Ricerche hi-tech svelano il segreto acustico di un antico predatore marino, offrendo nuove idee per dispositivi subacquei meno rumorosi

Nelle acque oscure e profonde del Giurassico inferiore, all’incirca 183 milioni di anni fa, un gigantesco predatore solcava gli oceani con movimenti impercettibili. Il Temnodontosaurus, un ittiosauro lungo oltre dieci metri e dotato di occhi grandi quanto palloni da calcio, rappresentava uno dei massimi esempi di adattamento marino della sua epoca.

Gli scienziati sanno da tempo come questo rettile nuotasse con efficienza eccezionale, ma nuove scoperte, rese possibili da tecniche avanzate di imaging e analisi dei materiali, rivelano che la sua capacità di muoversi nell’acqua quasi senza produrre rumore costituiva una forma primitiva e straordinariamente evoluta di vera e propria tecnologia stealth.

A rendere possibile questa rinnovata lettura del suo comportamento è uno studio internazionale che ha analizzato in dettaglio un eccezionale reperto fossile: una pinna anteriore quasi completa, con strutture di tessuto molle sorprendentemente ben conservate. La scoperta, pubblicata sulla rivista “Nature”, è stata guidata da Johan Lindgren della Lund University, specialista svedese nell’analisi dei tessuti molli fossilizzati nei rettili marini. L’indagine è stata resa possibile da una serie di tecniche d’avanguardia, tra cui la microtomografia a raggi X presso la Swiss Light Source (in sigla SLS) del Paul Scherrer Institute di Villigen in Svizzera, una delle infrastrutture più avanzate al mondo per lo studio tridimensionale dei materiali fossili e moderni.

Ecco come un fossile marino ha rivelato un design evolutivo quasi perfetto

L’analisi della pinna ha mostrato elementi morfologici inattesi: una forma alare marcata, l’assenza di ossa nella parte estrema dell’arto, sottili strutture longitudinali del tessuto cutaneo e, soprattutto, un margine posteriore fortemente seghettato. Secondo il ricercatore Lindgren, che ha coordinato lo studio internazionale, queste caratteristiche

“indicano che questo animale enorme aveva sviluppato mezzi di minimizzazione del rumore mentre nuotava”.

Una considerazione sorprendente, soprattutto perché fino a oggi le evidenze relative ai tessuti molli negli ittiosauri riguardavano esclusivamente specie di dimensioni molto più piccole, simili ai delfini moderni.

La parte più singolare della pinna è rappresentata da una serie di strutture mineralizzate a forma di bastoncino, mai osservate in precedenza in altri rettili marini estinti o moderni, che il gruppo di lavoro ha chiamato “chondroderms”. Questo elemento, insieme alla seghettatura, suggerisce un paragone con il volo silenzioso dei rapaci notturni: così come il bordo frastagliato delle piume dei gufi riduce la turbolenza dell’aria, il margine seghettato della pinna di Temnodontosaurus pare diminuisse la formazione di vortici nell’acqua, rendendo la sua nuotata particolarmente discreta.

Il fossile, scoperto per caso durante lavori stradali nei pressi di Dotternhausen, in Germania meridionale, da un ricercatore amatoriale e collezionista di fossili, ha aperto un fronte interpretativo che unisce paleontologia, fisica dei fluidi e ingegneria acustica.

Per studiare questi particolari, la pinna è stata sottoposta a un ventaglio di metodologie avanzate: oltre alla microtomografia basata su sincrotrone, i ricercatori hanno utilizzato spettrometria di massa, microspectroscopia infrarossa e simulazioni numeriche di flusso. La combinazione di queste prospettive ha permesso di generare un modello virtuale dell’arto e di verificare, con grande precisione, come la sua struttura contribuisse a una riduzione effettiva del rumore idrodinamico.

Federica Marone Welford, scienziata della linea di fascio TOMCAT al PSI, ha spiegato che

“l’alta risoluzione e il grande contrasto ottenuto attraverso la nostra tomografia sono stati cruciali per visualizzare la struttura interna delle chondroderms in tre dimensioni”

e, dunque, comprendere come queste agissero sul flusso dell’acqua.

Dal comportamento predatorio alla possibile ispirazione per nuove tecnologie

Gli ittiosauri costituiscono uno dei gruppi di vertebrati marini più riusciti della storia evolutiva. Pur discendendo da animali terrestri, avevano sviluppato nel tempo un corpo affusolato e adattamenti anatomici estremamente efficienti, simili a quelli dei cetacei moderni.

