Immagina un paleontologo e probabilmente immagini qualcuno in un deserto roccioso che scava le ossa di dinosauro, o si è chinato su una lastra di roccia in un laboratorio, strappando lentamente gli strati di sedimenti antichi per rivelare i resti fossilizzati di un'epoca passata.
Ma secondo un nuovo articolo scritto dai paleontologi dell'Università di Bristol, quell'immagine di scienziati solitari e polverosi dei dinosauri è gravemente obsoleta.
John Cunningham, autore principale del documento, afferma che il moderno studio sugli animali estinti è guidato dalla tecnologia di imaging all'avanguardia, dalla modellazione 3D e dalla ricostruzione e dissezione virtuali, facendo avanzare la nostra conoscenza degli animali antichi ma anche di altre specie vecchie e nuove.
Le nuove tecniche di imaging consentono persino di rimuovere virtualmente i fossili dalla roccia circostante, risparmiando mesi o anni di meticoloso lavoro; le ossa virtuali risultanti possono essere facilmente condivise e studiate o persino stampate.
Come in molti altri settori, la stampa e la modellazione 3D stanno aiutando i paleontologi a vedere più da vicino i fossili. Con i modelli 3D, gli scienziati possono manipolare parti specifiche del campione per ulteriori studi, sostituire sezioni mancanti con dati provenienti da un'altra parte di quell'osso o ricostruire digitalmente teschi o altre strutture complesse che sono state appiattite o altrimenti distorte durante il processo di fossilizzazione. I tessuti molli, come l'interno della cassa del cervello, o i muscoli che si attaccano in punti riconoscibili sulle ossa, possono anche essere praticamente ricostruiti.
Una volta creati questi modelli precisi, i fossili possono essere testati in nuovi modi, ad esempio sottoponendoli all'analisi biomeccanica, allo stesso modo in cui gli ingegneri strutturali testano i ponti e gli edifici prima della loro costruzione. Questo può dire agli scienziati come un determinato animale avrebbe potuto camminare, cosa mangiava, quanto velocemente poteva muoversi e che tipo di movimenti non poteva fare a causa delle limitazioni dell'osso e del muscolo.
I progressi nell'imaging a raggi X e nella microscopia elettronica, che utilizza fasci di elettroni per creare un'immagine di un campione, stanno anche permettendo agli scienziati di scrutare con un livello sorprendente di dettagli non solo nelle rocce contenenti fossili che devono ancora essere completamente esposti fisicamente, ma all'interno dei corpi degli stessi animali fossilizzati.
Un team in Germania, ad esempio, ha recentemente annunciato di aver scoperto il primo uccello noto per impollinare le piante perché erano in grado di vedere e distinguere più specie di granuli di polline nello stomaco del fossile di 47 milioni di anni.
Sorprendentemente, tuttavia, Cunningham afferma che esistono metodi ancora più precisi per l'imaging. La tomografia a sincrotrone, che utilizza un acceleratore di particelle per produrre raggi X molto luminosi, produce immagini precise e pulite, afferma Cunningham, rendendo le strutture visibili più piccole di un millesimo di millimetro o un centesimo dello spessore di una stella di capelli umani .
"Usando la tomografia a sincrotrone siamo stati in grado di visualizzare le strutture subcellulari conservate compresi i possibili nuclei", afferma Cunningham. "È persino possibile sezionare completamente tali strutture praticamente".
Questa immagine mostra come le fotografie di un fossile (a sinistra) sono state ricostruite con strumenti digitali (a destra). (Università di Bristol) Big Dino Data Spostare i dati da enormi raccolte di fossili dagli scaffali polverosi di campioni e nel mondo virtuale, tuttavia, è un altro problema. Mark Norell, presidente della divisione paleontologia dell'American Museum of Natural History, e il suo team hanno trascorso molto tempo a digitalizzare i loro file. "Abbiamo uno scanner qui sul sito e funziona quasi 24 ore al giorno", afferma. Sebbene richieda molto tempo per essere creato, l'accumulo in rapida crescita di dati fossili digitali offre nuove opportunità di collaborazione, insieme alla capacità di confrontare dozzine di esemplari provenienti da istituzioni di tutto il mondo.
