Il regno dei dinosauri si è concluso in primavera Understand article
Lara Carpinelli
©: Paleoart di Joschua Knüpe, basata su studi e commissionata da Melanie During
Quasi 66 milioni di anni fa, il meteorite Chicxulub si è schiantato sulla Terra, precisamente su quella che attualmente è la penisola dello Yucatán, portando alla fine dei dinosauri e del periodo Cretacico. Questa estinzione di massa, essendo una delle più selettive della storia della vita, rende gli scienziati tuttora perplessi: tutti i dinosauri non aviari, gli pterosauri, gli ammoniti e la maggior parte dei rettili marini si sono estinti mentre mammiferi, uccelli, coccodrilli e tartarughe sono riusciti a sopravvivere.
Un gruppo di scienziati della Vrije Universiteit, dell’Uppsala University, e dell’ European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) ha fatto chiarezza sulle circostanze legate alle varie estinzioni avvenute nei diversi gruppi sopracitati.[2] Le risposte sono arrivate dalle ossa dei pesci morti poco dopo l’impatto del meteorite.
Quando il meteorite si è schiantato sulla Terra, ha fatto tremare la placca continentale e ha portato alla formazione di alte onde stazionarie nei sovrastanti corpi d’acqua. Queste ultime hanno smosso grandi volumi di sedimenti che hanno travolto i pesci fino a seppellirli da ancora vivi, mentre delle sferule da impatto (sferule in vetro di roccia terrestre) piovevano dal cielo meno di un’ora dopo l’impatto. Oggi, Tanis in Nord Dakota (Stati Uniti d’America), sito dell’evento, preserva un’ecosistema fossilizzato che comprende pesci spatola e storioni, vittime dirette dell’avvenimento.
Immagine concessa da Melanie During
Immagine concessa da Melanie During
I pesci fossili erano straordinariamente preservati: le loro ossa non mostravano quasi alcun segno di alterazione geochimica. Melanie During, ricercatrice dell’Uppsala University e della VU Amsterdam e autrice principale della pubblicazione, si è recata sul sito alla ricerca di preziosi esemplari. “Per noi era ovvio che dovessimo analizzare queste ossa per ricavare informazioni utili sul momento dell’impatto” sostiene Melanie.
© Jackson Leibach
Il gruppo si è recato all’ESRF, un’acceleratore di particelle che produce i raggi X più luminosi al mondo, con un’esemplare parziale di pesce e le sezioni rappresentative delle sue ossa e ha realizzato una tomografia a raggi X a radiazione di sincotrone ad alta risoluzione.
Tomografia a raggi X a radiazione di sincotrone
Il termine tomografia computerizzata (CT) si riferisce alla tecnica di visualizzazione di un oggetto in tre dimensioni senza doverlo tagliare per aprirlo o alternativamente distruggerlo. Ciò è reso possibile da una serie di scannerizzazioni in 2D effettuate mentre il soggetto viene fatto ruotare ed è utilizzato un algoritmo computerizzato per convertire queste immagini in ‘fette’ trasversali che possono essere unite per ottenere un modello in 3D. E’ il meccanismo che sta alla base delle scansioni CT in ambito medico. Realizzata una serie di scansioni a raggi X da diverse angolazioni, tali immagini vengono poi ricostruite computazionalmente per fornire ai dottori una rappresentazione in 3D delle strutture interne al nostro corpo senza alcun tipo di intervento chirurgico.
In questo studio, gli scienziati hanno utilizzato una variazione di questa tecnica che utilizza dei raggi X alquanto luminosi da fonti di sincotroni come la European Synchrotron Radiation Facility (ESRF). Questi raggi ad emissione di sincotroni ad alta energia arrivano perfino a penetrare materiali anche molto spessi come fossili senza distruggerli e la loro alta intensità migliora il rapporto segnale – rumore e la risoluzione spaziale fornendo immagini ad alta qualità con dettagli microscopici.
