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Utilizzare Artec Space Spider per scoprire il vero percorso evolutivo dell'ormai estinto tilacino

La sfida: due ricercatori impegnati in un ambizioso progetto incentrato sul tilacino, una specie animale ormai estinta, avevano bisogno di un modo semplice e non distruttivo per eseguire accuratamente le loro analisi e catturare digitalmente in 3D submillimetrico il teschio di centinaia di animali di dozzine di specie diverse.

La soluzione: Artec Space Spider, Artec Studio, Geomagic Studio

I risultati: utilizzando lo scanner leggero Artec Space Spider i ricercatori hanno visitato collezioni museali in tutto il mondo e, con un contatto minimo e nessun rischio di danni, in pochi minuti per esemplare, hanno scansionato un totale di 223 teschi di 57 specie faunivore. Ciò ha permesso ai ricercatori di portare a termine il loro studio innovativo, che illustra chiaramente la storia evolutiva unica del tilacino.

Tilacini maschi e femmine nello zoo nazionale di Washington DC, di EJK Baker, c. 1904. Immagine di dominio pubblico. Colorato da D.S. Rovinsky.

Nonostante fosse chiamato "lupo della Tasmania", a causa delle sue sorprendenti somiglianze fisiche con tale animale, il tilacino non era affatto un lupo. Eppure la sua somiglianza era così forte che quasi tutti, sia gli scienziati che il pubblico, pensavano che avesse seguito una traiettoria evolutiva molto vicina a quella del lupo.

Ma un team di biologi evoluzionisti la pensava diversamente e ha girato il mondo alla ricerca della verità evolutiva su questa misteriosa creatura.

Insieme al loro fidato scanner Artec 3D i ricercatori della Monash University, il Dr. Douglass Rovinsky e il Dr. Justin W. Adams, hanno visitato musei e collezioni universitarie di tutto il mondo catturando digitalmente centinaia di esemplari di varie specie, necessari per lo studio più completo mai realizzato nel suo genere, in grado di verificare con rigore se il tilacino avesse effettivamente avuto un'evoluzione convergente con i lupi.

Evoluzione convergente

In biologia, l'evoluzione convergente si riferisce al processo in cui organismi non imparentati e senza un antenato comune recente evolvono in modo indipendente tratti simili dopo aver dovuto adattarsi ad ambienti o condizioni ecologiche simili.

Per dirla in altro modo, se due specie diverse sono convergenti possono apparire geneticamente correlate quando in realtà non lo sono.

Esempi di specie convergenti:

Tartarughe e lumache: entrambe hanno sviluppato un guscio duro per proteggersi dai predatori, ma mentre le tartarughe sono rettili (come lucertole e serpenti), le lumache sono molluschi (come vermi, vongole e polpi).

Calamari e cacatua: mentre uno nuota e l'altro vola, entrambi hanno sviluppato separatamente becchi duri per fare a pezzi la loro preda, che si tratti di un calamaro che banchetta con un granchio o di un cacatua che mastica un'arachide o un insetto.

Nel caso del tilacino, per più di un secolo la maggior parte dei ricercatori ha convenientemente ipotizzato che la forma generale del corpo "simile a quella di un cane" significasse che fosse ecologicamente simile al lupo, in particolare perché non assomigliava ad altri gruppi di marsupiali che stavano venendo scoperti e catalogati.

E la maggior parte degli studi sull'argomento sono partiti da questo presupposto, solo pochi accademici hanno sospettato che i tilacini non fossero semplicemente dei lupi con il marsupio.

Dalla massa corporea alla convergenza

Di fronte a supposizioni così diffuse su questa straordinaria creatura, estinta da quasi un secolo, Rovinsky e Adams hanno deciso di delineare metodicamente una comprensione molto più completa e precisa del tilacino e del suo ormai perduto modo di vivere.

