SACCA D'ARIA: EVOLUZIONE, IN QUALI ANIMALI SI TROVA, FUNZIONI - BIOLOGIA - 2025

Le sacche d'aria sono cavità d'aria permanenti all'interno degli organismi. La presenza di queste sacche nelle ossa è chiamata pneumaticità e il loro processo di formazione durante lo sviluppo osseo è chiamato pneumatizzazione.

La distribuzione di queste sacche nel corpo degli organismi è relativamente varia. Possono essere presenti nelle ossa (pneumaticità scheletrica) come il cranio, le vertebre, le costole, lo sterno e altri. Sono anche presenti come parte del sistema respiratorio di molti animali.

Cranio di un Tyrannosaurus rex. Questi animali avevano ossa craniche massicce e fuse, ma avevano numerosi piccoli spazi d'aria, che li rendevano più leggeri. Tratto e modificato da AE Anderson, tramite Wikimedia Commons.

Gli scienziati ritengono che lo sviluppo di sacche d'aria consenta agli animali che le presentano di avere o migliorare l'equilibrio, raffreddare in modo efficiente i loro corpi e aumentare lo scambio di gas.

La diversità degli organismi che questi sacchi possiedono varia dagli uccelli e mammiferi, agli insetti. Ancora oggi si sa che i dinosauri avevano ossa pneumatiche, cioè ossa con sacche d'aria.

Evoluzione

Degli animali attuali, gli uccelli hanno il maggior numero di strutture con sacche d'aria nei loro corpi. Da un punto di vista evolutivo, gli uccelli sono gli attuali discendenti dei dinosauri.

È noto che gli uccelli si evolvono da piccoli dinosauri carnivori. Questi dinosauri vissero nel tardo Giurassico o successivamente (circa 152-163 milioni di anni fa), secondo i reperti fossili scoperti in Cina e Sud America.

Tuttavia, si ritiene che l'antenato di tutti gli uccelli attuali abbia vissuto nel tardo Cretaceo o successivamente (da circa 72 a 100 milioni di anni fa). Questo antenato sopravvisse nei successivi 65 milioni di anni trascorsi dopo l'estinzione di massa dei dinosauri.

Il ricercatore Peter Ward, nel 2006, ha suggerito che le prime sacche d'aria nei dinosauri sono apparse in organismi vissuti nel periodo Triassico (circa 252 milioni di anni fa).

Questa struttura era un carattere evolutivo che permetteva agli organismi che la possedevano di adattarsi ai bassi livelli di ossigeno che esistevano durante questo periodo.

Questa caratteristica è attualmente mantenuta nei discendenti di dinosauri, uccelli. La presenza di queste sacche in altri gruppi zoologici può essere dovuta a un meccanismo di evoluzione parallela o parafiletica.

Negli umani

D'altra parte, noi esseri umani abbiamo i seni paranasali. Questi sono un sistema di cavità d'aria situate nella testa; nelle ossa frontali, etmoidali, sfenoidali e nella mascella superiore.

C'è molta controversia sugli aspetti evolutivi dei seni paranasali nei Neanderthal e negli esseri umani moderni. Non si sa con certezza quale sia l'origine e la funzione evolutiva.

Una delle ipotesi proposte sulla presenza di queste sacche d'aria è l'adattamento al freddo estremo. Argomento molto discusso e con molti detrattori.

Anche la presenza di sacche d'aria negli ominidi e in altri vertebrati è stata una questione controversa nell'evoluzione. Queste sacche sono apparse e scomparse in diversi gruppi, anche in lignaggi non imparentati.

Sono state proposte varie ipotesi sulla presenza di pneumatizzazione o spazi aerei nel cranio dei vertebrati. Tra queste ipotesi spiccano: adattamenti al freddo, dispersione della forza masticatoria, alleggerimento cranico e accumulo di sostanze.

In quali animali si trovano le sacche d'aria?

I primi organismi conosciuti a presentare sacche d'aria furono i dinosauri. Erano presenti nel gruppo degli Ptrosauri (Dinosauri Volanti) e dei Saurischi.

Questi ultimi erano rappresentati dagli Pteropodi (come il Tyrannosaurus rex) e dai Sauropodi (come i grandi colli lunghi).

