Storia evolutiva del volo animale

 

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Quaderno didattico n. 12 abinato alla omonima mostra realizzata dal Museo Carsico Geologico e Paleontologico a Monfalcone presso il Palazzetto Veneto (giugno, luglio 2016)

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Quaderno Didattico n° 12 - anno 2016 Museo Carsico, Geologico e Paleontologico _ Monfalcone (GO) 1

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Stampato con il Contributo Economico di: Collaborazione e Sostegno di: Museo Carsico, Geologico e Paleontologico _ Monfalcone (GO)

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Ferdinando Zimolo Museo Carsico Geologico e Paleontologico “STORIA EVOLUTIVA DEL VOLO ANIMALE” - CENNI quaderno didattico n.° 12, abbinato alla mostra “STORIA EVOLUTIVA DEL VOLO ANIMALE Monfalcone 4 - 24 GIUGNO 2016 PRIMA EDIZIONE - 2016 Museo Carsico, Geologico e Paleontologico _ Monfalcone (GO) 3

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INTRODUZIONE Come nostra tradizione oramai consolidata da diversi anni, ogni mostra didattica da noi realizzata comprende anche la pubblicazione di un relativo quaderno che normalmente raccoglie i testi e le immagini dei pannelli didattici della mostra stessa. La mostra naturalistico paleontologica “Storia evolutiva del volo animale” è stata realizzata a Monfalcone presso il Palazzetto Veneto di Via S. Ambrogio dal 4 al 24 giugno 2016 in collaborazione con Università della Terza età del monfalconese; associazione A.S.T.O.R.E. FVG. e dell’(ex) ufficio faunistico della Provincia di Gorizia. In questa mostra, attraverso dei semplici pannelli espositivi ed una serie di rari e significativi reperti fossili (sia originali che in copia), abbiamo voluto ricostruire il percorso evolutivo che ha portato gli esseri viventi alla conquista degli spazi aerei da parte di insetti, rettili volanti, uccelli e mammiferi. Tra i rari reperti fossili esposti si potevano ammirare in originale insetti, farfalle, rettili volanti, pterosauri e ricostruzioni 3D di antichi uccelli vissuti più di 30 Milioni di anni fa. Inoltre alcune ricostruzioni 3D (ricavate da originali) dei reperti fossili (sin d’ora rinvenuti) del famoso Archeopteryx, considerato il primo uccello, hanno riscosso notevole interesse. Per una migliore comprensione, ai reperti fossili sono stati accostati reperti attuali quali uccelli naturalizzati, insetti e lepidotteri. Vista la grande affluenza di pubblico ed i lusinghieri commenti lasciati dai visitatori, siamo convinti che questa sia la strada giusta per portare la scienza alla portata di tutti. Monfalcone, Giugno 2016 Il Presidente, Ferdinando Zimolo 4 Museo Carsico, Geologico e Paleontologico _ Monfalcone (GO)

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il volo Il meccanismo del volo può essere interpretato come il traguardo evolutivo degli organismi viventi che hanno vinto la forza di gravità e la resistenza dell’aria. Gli esseri viventi che con più successo sono riusciti a dominare la capacità di volare sono: gli insetti, gli uccelli e i pipistrelli. Ognuno di questi gruppi si è evoluto separatamente partendo da differenti strutture. Tra i vertebrati estinti in grado di volare spiccano gli pterosauri, contemporanei dei dinosauri. I pipistrelli sono gli unici mammiferi capaci di volare realmente. Il potersi spostare nell’aria ha indubbiamente portato i seguenti vantaggi: A) Sfuggire rapidamente ai predatori che non sono in grado di volare; B) Sorvolare aree potenzialmente pericolose; C) Accedere a fonti di cibo non altrimenti raggiungibili; D) Possibilità di migrare secondo le stagioni; E) Ampliamento dell’areale di distribuzione grazie alla possibilità di superare barriere altrimenti insormontabili. Foto: Albatros 6 Museo Carsico, Geologico e Paleontologico _ Monfalcone (GO)

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fisica del volo l’avanzamento nell’aria Portanza Risultante Vento Relativo Spinta Resistenza Forza Peso La dinamica del volo degli uccelli e negli altri animali attuali volanti, insetti e pipistrelli, e tutte le manovre che essi sono in grado di svolgere sono regolate dalle leggi della fisica. Molto semplicemente possiamo dire che “il volare” è un equilibrio tra due diverse coppie di forze: portanza e peso, trazione e resistenza. Il peso è dovuto alla spinta di gravità che negli uccelli è particolarmente bassa grazie alla loro anatomia. La portanza è generata dal flusso d’aria sulle ali. La fisica del volo dipende dal principale fattore: “l’aria”, che rappresenta il fluido nel quale avviene il movimento stesso. Il moto attraverso l’aria, dipende da questi tre parametri: la resistenza aerodinamica, che è la forza esercitata sull’organismo in movimento, sempre orientata nella stessa direzione, ma opposta a quella dell’avanzamento dell’organismo medesimo. La portanza, orientata in direzione ortogonale alla direzione di avanzamento, con verso opposto al peso (verso il basso), esercitato dalla forza di gravità. La spinta, forza prodotta dal movimento delle ali degli uccelli, con direzione uguale a quella della resistenza aerodinamica, ma di verso contrario. 8 Museo Carsico, Geologico e Paleontologico _ Monfalcone (GO)