Come ha spiegato Adams, "Purtroppo, quando il tilacino era ancora tra noi, nessuno ha mai registrato informazioni di base sulla storia naturale dell'animale, ossia informazioni sulla sua massa corporea, preferenze alimentari, strategie di predazione, abitudini locomotorie e preferenze di habitat. Senza questi dettagli è impossibile anche solo cominciare a capire che tipo di creatura fosse veramente il tilacino."

Il ricercatore Douglass S. Rovinsky scansiona un teschio di tilacino con il software Space Spider e Artec Studio.

Basandosi su un loro studio precedente, che aveva stabilito una massa corporea media del tilacino significativamente diversa da quella che era stata ipotizzata o utilizzata negli studi di ricerca, nel loro ultimo lavoro Rovinsky e Adams hanno studiato e analizzato a fondo i modelli di somiglianza tra il tilacino e altre specie in tre distinti aree: forma cranica, dieta e dimensioni relative della preda.

Tenendo conto di tutto, il presente studio chiarisce che non ci sono basi per interpretare la forma del cranio del tilacino come convergente con i lupi, e che il tilacino non aveva abitudini alimentari o ecologia dietetica simili.

Invece, Rovinsky e Adams hanno stabilito che il tilacino mostrava una convergenza con una vasta gamma di canidi tra cui sciacalli africani (Lupulellaadusta, Lupulella mesomelas) e alcune volpi sudamericane, tra cui la volpe della Pampa (Lycalopex gymnocercus) e il lupo dalla criniera (Chrysocyon brachyurus).

Scansione 3D per l'acquisizione di dati cranici

Sovrapposizioni del teschio: la forma media del teschio del lupo grigio (blu), del tilacino (rosa) e del gruppo di canidi significativamente convergenti (verde) sovrapposti nel software Artec Studio in modo da poterne vedere le differenze di forma. La forma del gruppo convergente è la forma media del cranio di quattro diverse specie di canidi, il lupo dalla criniera, gli sciacalli dal dorso nero, gli sciacalli a strisce laterali e la volpe della Pampa.

Al fine di misurare e studiare accuratamente le forme craniche di questa specie rara e recentemente estinta, i cui resti sono conservati in collezioni con accesso limitato e controllato, serviva un metodo non distruttivo per acquisire dati nell'intervallo submillimetrico.

Rovinsky ha commentato: "Quando ci viene concesso l'accesso a un determinato esemplare in un museo, l'ultima cosa che il curatore vuole è preoccuparsi di eventuali graffi o altri danni causati da calibri o dispositivi di misurazione manuali, per non parlare della manipolazione eccessiva per il riposizionamento. E posizionare qualsiasi marcatore o adesivo su questi campioni sarebbe impensabile."

Artec Space Spider

Questi fattori hanno reso la loro scelta dello scanner 3D per il progetto ancora più fondamentale. Basandosi sul loro Artec Space Spider, uno scanner 3D a colori portatile e leggero che cattura fino a un milione di punti dati al secondo, con una precisione di 0,05 mm (il diametro di un capello umano), Rovinsky e Adams hanno catturato i crani degli esemplari in pochi minuti.

Commentando l'efficacia dello Space Spider in confronto all'uso tradizionale di calibri e righelli in paleontologia, Adams ha detto: "Il tilacino, così come altre specie estinte e qualsiasi creatura vivente, non sono entità bidimensionali (2D)".

Ha continuato: "Quindi, se proviamo a descrivere la forma di un organismo utilizzando misurazioni 2D non saremo mai in grado di catturare le sottili differenze della forma biologica e delle sue funzioni specifiche. Ecco perché il nostro scanner Space Spider è stato della massima importanza per questo studio."

Complessivamente, sono stati scansionati i crani di 223 animali di 57 specie faunivore, inclusi tilacini, iene, zibetti, manguste, quoll, fossa, cani, procioni e altro ancora.

Albero filogenetico: I crani rappresentativi delle 57 specie utilizzate nello studio, organizzati per filogenesi (relatività evolutiva) e colorati per famiglia (es. i felini sono verdi, i canidi sono azzurri, ecc.).