Ad esempio, dice Norell, uno dei suoi studenti ha appena completato una tesi sulla ricostruzione nell'orecchio interno di serpenti viventi e fossilizzati. Ha incluso un centinaio di esemplari, ma "in realtà ne ha scannerizzato solo circa la metà", afferma Norell. "Gli altri erano cose che altre persone avevano già pubblicato [quindi] quelle scansioni non elaborate erano già state caricate".
Ma nonostante i progressi, Cunningham e il suo team affermano che le vecchie leggi che legano i diritti d'autore fossili ai musei e la mancanza di un'infrastruttura elettronica su larga scala per archiviare e condividere i dati, stanno trattenendo il campo da progressi più rapidi.
Alcuni ricercatori non sono nemmeno desiderosi di condividere i loro dati come dovrebbero essere, anche dopo la pubblicazione, se c'è un potenziale per ulteriori studi sepolti nei dati, afferma Cunningham. Molti musei tutelano i loro fossili, il che impedisce la condivisione legale, e altri stanno anche sfruttando la tecnologia paleontologica all'avanguardia a scopo di lucro, afferma.
"Alcuni sono diffidenti nei confronti del consentire l'accesso diffuso ai dati digitali in quanto significherebbe che chiunque abbia accesso a una stampante 3D potrebbe iniziare a stampare modelli", afferma Cunningham, il che può essere utile per gli hobbisti e gli insegnanti di scienze delle scuole superiori, ma potrebbe danneggiare i profitti dell'istituzione proprietaria dei dati.
Oltre a raccogliere i dati stessi, una grande sfida per le istituzioni è la capacità di archiviare, conservare e rendere disponibili le grandi quantità di dati attualmente generati dai paleontologi, afferma Cunningham.
Negli Stati Uniti, tuttavia, Norell afferma che sono disponibili diversi archivi di dati, come Digimorph presso l'Università di Austin, MorphoBank a Stony Brook o Morphbank alla Florida State University, disponibili per i ricercatori. Inoltre, non ritiene che gli ostacoli tecnici e finanziari alla memorizzazione e alla condivisione dei dati siano così difficili da superare.
"Lavoro con un gruppo di astronomi qui al museo e il tipo di dati che provengono dai loro strumenti è come tre ordini di grandezza più grandi dei tipi di dati che otteniamo dai nostri studi di tomografia", afferma Norell. "Quindi è un problema, ma non è un problema."
Imparare dai vivi
I due concordano, tuttavia, sul fatto che uno dei principali problemi che affronta il campo della paleontologia è quanto sorprendentemente poco sappiamo degli animali moderni e viventi.
Come sottolinea Cunningham e gli altri autori nel loro articolo, "... le principali limitazioni nella lettura dei reperti fossili ora risiedono principalmente e in qualche modo ironicamente, con il cattivo stato di conoscenza dell'anatomia del biota vivente".
Anche Norell ha riscontrato questo problema. Il suo laboratorio ha praticamente ricostruito il cervello dei dinosauri che sono strettamente legati agli uccelli. Ma quando hanno iniziato a cercare dati comparativi negli animali moderni, non sono riusciti a trovare un'unica mappa di attivazione cerebrale per un uccello vivente. Quindi i suoi collaboratori del Brookhaven National Laboratory hanno dovuto costruire un piccolo elmetto di scansione PET per uccelli e raccogliere da soli i dati moderni di cui hanno bisogno per i loro antichi confronti.
"In precedenza, la maggior parte dei paleontologi era formata principalmente come geologi", afferma Norell. "Ora ... molti di noi si considerano biologi che a volte lavorano sui fossili."
