Quando gli echi dei dinosauri che scricchiolavano nelle foreste e schizzavano nei canyon si sono calmati 66 milioni di anni fa durante la loro estinzione, il mondo non è rimasto in silenzio - i mammiferi si sono affrettati e hanno chiacchierato nelle loro ombre, riempiendo i vuoti con nuove specie in rapida evoluzione. Gli scienziati pensano che le prime placche siano apparse in questo periodo, gettando le basi per il più grande gruppo di mammiferi in vita oggi, incluso noi.
Il Paleocene - l'epoca successiva all'estinzione dei dinosauri non aviari - segna uno dei periodi più importanti dell'evoluzione dei mammiferi, ma i ricercatori non capiscono come e perché i mammiferi si siano evoluti così rapidamente durante questo periodo. L'evoluzione frenetica tende a seguire le estinzioni di massa, ma gli scienziati non capiscono nemmeno questo schema, afferma Tom Williamson, paleontologo del Museo di Storia Naturale e Scienza del New Mexico ad Albuquerque. "Questo è quello di cui siamo effettivamente parte, i nostri antenati hanno avuto origine in questo momento ed è veramente poco compreso", afferma Williamson.
Ecco perché lui e un team di altri sei scienziati statunitensi, scozzesi, cinesi e brasiliani stanno lavorando insieme per stanare dozzine di fossili di mammiferi dai primi 12 milioni di anni dopo la scomparsa dei dinosauri per creare l'albero genealogico dei mammiferi più dettagliato fino ad oggi. Dovranno analizzare strutture scheletriche intricate - comprese ossa dell'orecchio e casi cerebrali - per differenziare le specie, ma le tradizionali scansioni a raggi X non riescono sempre a rilevare queste minuzie. Così il team ha stretto una partnership unica con il Los Alamos National Laboratory (LANL) nel New Mexico per generare immagini ad alta risoluzione usando uno scanner di neutroni all'avanguardia. Williamson è il primo paleontologo a collaborare in questo modo con il laboratorio, che ha radici nella difesa nucleare. La partnership dimostra come la tecnologia nucleare che alla fine potrebbe spazzarci via come specie ha anche generato innovazioni, come questo scanner a neutroni, che potrebbero aiutarci a capire la nostra origine come specie.
Prima che i dinosauri scomparissero, uno dei gruppi più comuni e diversi di mammiferi che correvano in giro per il pianeta erano creature simili a roditori chiamate multituberculati. Alcuni di questi sono sopravvissuti all'estinzione, misurando le dimensioni di piccoli topi. Ma anche nuovi gruppi di mammiferi hanno iniziato ad apparire dopo l'estinzione e sono cambiati rapidamente. "Passi da un mammifero delle dimensioni di un gatto a qualcosa delle dimensioni di una persona in circa 300.000 anni, che è molto veloce", afferma Williamson, osservando che questo ritmo veloce fa parte di ciò che rende questo periodo particolarmente interessante ma anche stimolante per capire.
Tom Williamson registra una scoperta fossile nel suo sito nel bacino di San Juan, nel nord-ovest del New Mexico. (Laura Poppick) Per raggiungere un sito privilegiato sul campo dove Williamson ha trovato ampie prove di questa vita, guidiamo diverse ore a nord-ovest di Albuquerque verso i calanchi del bacino di San Juan. Quando arriviamo, camminiamo attraverso sterili colline grigie del colore della polvere lunare che un tempo erano le rive di un fiume. Ora si stanno erodendo nel vento, riversando lentamente i resti di un antico ecosistema. Questo segna uno dei migliori posti al mondo per trovare resti di mammiferi di questo periodo, spiega Williamson mentre camminiamo verso una depressione piatta dove ha avuto particolare fortuna nei suoi decenni di caccia ai fossili.
Comincio ad allenare i miei occhi alla ricerca di fossili tra le macerie sul terreno e raccolgo un pezzo di roccia grigio-biancastra delle dimensioni del mio pugno. Ha un grano direzionale che, per me, sembra che potrebbe essere un osso. Lo mostro a Williamson e lui scuote la testa. "Solo legno pietrificato", dice, non impressionato da un albero di molti milioni di anni trasformato in pietra come me.
Nelle prossime ore, alleno gli occhi più acutamente e trovo una serie di altri fossili: gusci di tartaruga, pelle di lucertola, squame di pesce e altro ancora. Ma ciò che Williamson vuole davvero sono i resti di mammiferi, in particolare denti e teschi di animali tra cui Eoconodon coryphaeus - un piccolo onnivoro di dimensioni di un gatto in grado di arrampicarsi - e Pantolambda bathmodon, un erbivoro grande come una pecora che rimase più vicino al suolo. È alla ricerca di denti e teschi perché altre parti degli scheletri dei mammiferi tendono ad apparire sorprendentemente simili se si sono evolute per resistere alle stesse condizioni ambientali. "Questo tipo di idioti ti fa pensare che siano strettamente correlati quando non lo sono", spiega Williamson.