La grande varietà di specie è stata introdotta nel flusso di lavoro per garantire che il set di dati e l'analisi completa fossero adeguatamente bilanciati.

Da una prospettiva evolutiva, era imperativo includere altri marsupiali carnivori oltre al tilacino, come i quoll, insieme a una selezione di altri piccoli carnivori, in particolare donnole, zibetti e manguste.

Le scansioni sono state quindi trasformate in modelli 3D nel software Artec Studio ed esportate in altri software, incluso Geomagic Studio, per analisi quantitative della forma 3D dei crani delle specie selezionate.

Dalla scansione all'analisi dei set di dati

Screenshot del software Geomagic Studio che mostra il riorientamento e l'allineamento della mesh prima dell'uso nel programma di morfometria geometrica 3D

Dopo la scansione, le successive analisi morfometriche geometriche 3D (forma) hanno richiesto il posizionamento digitale di 381 punti di riferimento anatomici sulla superficie di ciascun cranio 3D.

Questi punti di riferimento sono stati utilizzati per identificare e catturare con precisione le caratteristiche distintive della forma del cranio e, insieme ad analisi quantitative, hanno consentito ai ricercatori di affrontare molte questioni relative alla sua forma.

Modello di riferimento creato sulla base del cranio di forma approssimativamente media del cuon (Cuon alpinus), mostrato di lato (a), dall'alto (b) e dal basso (c). I punti di riferimento della curva e della superficie consentono la raccolta di dati su aree altrimenti "prive di funzionalità" del cranio.

Conclusioni e nuove rivelazioni

I risultati delle analisi e dei test di convergenza completano le precedenti domande sull'ecologia dietetica dei tilacini poste dai ricercatori che avevano precedentemente esaminato la forza del morso nella specie.

Il tilacino non aveva nemmeno la capacità di abbattere animali più grandi. Per farlo, un animale ha bisogno di una mascella robusta che il tilacino non aveva.

La forza del morso richiesta per lacerare un grande mammifero, come fanno i lupi, semplicemente non sarebbe stata possibile con la delicata struttura cranica del tilacino.

D'altra parte, i dati mostrano un supporto significativo per tale convergenza tra il tilacino e gli sciacalli africani, nonché le volpi sudamericane, con un minore supporto per la convergenza con coyote e volpi rosse.

Ma, come confermano Rovinsky e Adams nel loro studio, anche se il tilacino può mostrare convergenza con questi canidi, adattatisi a consumare piccole prede, non è per nulla identico a loro.

Questi risultati della ricerca, combinati con i risultati di studi precedenti sull'anatomia della specie, continuano a sottolineare che il tilacino era un animale unico nella sua categoria unica.

Resa artistica del tilacino di Damir Martin

Il tilacino era una creatura con una storia distinta che risale all'epoca dell'Oligocene, più di 23 milioni di anni fa, e non era né un "lupo marsupiale" né una "tigre marsupiale" e nemmeno uno "sciacallo marsupiale".

Nelle parole di Rovinsky, "Dopo aver cancellato intenzionalmente questa creatura dal pianeta, il minimo che possiamo fare è darle il rispetto che finalmente merita."

Andare avanti esplorando il passato

Sono in atto piani futuri per uno studio complementare incentrato sull'esplorazione della mascella inferiore (mandibola) del tilacino, per mostrare una relazione ancora più stretta con il comportamento alimentare.

Ulteriori studi includono progetti per esaminare i gomiti e le zampe del tilacino, per vedere quanto chiaramente possiamo iniziare a capire i modelli di movimento dell'animale e i modi per catturare la preda.

Rovinsky ha aggiunto: "Abbiamo ancora molto da aggiungere all'immagine del tilacino. Spero che i futuri ricercatori esploreranno altri aspetti della convergenza per quanto riguarda le caratteristiche fisiche del tilacino, poiché questo ci aiuterà a perfezionare ulteriormente la nostra comprensione di questo animale perduto."

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