Els pterosaures van aparèixer al planeta vora uns 70 milions d'anys abans que les primeres aus i van ser els primers vertebrats que van adquirir la capacitat de volar activament, tot i les seves enormes dimensions. S’han descrit exemplars de més de 10 metres d’envergadura i són els animals més grans en la història de la vida a la Terra que mai han solcat el cel. Una de les claus que va permetre volar a aquests enormes animals va ser la presència d'ossos pneumàtics –és a dir, plens d'aire– en l’esquelet postcranial.

Les aus són els únics animals actuals amb ossos pneumàtics i són el resultat de l’expansió del seu complex sistema respiratori, amb extensions dels pulmons que s'endinsen a l'interior dels ossos coneguts com a diverticles pneumàtics. En el cas dels pterosaures, es desconeix com era exactament el seu sistema respiratori, tant perquè els teixits tous gairebé mai fossilitzen com pel fet que és un grup sense representants actuals del qual s’ha d’inferir la seva fisiologia. Per aquest motiu, el personal investigador va utilitzar imatges de tomografia computada d'alta resolució per a analitzar una sèrie de vuit vèrtebres –la majoria del coll– d'un gran pterosaure anhangüèrid, per tal de visualitzar les cavitats internes de les vèrtebres sense malmetre els fòssils.

Detall de l’arquitectura interna d’algunes de les vèrtebres analitzades en aquest nou estudi.

L’espècimen estudiat correspon a un exemplar de extraordinàriament ben preservat provinent de la Conca d‘Araripe (Nord-est del Brasil).  Es tracta d’un anhangüèrid –el més recent llinatge de pterosaures amb dents, els quals arribaren a tenir dimensions superiors a les de qualsevol au actual– de fa més de 110 milions d’anys d’antiguitat que tindria més de 4 metres d’envergadura, del qual s’han preservat en tres dimensions part del crani i de l’esquelet postcranial, incloent bona part de la columna vertebral. Les imatges han revelat una arquitectura vertebral interna sustentada per fins pilars d'os, els quals connecten la paret del canal on es troba la medul·la espinal fins a la paret interna de la superfície de les vèrtebres.

Aquesta disposició hauria permès la circulació de l'aire a través dels diverticles pneumàtics que travessarien les cavitats d'aire dels ossos. La recerca mostra, a més, que les vèrtebres d'aquest pterosaure són generalment més pneumàtiques (contenen més aire) que les dels grans sauròpodes, un llinatge extint de dinosaures que caracteritzat per un llarg coll amb vèrtebres parcialment buides. La pneumaticitat del pterosaure estudiat seria semblant (o fins i tot superior) a la d'alguns ocells actuals de mida considerable, com les cigonyes.

Les imatges i els seus corresponents anàlisis van revelar que les vèrtebres posseeixen menor proporció d'aire al seu interior en direcció al cos de l'animal, és a dir, les vèrtebres més pròximes al cap eren més pneumàtiques (al contrari que ocorre als ocells actuals, en els quals la pneumatització és en sentit invers). “Que la distribució de les cavitats amb aire no sigui uniforme dins de les vèrtebres i entre les diferents vèrtebres ens fa pensar que la penumaticitat està condicionada per la biomecànica del vol”, explica Richard Buchmann, estudiant de doctorat a la brasilera Universidade Federal do Espírito Santo que encapçala la recerca.

A més, els alts valors de la proporció d'espai ple d’aire no són l'única troballa que ha cridat l'atenció a l'equip de recerca. “Hem observat que la quantitat d'aire a l'espai intern varia en les diferents parts d'una mateixa vèrtebra i que les regions pròximes a les articulacions posseeixen major proporció de teixit ossi. Aquest patró es repeteix en totes les vèrtebres estudiades”, comenta Borja Holgado, paleontòleg de l’Institut Català de Paleontologia Miquel Crusafont (ICP) que ha participat a l’estudi.

Interpretació del sistema respiratori del pterosaure Anhanguera segons la proposta de Claessens et al. (2009)

Tot i que els pterosaures anhangüèrids posseïen cranis i colls relativament llargs, l’arquitectura de l’interior de les vèrtebres els hagués permès un alt nivell de resistència i elasticitat, permetent que coll d'aquests animals extints fos més maniobrable. Segons Taissa Rodrigues, professora de la Universidade Federal do Espírito Santo: “els resultats d'aquest estudi poden contribuir a dissenyar noves estructures mecàniques biomimètiques, és a dir, inspirades per les característiques existents en la naturalesa”.

Imatge principal: Recreació de l'aspecte en vida de Tropeognathus mesembrinus, un dels majors anhangüèrids coneguts. Il·lustració d’Hugo Salais-López (Metazoa Studio) amb col·laboració de Quagga Wildlife Art.

Article original:

• Buchmann, R., Holgado, B., Sobral, G., Avilla, L. S., Rodrigues, T. (2021). Quantitative assessment of the vertebral pneumaticity in an anhaguerid pterosaur using micro-CT scanning. Scientific Reports 11, 18718. DOI: 1038/s41598-021-97856-6