Ma alcune strutture, comprese le ossa dell'orecchio, non sono così sensibili a questa cosiddetta evoluzione convergente perché le orecchie non sono facilmente influenzate dall'ambiente come altre parti del corpo, afferma Williamson. Piccoli buchi nel cranio in cui vasi sanguigni e nervi collegano il cervello al resto del corpo sono particolarmente utili identificatori di diverse specie, afferma Michelle Spaulding, paleontologa della Purdue University Northwest a Westville, Indiana, coinvolta nello studio. "Questi possono creare modelli molto diagnostici nella regione dell'orecchio che ci aiutano a identificare a quale gruppo apparterrà un animale", osserva.
Ma quei buchi sono minuscoli e impossibili da studiare ad occhio nudo, quindi è qui che la collaborazione del team con il Los Alamos National Laboratory diventa cruciale per il progetto. Il laboratorio utilizza alcuni dei più potenti scanner a raggi X e neutroni al mondo in grado di generare alcune delle immagini a più alta risoluzione possibili, afferma Ron Nelson, uno scienziato dello strumento presso il Neutron Science Center del laboratorio. L'anno scorso ha testato lo scanner di neutroni su un grande cranio di dinosauro con Williamson, generando con successo la scansione ad alta risoluzione di un teschio di tirannosauro mai completato. Con fiducia nella tecnologia, ora sono passati all'imaging di strutture di mammiferi più piccoli.
Il laboratorio nazionale di Los Alamos fu costruito nel 1943 per la ricerca sulla difesa nucleare associata al Progetto Manhattan, gli sforzi per sviluppare le prime armi nucleari durante la seconda guerra mondiale. Da allora, ha sempre più ampliato le sue collaborazioni con scienziati che vanno dai botanici ai fisici, in particolare nel suo Neutron Science Center che include un acceleratore lungo mezzo miglio che genera neutroni - particelle non caricate trovate all'interno degli atomi che offrono vantaggi di imaging rispetto agli elettroni utilizzati in X -rays.
Mentre i raggi X vengono assorbiti e sono bravi nell'imaging di materiali densi, i neutroni rilevano la composizione all'interno degli atomi, indipendentemente dalla densità. Ciò significa che i neutroni possono penetrare materiali e catturare immagini che i raggi X non possono. Un classico esempio che dimostra questo fenomeno è l'immagine di una rosa all'interno di un pallone di piombo. "I neutroni sono più sensibili al fiore, quindi puoi immaginare il fiore all'interno del piombo", afferma Nelson.
L'imaging di neutroni ha una varietà di applicazioni nel rilevamento di esplosivi e materiale nucleare. Ma offre anche nuove soluzioni per l'imaging di fossili bloccati all'interno e oscurati da densi minerali nelle rocce. Rompere i fossili dalla roccia distruggerebbe il campione, quindi la scansione dei neutroni offre agli scienziati un'alternativa non distruttiva, anche se i campioni diventano radioattivi per un periodo di tempo dopo la scansione, osserva Williamson. I suoi campioni sono generalmente sicuri da maneggiare dopo alcuni giorni, ma altri materiali rimarrebbero radioattivi per molto più tempo a seconda della loro composizione.
Nelson afferma che la collaborazione con i paleontologi è reciprocamente vantaggiosa, poiché sfida il laboratorio a superare nuovi problemi. "Migliorando le nostre tecniche sui loro campioni, miglioriamo la capacità che abbiamo per altri problemi che stiamo cercando di risolvere", afferma.
Una scansione di neutroni (a sinistra) e una radiografia (a destra) possono offrire immagini complementari per lo studio di diversi componenti di fossili. (Laboratorio nazionale di Los Alamos) Oltre alla scansione di fossili, il team esaminerà la chimica dei denti di diverse specie per saperne di più sul clima in cui vivevano gli animali. Il team esaminerà anche i dati sulle relazioni molecolari tra i mammiferi moderni e su come si relazionano con alcuni di questi estinti specie. Questo aiuta a fornire una calibrazione del tempo e un'impalcatura per l'albero, ma i dati molecolari hanno ancora molte lacune che devono essere colmate. Ecco perché è così importante condurre queste analisi fossili approfondite, afferma Anjali Goswami, paleontologo presso il Natural History Museum di Londra che studia anche l'evoluzione dei primi mammiferi, ma non è coinvolto in questo lavoro.
"Una delle cose più importanti da fare è uscire e cercare fossili e cercare nuovi siti che non sono ben compresi", afferma, sottolineando che le regioni poco conosciute in India e Argentina dove lavora possono anche aiutare a colmare le lacune in il puzzle dell'evoluzione dei primi mammiferi.
L'albero genealogico risultante fornirà un trampolino di lancio per esplorare maggiori dettagli su queste antiche creature, compresi i diversi tipi di paesaggi e ambienti attraverso i quali vagavano, dice Spaulding.
"Una volta capito come tutto è correlato, possiamo iniziare a porre domande più interessanti sull'evoluzione dei mammiferi", afferma.