Degli animali attuali, gli uccelli sono quelli che hanno il maggior numero di sacche d'aria all'interno del corpo. Sono presenti in tutte o nella maggior parte delle specie di uccelli.

Queste strutture si trovano anche in altri vertebrati, come i mammiferi, sia nelle ossa che in parte del sistema respiratorio.

Altri animali che hanno sacche d'aria o strutture denominate come tali sono insetti. Questi artropodi hanno sacche d'aria come parte del loro sistema respiratorio. Sono presenti come dilatazioni o espansioni delle trachee.

Caratteristiche

Sui dinosauri

Diverse ipotesi sono state avanzate sulla funzionalità delle sacche d'aria scheletriche e non scheletriche nei dinosauri.

La presenza di questi spazi potrebbe indicare che in questi organismi li aiuta ad avere un'elevata attività metabolica, poiché le sacche aumentano la capacità respiratoria.

Alcuni autori propongono anche che le sacche d'aria servissero a migliorare l'equilibrio e a ridurre l'inerzia rotazionale. Quest'ultima ipotesi, tuttavia, è molto controversa, poiché non si applica a gruppi come i sauropodi.

Un'altra funzione ipotetica delle cavità d'aria è quella di regolare la temperatura corporea. La presenza di piume che ricoprono il corpo, o l'attività di volo, potrebbe riscaldare il corpo.

I sacchetti funzionerebbero quindi come mezzo per dissipare il calore in eccesso. La presenza di ossa pneumatiche nei dinosauri ha permesso loro di avere ossa più leggere e ha facilitato l'evoluzione di forme viventi giganti.

Negli uccelli

Negli uccelli, le sacche d'aria non ossee possono essere viste come piccole camere che si gonfiano e si sgonfiano. Ciò provoca un flusso di gas in una camera separata, analogo a ciò che accade nei polmoni.

Presentano anche cavità d'aria ossee. La presenza di questi spazi permetteva agli uccelli di avere ossa più leggere. Questo, a sua volta, ha permesso alla maggior parte di questi organismi di volare.

Inoltre, li ha aiutati ad avere sistemi respiratori altamente efficienti, a distribuire la massa scheletrica e si ritiene addirittura che consenta ad alcuni uccelli di volare in alta quota.

Sacche d'aria non scheletriche in uccelli e dinosauri. Tratto e modificato da CNX OpenStax, tramite Wikimedia Commons.

Nei mammiferi

Nei mammiferi ci sono sacche d'aria nei cosiddetti seni paranasali. Questi sono diverticoli appartenenti alla cavità nasale. Contengono aria e fanno parte delle ossa del cranio.

Esistono diverse ipotesi sulle funzioni di queste strutture pneumatizzate. Queste ipotesi includono alleggerimento del cranio, scambio e dissipazione di calore e utilizzo per la secrezione di muco.

Lo studio di queste funzioni è stato condotto utilizzando animali quali cavalli, ruminanti, carnivori, piccoli animali domestici (cani e gatti), anche in esseri umani.

Negli insetti

Le sacche aeree degli insetti sono camere con grande capacità di espansione. Sono associati alle trachee e la loro funzione è quella di immagazzinare l'aria e facilitare il volo.

Riferimenti

1. Sacca d'aria. Anatomia. Recuperato da britannica.com.
2. Pneumaticità scheletrica. Estratto da en.wikipedia.org.
3. L'origine degli uccelli. Recuperato da evolution.berkeley.edu.
4. P. Ward (2006). Dal nulla: dinosauri, uccelli e l'antica atmosfera della terra. National Academies Press.
5. V. Dressino e SG Lamas (2014). Controversie sul ruolo evolutivo della pneumatizzazione del seno paranasale negli esseri umani e nei Neanderthal come adattamento al freddo estremo. Ludus Vitalis.
6. Matt Wedel: A caccia del dinosauro gonfiabile. Recuperato da ucmp.berkeley.edu
7. H. Brooks. (2018). Le ossa pneumatizzate aiutano gli scienziati a studiare l'evoluzione della respirazione negli uccelli e nei dinsoauri. Recuperato da upi.com.
8. R. Zárate, M. Navarrete, A. Sato, D. Díaz, W. Huanca (2015). Descrizione anatomica dei seni paranasali dell'alpaca (Vicugna pacos). Giornale di ricerca veterinaria del Perù.