National Museum of Natural History

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Come abbiamo salvato il volo dall’evoluzione degli uccelli

17 dicembre 2020, 6:00AM / BY Erin Malsbury
Decine di milioni di anni di evoluzione degli uccelli hanno guidato alcuni degli elementi più importanti del volo a propulsione umana. ()
Decine di milioni di anni di evoluzione degli uccelli hanno guidato alcuni degli elementi più importanti del volo a propulsione umana. ()

Il 17 dicembre 1903, i fratelli Wright realizzarono ciò che gli esseri umani avevano sognato fin dai primi giorni della nostra specie: librarsi nell’aria. Per millenni, i visionari hanno osservato gli uccelli spiccare il volo e si sono chiesti come avrebbero potuto fare lo stesso. Gli appunti e l’ispirazione del volo degli uccelli sono stati parte integrante nell’aiutare le persone a raggiungere finalmente l’obiettivo, ma la nostra versione del volo – così come il modo in cui ci siamo arrivati – contrasta nettamente con quella degli uccelli.

Mentre il volo umano è nato attraverso un’intensa concentrazione su un obiettivo singolare, il volo negli uccelli si è evoluto in modo incrementale per milioni di anni senza direzione. Il percorso verso gli uccelli moderni è stato pieno di bivi, curve e vicoli ciechi.

Diventare uccelli di piume

I paleontologi stanno ancora risolvendo il puzzle di come è nato il volo, ma una delle ipotesi più ampiamente accettate riguarda i piccoli dinosauri bipedi che usavano movimenti di sbattimento mentre correvano, simili ai pulcini degli uccelli moderni.

“Per molto tempo, l’ipotesi era che il volo a vela fosse il primo stadio e il battito delle ali il secondo”, ha detto Matthew Carrano, curatore di Dinosauria al Museo Nazionale di Storia Naturale dello Smithsonian. “Ora sembra chiaro che l’origine del volo negli uccelli potrebbe non essere iniziata con lo scivolamento, ma con un sacco di sbattimenti e svolazzi.”

Carrano ha citato il lavoro di Kenneth Dial al laboratorio di volo dell’Università del Montana. Egli studia il modo in cui i giovani uccelli usano le ali per correre sugli alberi. “Si può immaginare una situazione del genere, dove un comportamento che non è proprio il volo viene elaborato in volo”, ha detto Carrano.

I paleontologi stimano che i parenti degli uccelli volarono per la prima volta tra la metà e la fine del Giurassico, circa 160 milioni di anni fa. Questi aerialisti erano proto uccelli come Archaeopteryx, a metà strada tra i dinosauri e gli uccelli.

Un piccolo scheletro di dinosauro in gesso.
L’Archaeopteryx ha confuso la linea tra dinosauri e uccelli ed è stata una delle prime specie di proto uccelli conosciuti a volare. Questo è il calco dello Smithsonian dell’esemplare di Archaeopteryx che fu scoperto in Germania nel 1875. L’esemplare originale è ora in mostra al Museum für Naturkunde. (Smithsonian)

“I pezzi anatomici del volo appaiono tutti prima che l’animale potesse volare”, ha detto Carrano. Le piume, per esempio, esistevano da decine di milioni di anni prima del volo. Gli antenati degli uccelli moderni avevano anche già sviluppato grandi polmoni, forti muscoli delle braccia e stature piccole e leggere.

Alla fine, dopo altri 60 milioni di anni di cambiamenti incrementali ed estinzioni, gli esperimenti evolutivi hanno prodotto i maestri dell’aria che vediamo oggi – dai colibrì acrobatici agli albatros in volo. Attraverso l’ispirazione e l’attenta osservazione di queste meraviglie, gli esseri umani hanno utilizzato il volo degli uccelli per avanzare l’obiettivo di prendere il cielo nel nostro modo unico.

Volando

Nel corso della storia, gli uomini hanno sognato e tentato di volare simulando il battito delle ali degli uccelli. Nella mitologia greca, ali fatte di cera e piume portano Icaro attraverso il cielo e alla fine troppo vicino al sole. Nel 1505, Leonardo da Vinci scrisse un codice sul volo degli uccelli e progettò – ma non costruì mai – un dispositivo di volo battente chiamato ornitottero.

“Lo scoglio per l’ispirazione del volo naturale al volo umano è stato quello di emulare il modo in cui gli uccelli volano sbattendo le ali”, ha detto Peter Jakab, curatore capo dello Smithsonian’s National Air and Space Museum.

Senza il giusto peso, la forma o la potenza per generare la portanza, i dispositivi ad ali spiegate erano destinati a fallire. In questo caso, guardare gli uccelli potrebbe effettivamente aver bloccato il progresso.