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L’importanza della forma delle ali Il profilo delle ali riveste un carattere molto importante al fine del volo. Il profilo dell’ala possiede il bordo anteriore leggermente rivolto verso l’alto ed il profilo superiore convesso, così il flusso d’aria che si muove sulla superficie convessa è più veloce ed esercita una pressione minore di quello che passa sulla superficie inferiore; la differenza di pressione origina la portanza. Se l’angolo di incidenza aumenta eccessivamente, la pressione dell’aria sulla superficie inferiore spinge l’ala indietro invece che avanti aumentando la resistenza aerodinamica fino ad impedire i movimenti del volo: si tratta del fenomeno dello stallo, quindi si inizia a precipitare. pressione maggiore pressione maggiore angolo di incidenza depressione Museo Carsico, Geologico e Paleontologico _ Monfalcone (GO) 9

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tipi di volo nel regno animale Scoiattolo Volante (Europa del Nord) Pesce Volante (Tutti gli Oceani) Rana volante (Sudamerica e Nord Est Asiatico) Serpente Volante (Sud Est Asiatico) Draco Volante (Asia) Il volo planato, detto anche librato, come dice il nome non implica un utilizzo attivo delle ali. Questo tipo di volo fu il primo a svilupparsi negli animali, non esigendo particolari strutture per essere attuato. Ancora oggi troviamo una miriade di specie che si lanciano da punti sopraelevati planando verso altri posti più in basso. Esistono serpenti in grado di planare da un ramo all’altro estendendo le loro costole aumentandone così la superficie portante, lo stesso sono in grado di fare alcuni scoiattoli con delle estensioni di pelle lungo i fianchi e la rana volante con delle zampe palmate, i draghi volanti e i pesci volanti, particolare famiglia di pesci in grado di balzare fuori dall’acqua e “volare” per ben 180 metri! Il volo planato richiede poca spesa di energia, sfrutta soltanto la forza di gravità e/o la velocità acquistata prima delle planate per vincere la forza di resistenza dell’aria. Le strutture scheletriche sono tra le più di versificate, come si può ben constatare nelle immagini appena riprodotte. Pterosauro Aquila Il volteggio o volo veleggiato Così come il volo planato, quello veleggiato pretende uno sforzo minimo. Questo tipo di volo sfrutta le correnti d’aria ascendenti e i venti e permette di coprire grandi distanze con un dispendio energetico irrisorio. Si suddivide nel volteggio statico (a), che sfrutta le correnti ascensionali calde tipico di aquile, falchi ecc., e nel volteggio dinamico (b), utilizzato dai grandi uccelli marini. Il volteggio è comparso poche volte nel corso dell’evoluzione animale: le grandi farfalle lo utilizzano per lunghi tratti; fu anche largamente usato dai grandi pterosauri, rettili preistorici. 10 Museo Carsico, Geologico e Paleontologico _ Monfalcone (GO)

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I veleggiatori statici Con questo nome si riuniscono gli uccelli che sfruttano il volo a vela per muoversi sulle terre emerse. A questa categoria appartengono i grandi rapaci dell’ordine dei Falconiformi quali aquile, falchi, poiane, condor e avvoltoi. Hanno ali piuttosto larghe e lunghe, con una grande curvatura che ne aumenta la portanza e una superficie portante fessurata che permette una maggior manovrabilità nelle variazioni delle correnti d’aria. Sono animali che amano veleggiare comodamente trasportati dal vento, per prendere quota compiono dei giri circolari all’interno delle correnti ascensionali di aria calda proveniente dal suolo. I veleggiatori dinamici A differenza dei precedenti, i veleggiatori dinamici sfruttano le diverse velocità dei venti a quote differenti sul mare. A causa degli attriti tra l’acqua e l’aria, sulla superficie del mare vi è la formazione di uno strato limite con velocità minori a bassa quota che crescono piuttosto regolarmente man mano che ci si alza verso i livelli superiori fino a circa 15 metri sopra il livello del mare. Gli uccelli scendono fino in prossimità della superficie dell’acqua veleggiando sostenuti dal vento, una volta che la raggiungono si volgono controvento aumentando vertiginosamente la velocità relativa dell’aria; così facendo usufruiscono di una forza portante che aumenta di pari passo con l’ascesa verso l’alto nello strato limite, riportandoli in alto. Questi uccelli riescono a restare in volo per molte ore senza fare pause, coprendo così le grandi distanze migratorie marine. La classe regina di questo complesso tipo di volo è sicuramente quella degli albatri, i quali raggiungono i 3,7 metri di apertura alare. Museo Carsico, Geologico e Paleontologico _ Monfalcone (GO) 11

