo fare?
Accidenti! Lo avete capito eh? Sapendo benissimo che la clonazione non è possibile per i dinosauri (vedi articolo dedicato), è ovvio che non potremo misurarne la temperatura mentre li osserviamo nei loro ambienti! “Ci vorrebbe la macchina del tempo!” …dico spesso ai ragazzi che accompagno in museo…
Quindi? La mia ‘presunta’ serietà professionale mi obbliga a dirvi che, se non possiamo studiarlo da vivo, non conosceremo mai l’andamento della temperatura di un organismo e meno ancora sapremo dove ricava calore.

Ma ci si può sempre ragionare un attimo!!! …e poi comunque “Mai dire mai!!!”.

Perdonate la prudenza, ma gli addetti ai lavori considerano questo argomento ‘un campo minato’!
Quasi per ogni teoria che spinge verso un modo di ‘gestire’ il calore corporeo, ce n’è un altra ugualmente attendibile ed esattamente opposta…

Un esempio:

Conoscete tutti gli Stegosauri?
Questi dinosauri giurassici (poveracci che vengono descritti erroneamente come ‘stupidi’, con due cervelli di cui uno nella coda, ecc) portavano sulla schiena delle piastre ossee molto vascolarizzate (cioè con molti vasi sanguigni). Qualcuno ha subito pensato che funzionassero da pannello solare per scaldare il sangue il che denoterebbe uno ‘stile di vita’ da ectoterma, ma esistono altri dinosauri degli stessi ambienti e dello stesso periodo, estremamente simili agli Stegosauri o comunque delle stesse dimensioni, che le piastre non le avevano e stavano bene lo stesso (solo per il fatto che viene trovato un fossile, possiamo considerare che una specie abbia avuto successo)…

Per essere un po’ più esaurienti (come mi ricorda puntualmente Daniele Tona) posso aggiungere che queste piastre, o comunque altre bizzarre strutture dei Dinosauri, potrebbero essere anche un carattere intraspecifico, ovvero che aiuti nel riconoscimento degli individui della stessa specie. Oppure potrebbero essere dei caratteri sessuali, un po’ come il piumaggio colorato di certi uccelli (una sorta di coda di Pavone!) che, unito a diversi comportamenti, serve ad attrarre le femmine prima dell’accoppiamento… Questo esempio però vi piacerà di più…spero!
Immagino che sappiate che il tessuto osseo è in parte poroso (ovvero tutto bucherellato!). Alcuni di questi pori sono i canali haversiani in cui passano i vasi sanguigni. Tramite essi, l’osso viene ‘nutrito’ e ‘rimodellato’, ovvero sciolto e ridepositato…e sono soprattutto i mammiferi a far ciò.
Mammiferi e Dinosauri hanno un numero molto elevato di canali rispetto ai rettili attuali che ne hanno molti di meno, il che porta a pensare che avessero un metabolismo simile, quindi che anche i Dinosauri fossero endotermi.
Un numero elevato di canali haversiani infatti è indice di alto tasso metabolico (ovvero Ossigeno consumato in rapporto alla massa per unità di tempo).
Già! Si farebbe presto a trarre questa conclusione …se non fosse che…
1 – Sono solo i grandi dinosauri e specialmente i Sauropodi ad avere le ossa simili a quelle dei mammiferi.
2 – I coccodrilli attuali che sono principalmente degli ectotermi, presentano un elevato rimodellamento osseo, il che toglie importanza alla struttura dell’osso dei Dinosauri come metodo d’indagine per ‘scoprire’ il loro metabolismo…

Sempre riguardo alle ossa, è importante notare che in quelle di mammiferi e dinosauri si notano raramente le linee di crescita, il che denota una temperatura interna costante e piuttosto elevata…ed un abbondante rimodellamento.

Temperatura elevata e più o meno costante però non significa endotermia!!! …e vedremo tra poco il perchè!

Sebbene non sia una caratteristica costante a tutto il gruppo dei Dinosauri, questi animali sono mediamente grandi. Solo poche specie erano piccole anche da adulte…
Essere grandi sembra un ottimo modo per poter mantenere la temperatura costante e relativamente alta anche solo con apporto di calore dall’esterno…
Già grossi coccodrilli e le grosse tartarughe terrestri (indubbiamente ectotermi) variano la loro temperatura tra il giorno e la notte di circa 1°C, questo perchè rispetto alla loro massa, la superficie da cui dissipare (perdere) il calore è relativamente bassa.
Facendo un piccolo conto sappiamo che, crescendo di dimensioni, la superficie è una grandezza che cresce al quadrato, mentre il volume cresce alla terza… quindi man mano che cresce la massa (che è direttamente proporzionale al volume), la superficie da cui dissipare calore cresce sempre di meno…

2²= 4     2³= 8     Differenza di 4 tra cubo e quadrato
3²= 9     3³= 27     Differenza di 24 tra cubo e quadrato
4²= 16    4³= 64     Differenza di 48 tra cubo e quadrato

Vedete?
Si arriva al punto che un grosso animale può avere temperatura costante e relativamente alta (superiore ai 30°C) anche con un metabolismo bassissimo.
Questo fenomeno viene chiamato gigantotermia o omeotermia inerziale.
Il metabolismo bassissimo sarebbe stato necessario altrimenti sarebbero dovuti scattare meccanismi di difesa dal surriscaldamento come nei grossi mammiferi (vedi gli elefanti attuali che dissipano calore dalle enormi orecchie…) e sembra che non esistessero meccanismi del genere nei dinosauri più giganti!

Ma i più piccoli come vivevano?
Che metabolismo avevano?
Forse erano ectotermi ed eterotermi e si comportavano come un piccolo rettile attuale…
I Dromeosauri (ovvero i parenti stretti del famoso Velociraptor) erano davvero tutti piumati come gli uccelli? Così sembrano rivelare gli abbondanti ritrovamenti cinesi…
Allora avevano già il metabolismo degli uccelli? Erano endotermi ed omeotermi?
Mai dire mai, ma per ora dovremo tenerci il dubbio.
Ciò che ci resta del passato non sono certo scambi di calore o scambi cellulari, ma solo ossa e a volte qualcosina in più…
Indubbiamente però resta un argomento affascinante forse proprio perchè se ne potrebbe discutere per giorni interi senza mai ripetersi!
Alla prossima!