“Quello che fanno gli uccelli è così sofisticato, che retroingegnerizzarlo 150 o 100 anni fa è piuttosto scoraggiante”, ha detto Carrano. Il volo degli uccelli non è il percorso più semplice o più efficiente per librarsi nei cieli. “Stai inseguendo quello che ha fatto l’evoluzione, ma l’evoluzione non stava cercando di volare”.

Non tutto è stato una falsa partenza, però. Guardare gli uccelli planare ha ispirato gli inventori a costruire alianti con ali stazionarie che hanno una forma curva per creare portanza. L’ingegnere Otto Lilienthal fu il pioniere dei primi veri tentativi di volare studiando intensamente gli uccelli, pubblicando addirittura un libro nel 1889 intitolato “Birdflight as the Basis of Aviation.”

Un'esposizione museale di dinosauri volanti.
Per secoli scienziati e visionari hanno studiato e cercato di modellare la meccanica delle ali degli uccelli. Gli appassionati del museo possono vedere questo display sull’evoluzione del volo nei dinosauri in un tour virtuale del Museo Nazionale di Storia Naturale “David H. Koch Hall of Fossils – Deep Time”. (Smithsonian)

Finalmente libero come un uccello

La gente usava gli uccelli impennati come prime guide per creare portanza e forme aerodinamiche, ma prima dei fratelli Wright, nessuno aveva capito come controllare efficacemente il movimento in aerei più grandi. Lilienthal dirigeva i suoi alianti spostando il peso del suo corpo avanti e indietro – simile ai moderni deltaplani – ma il metodo dipendeva dalle dimensioni e dal peso dell’aereo.

Wilbur Wright scrisse alla Smithsonian Institution nel 1899 per richiedere rapporti sulle conoscenze attuali che circondano il volo. Nella sua lettera, disse che voleva “aggiungere un mite per aiutare il futuro lavoratore che raggiungerà il successo finale”. Nel giro di cinque anni, divenne quel futuro lavoratore, quando lui e suo fratello Orville progettarono e pilotarono il primo aeroplano di successo.

Una delle loro chiavi per un’impennata sicura – e per il pilotaggio – era un concetto chiamato wing-warping, che si riflette nel volo degli uccelli. Cambiando l’angolo delle ali rivolto al vento su un lato, i fratelli Wright si resero conto che si poteva aumentare la portanza su un lato, facendolo alzare e far girare l’aereo. Hanno confermato questa idea osservando gli avvoltoi che planano in cerchio.

“Imparare il segreto del volo da un uccello è stato un po’ come imparare il segreto della magia da un mago”, ha osservato una volta Orville. “Una volta che conosci il trucco e sai cosa cercare, vedi cose che non avevi notato quando non sapevi esattamente cosa cercare.”

Gli aerei moderni usano ancora il concetto di portanza differenziale – realizzato per la prima volta attraverso l’apertura delle ali – per bilanciarsi e girare in aria.

Un'esposizione museale di un antico aeroplano. (Smithsonian)

Una vista aerea

Per gli uccelli, il volo riuscito ha portato a una nuova esplosione di possibilità evolutive. “Il volo può rendere disponibili tutti i tipi di risorse, come siti di nidificazione più sicuri e accesso al cibo”, ha detto Helen James, curatrice degli uccelli al Museo Nazionale di Storia Naturale dello Smithsonian. “

La capacità di volare ha fatto qualcosa di simile per gli esseri umani, cambiando la sensazione del mondo e la percezione della nostra specie.

“Quello che era considerato una grande distanza prima dell’aereo era molto più piccolo di quello che consideriamo una grande distanza ora”, ha detto Jakab. “E sugli aerei non si vedono confini o divisioni create dall’uomo”, ha detto. “

Come il volo degli uccelli ha cambiato la storia evolutiva sulla Terra, è probabile che l’invenzione del volo a propulsione umana rimanga uno dei momenti più trasformativi della storia umana. Il primo aereo a motore dei fratelli Wright si trova attualmente nel National Air and Space Museum dello Smithsonian. Jakab lo chiama un oggetto seminale, come la prima ruota. “Si può guardarlo e sostenere che da questo unico oggetto sono nati molti aspetti del mondo moderno”.

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Erin Malsbury

Erin Malsbury è una stagista dello Smithsonian National Museum of Natural History’s Office of Communications and Public Affairs. I suoi scritti sono apparsi su Science, Eos, Mongabay e il Mercury News, tra gli altri. Erin si è recentemente laureata all’Università della California, Santa Cruz, con un master in comunicazione scientifica. Ha anche una laurea in ecologia e una in antropologia presso l’Università della Georgia. Potete trovarla su erinmalsbury.com.

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Uccelli, Tempo profondo, Evoluzione, Paleontologia dei Vertebrati