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tipi di volo nel regno animale Albatros in volo Gabbiano in volo Il volo battente Anche detto volo remigante, è la forma più diffusa tra gli uccelli volatori dei nostri giorni. Implica un grande dispendio di energia tramite l’uso dei muscoli pettorali, che naturalmente, sono i più sviluppati. Questa pratica implica una grande ampiezza di movimenti delle ali. Grazie all’uso delle moderne tecniche di fotografia, si è potuto decifrarne tutte le fasi, l’immagine che segue mostra qualitativamente le tappe principali di tali movimenti. Sequenze di volo (Pavoncella) Sequenze di volo (Ibis) 12 Museo Carsico, Geologico e Paleontologico _ Monfalcone (GO)

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Il volo librato Da ultimo abbiamo il volo librato che consente di stare sospesi in aria, fissi in un punto, e persino retrocedere muovendo le ali. Lo pratica soprattutto chi si nutre di fiori e di nettare, come la Sfinge del galio (una farfalla notturna) e molti bombi, i pelosi succhiatori di polline simili alle api. Ma i veri specialisti del volo librato sono i colibrì che, grazie alla particolare conformazione della spalla, hanno sviluppato un sistema di battito delle ali a metà strada tra quello degli insetti e degli altri uccelli. I colibrì volano mantenendo un’inclinazione in avanti che varia dai 30 ai 45 gradi, e sono in grado di compiere movimenti che nessun altro essere vivente su è in grado di fare. Sfinge del Galio Colibrì Museo Carsico, Geologico e Paleontologico _ Monfalcone (GO) 13

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gli insetti uno sguardo al passato 14 Museo Carsico, Geologico e Paleontologico _ Monfalcone (GO)

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I primi a conquistare l’aria furono gli insetti, comparsi nel Carbonifero (300 milioni di anni fa), quando le foreste a pteridosperme e a gimnosperme (piante senza fiore) che coprivano buona parte delle terre emerse, erano abitate da blatte, cavallette e libellule. Padrona assoluta era proprio la libellula gigante Meganeura con una apertura alare di quasi 70 cm. Diversamente da altri insetti più evoluti, la libellula da allora non ha cambiato tecnica di volo. E’ attualmente uno degli insetti che vola più rapidamente, può raggiungere anche i 50 Km/h. Una tappa importante nell’evoluzione degli insetti, ben testimoniata dai ritrovamenti fossili, è avvenuta nel Cretacico inferiore, tra i 140 e i 100 milioni di anni fa, quando la comparsa delle angiosperme, piante con fiori, ha determinato l’inizio di un processo di evoluzione di queste strettamente legato a quello degli insetti. Insieme alle angiosperme compaiono per la prima volta le farfalle che hanno l’insostituibile ruolo di impollinatori di fiori. Di contro il nettare dei fiori è la più importante fonte di sostentamento per la maggior parte delle specie di farfalle. Gli esemplari fossili qui riprodotti provengono dagli affioramenti del Giurassico sup. - Cretacico inferiore (150 milioni di anni fa) della provincia di Liaoning nel nord-est della Cina. In questa località si trovano alcuni dei più bei giacimenti fossili del mondo e vi sono stati ritrovati migliaia di fossili di piante e animali - tra cui insetti, pesci, dinosauri, uccelli, anfibi e mammiferi. Queste scoperte sono notevoli non solo per il numero e la diversità delle specie ma anche per la perfetta fossilizzazione che ha permesso la conservazione di parti delicate come la struttura della pelle e delle piume che sono chiaramente visibili in molti degli esemplari rinvenuti. 1) Meganeura monyi, Carbonifero - Francia (300milioni anni fa, 650x300 mm) 2) Eoblattina sp., Carbonifero - Francia (300 milioni di anni fa, 45 mm) 3) Lepidottero fossile e attuale a confronto, Giurassico sup. - Cretacico inf. - Liaoning Cina 4) Lepidottero Fossile, Cretacico inf. - Lianoing Cina (22x52 mm) Museo Carsico, Geologico e Paleontologico _ Monfalcone (GO) 15

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