Il Temnodontosaurus, in particolare, popolava mari caratterizzati da scarsa illuminazione e dove la capacità di sorprendere la preda con un attacco improvviso poteva rappresentare la differenza tra successo e fallimento predatorio. Un nuoto silenzioso era dunque un vantaggio cruciale, e lo studio pubblicato oggi dimostra che questo rettile aveva raggiunto livelli di ottimizzazione finora non documentati.

Ma il valore della ricerca non è confinato al mondo dei fossili. La struttura idrodinamica rivelata dall’analisi della pinna suggerisce possibili applicazioni contemporanee, soprattutto in un contesto nel quale l’inquinamento acustico marino è una problematica crescente.

Johan Lindgren ha sottolineato che il rumore generato dal traffico navale, dalle infrastrutture offshore e dai sistemi sonar sta esercitando un impatto sempre più negativo sulla fauna marina attuale. Comprendere i meccanismi naturali di attenuazione del suono messi in atto da specie evolutivamente lontane come gli ittiosauri potrebbe stimolare lo sviluppo di tecnologie subacquee più efficienti e meno invasive, come veicoli autonomi sottomarini più silenziosi o sistemi di rilevamento acustico a impatto ridotto.

Gli ingegneri che lavorano su sistemi subacquei potrebbero trarre ispirazione da queste strutture seghettate per migliorare eliche, superfici di controllo o appendici idrodinamiche, integrando principi che la natura ha sviluppato milioni di anni fa. Allo stesso modo, la struttura dei “chondroderms” potrebbe influenzare la progettazione di materiali compositi innovativi dotati di rigidità e flessibilità localizzate, capaci di ridurre vibrazioni e turbolenze. L’approccio biomimetico in questo settore sta acquisendo slancio e la ricerca sul Temnodontosaurus dimostra come anche ambiti apparentemente distanti, la paleontologia e l’ingegneria dei fluidi contemporanea, possano fertilizzarsi a vicenda.

Il futuro delle analisi fossili con SLS 2.0 e il valore dell’innovazione bio-ispirata

Le prospettive per ulteriori scoperte si ampliano grazie allo SLS 2.0, l’aggiornamento della Swiss Light Source che ha reso il sincrotrone dislocato nel Canton Argovia ancora più potente. La possibilità di raggiungere risoluzioni spaziali più elevate, energie del fascio più alte e tempi di misura più brevi consente a ricercatori come la dottoressa Marone e il suo team di analizzare fossili fragili con un livello di dettaglio senza precedenti e di farlo in modo più rapido ed efficiente. Ciò apre la strada a ricerche molto più articolate, in grado di svelare strutture dei tessuti molli o degli apparati muscolari non rilevabili con tecniche convenzionali.

Questo miglioramento tecnico non è soltanto un passo avanti per la paleontologia, ma anche un contributo significativo all’intero ecosistema dell’innovazione tecnologica europea. Strumenti come lo SLS 2.0 permettono infatti di osservare fenomeni complessi e integrarli nei processi di progettazione e sperimentazione di nuove soluzioni ingegneristiche. Il legame tra fossili antichi e tecnologie emergenti si fa quindi sempre più stretto: ciò che per milioni di anni è rimasto sepolto nella roccia diventa oggi una sorgente di modelli, ispirazioni e conoscenze potenzialmente rivoluzionarie.

Dalla profondità del passato a un nuovo paradigma per l’ingegneria marina

L’analisi della pinna di Temnodontosaurus suggerisce in ogni caso un principio generale: la natura è una matrice di innovazione in cui l’evoluzione, attraverso prove e adattamenti successivi, genera soluzioni che oggi possono guidare gli sviluppatori di tecnologie moderne. La capacità di nuotare in maniera silenziosa, ottenuta mediante una combinazione unica di forme, materiali e strutture, può aiutare a ripensare l’ingegneria navale di droni, sottomarini e sistemi di monitoraggio ambientale, riducendo l’impatto acustico sull’ambiente marino e migliorando l’efficienza complessiva del movimento in acqua.

In definitiva, questa scoperta dimostra come la collaborazione tra paleontologi, fisici, ingegneri, biologi e chimici possa generare un sapere trasformativo. Le tecnologie moderne permettono di leggere il passato con precisione, mentre il passato offre spunti per innovare il presente. Il Temnodontosaurus, scomparso da decine di milioni di anni, ci consegna oggi un modello biologico sofisticato che potrebbe contribuire allo sviluppo di un futuro subacqueo più silenzioso, sostenibile e tecnologicamente evoluto.

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