L’ESRF è lo strumento ideale per esaminare questo tipo di campioni e la struttura si è specializzata nella paleontologia negli ultimi due decenni. “Grazie alle informazioni ottenute dall’ESRF, abbiamo scoperto che le ossa andavano incontro a una crescita stagionale, un po’ come le piante, facendo crescere un nuovo strato ogni anno giusto fuori dall’osso” spiega Sophie Sanchez, scienziata dell’Uppsala University e visitatrice all’ESRF. “Gli anelli di crescita reperiti non solo palesavano il vissuto dei pesci ma mostravano anche la stagionalità caratteristica del periodo Cretacico e dunque del periodo in cui avvenne l’estinzione catastrofica” sostiene Jeroen van der Lubbe, autore principale della VU ad Amsterdam.
Le scansioni a raggi X mostravano, inoltre, la distribuzione, le forme e le dimensioni delle cellule ossee, note per la loro variazione stagionale. “In tutti i pesci esaminati, è possibile rintracciare densità e volume delle cellule ossee fino a una serie di anni prima e capire se fosse primavera, estate, autunno o inverno. Abbiamo constatato che sia la densità che il volume erano in una fase di incremento ma non avevano ancora raggiunto il picco nell’anno della morte, il che fa pensare che la crescita si sia fermata improvvisamente in primavera” ci dice Dennis Voeten, ricercatore della Uppsala University.
Immagine da Ref. [2], CC BY 4.0
Contemporaneamente agli studi di radiazione di sincotrone, il gruppo ha anche realizzato un’analisi degli isotopi stabili del carbonio per scoprire la dieta annuale di un pesce. La disponibilità di zooplankton e della preda preferità erano fattori che oscillavano di stagione in stagione e raggiungevano un picco in estate. Questo temporaneo aumento di zooplankton digerito arricchiva lo scheletro del pesce con l’isotopo del carbonio 13C, più pesante dell’isotopo 12C. “La presenza dell’isotopo del carbonio nel pattern di crescita di questo sfortunato pesce conferma che la stagione di alimentazione non aveva ancora raggiunto il suo apice – la morte è avvenuta in primavera,” sostiene During.
Guarda un video in cui Melanie During spiega direttamente i propri studi di ricerca.
© Uppsala University
Questi risultati saranno d’aiuto per futuri studi riguardo la selettività delle estenzioni di massa: era primavera nell’emisfero settentrionale e per questo motivo i cicli di riproduzione degli organismi stavano iniziando solo per essere interrotti bruscamente. Era intanto autunno nell’emisfero meridionale, gli esseri viventi si stavano probabilmente preparando all’inverno. In generale, è ben noto che gli organismi esposti morirono pressoché in maniera immediata. Dunque, coloro che erano a riparo in caverne o cunicoli perché erano in ibernazione potenzialmente saranno sopravvissuti fino al Paleogene. “I nostri risultati aiuteranno a svelare perché la maggior parte dei dinosauri morirono mentre uccelli e i primi mammiferi evasero all’estinzione” conclude During.
References
L’articolo originale sul sito di ESRF News:
[2] During MAD et al. (2022) The Mesozoic terminated in boreal spring. Nature 603: 91–94. doi: 10.1038/s41586-022-04446-1
[3] Xu C et al. (2019) 3D Visualized Characterization of Fracture Behavior of Structural Metals Using Synchrotron Radiation Computed Microtomography. Quantum Beam Sci. 3: 5. doi: 10.3390/qubs3010005
Resources
- Guarda un breve video per una comprensione generale della tomografia computerizzata.
- Leggi un articolo scientifico sulla microscopia tomografica a raggi X basata sui sincotroni.
- Uno studio dell’ESRF ha mostrato lo stile di vita dei primi mammiferi: ESRF (2021) Ancient tiny teeth reveal first mammals lived more like reptiles. Science in School 51.
- Utilizzando i raggi X all’ESRF per esaminare opere d’arte:
- Brown A (2011) Van Gogh’s darkening legacy. Science in School 19: 19–25.
- Capellas Espuny M (2019) Art and science from Pompeii to Rembrandt. Science in School 48: 20–22.
- Svelando i segreti della fotosintesi con raggi X ad elettroni liberi allo European XFEL: Wilson R (2021) Plant solar power: unlocking the secrets of photosynthesis with X-ray free-electron lasers. Science in School 54.
- Scopri di più su una tecnica basata sull’effetto fotoacustico che può rendere l’imaging medico meno pericoloso: Czuchnowski J, Prevedel R (2019) Photoacoustics: seeing with sound. Science in School 47: 14–18.
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