Le principali differenze tra ossa umane ed animali - Parte II

Cintura scapolare

Le scapole umane sono di forma triangolare ed oblunghe in direzione supero-inferiore, con un acromion ed un processo coracoideo sporgenti; nei mammiferi non umani, le scapole tendono ad essere oblunghe in direzione medio-laterale (per via della locomozione quadrupede), o quadrangolari, come negli orsi, e hanno un acromion e un processo coracoideo molto meno sporgenti, perché il range di movimenti possibili è limitato. La gran parte dei mammiferi non umani non ha le clavicole, perché le scapole hanno bisogno di più fluidità nel movimento, in particolare negli animali che corrono velocemente. La clavicola è presente nei mammiferi che hanno mani prensili, come i primati e gli scoiattoli. 

La cintura scapolare degli uccelli ha una struttura peculiare, che è formata da scapola, coracoide e furcula. Le scapole degli uccelli non somigliano a quelle dei mammiferi, ma ricordano delle costole sottili; i coracoidi hanno una forma unica, perché hanno una forma a ventaglio ed un'articolazione prossimale a forma di uncino. La furcula è formata dalle due clavicole fuse, ed è un osso a forma di v convessa che sporge anteriormente.

Cintura scapolare e sterno aviario. Source: eku.edu

Sterno e costole

Gli sterni dei mammiferi, umani e non, hanno la stessa struttura, essendo entrambi formati dal manubrio, il mesosterno fatto di sternebre, e il processo xifoide. Gli sterni non umani tendono ad essere meno curvati e ad avere attaccature per le costole più pronunciate. 

Come si vede nella figura sopra, lo sterno degli uccelli è un grosso osso a tre lati, con pareti sottili e margini robusti, caratterizzato dal una chiglia prominente, che funge da attaccatura per i muscoli pettorali usati nel volo; negli uccelli che non volano, lo sterno ha la stessa forma, ma non ha la chiglia prominente. 

Le costole dei mammiferi quadrupedi sono solitamente più dritte rispetto a quelle umane, per via di un torace profondo e stretto, che negli umani è invece poco profondo e ampio. Le costole umane tendono quindi ad essere più curvate di quelle non umane, e mostrano un solco costale ben definito, che è assente nei non umani. Le costole degli uccelli sono piatte in sezione trasversale, e sono divise in costole dorsali, che si articolano alle vertebre, e costole ventrali, che si articolano allo sterno; le costole dorsali hanno un processo uncinato che si attacca caudalmente alla costola sottostante.

Quando le costole vengono ritrovate intatte, la forma delle faccette articolari vertebrali può aiutare nella differenziazione tra costole umane e non umane, in quanto differiscono tra le specie; tuttavia, quando viene ritrovato solo il corpo centrale, l'identificazione dell'origine può diventare molto più difficile, in quanto nessuna delle caratteristiche diagnostiche sarebbe visibile. L'identificazione può diventare particolarmente intricata in presenza di quelle specie non umane le cui ossa condividono molteplici similarità con quelle umane, e che sono frequentemente ritrovate in contesti archeologici e forensi; le costole frammentate di maiale, ad esempio, comunemente ritrovate, possono essere scambiate per osso umano, nonostante nella stragrande maggioranza dei casi si tratti solo dei resti di un pasto.

Vertebre

Prima di descrivere le vertebre è importante comprendere la struttura generale della colonna vertebrale umana e animale, partendo dall'attaccatura della prima vertebra cervicale al cranio, che si vede nei condili occipitali. La posizione specifica dei condili occipitali differisce tra gli umani e le specie non umane, a causa delle differenze in locomozione e struttura spinale. Nelle specie non umane, la spina è più o meno orientata orizzontalmente, e la testa protrude anteriormente; quindi, il forame magno e i condili occipitali sono localizzati nella parte posteriore del cranio. Negli umani, la spina è orientata verticalmente, quindi il forame magno è localizzato nella parte inferiore del cranio. Nei primati e nelle specie bipedi, il forame magno è situato più anteriormente rispetto ai quadrupedi, tuttavia quello umano è quello più anteriore.

Nelle specie non umane, la flessione del collo è un movimento passivo, essendo assistito dalla gravità, mentre l'estensione è il movimento principale permesso all'articolazione atlanto-occipitale. Quindi, gli animali tendono ad avere forti muscoli cervicali posteriori, attaccature muscolari pronunciate, ed una spessa cresta occipitale. Negli scheletri umani invece, la colonna vertebrale sopporta peso, essendo verticale con il cranio nella sua parte più alta. Quindi, sia la flessione che l'estensione del collo sono assistiti dalla gravità, i muscoli cervicali sono più deboli e la cresta occipitale è molto meno evidente. In contrasto, i crani umani mostrano un importante processo mastoideo, per la presenza di grossi muscoli sternocleidomastoidei, la cui funzione è quella di tirare la testa in avanti da una posizione dorsale e di girare la testa (questi muscoli, quando infiammati, causano spesso tensione e dolore al collo).

Generalmente, i condili occipitali e le faccette articolari superiori dell'atlante (anteriori nei quadrupedi) sono più spesse e più forti nelle specie non umane. Le faccette della prima vertebra sono solitamente a forma di coppa, e l'articolazione atlanto-occipitale tende ad essere simile ad un giunto a cerniera (come nel ginocchio umano); queste caratteristiche garantiscono una maggiore stabilità e mobilità rispetto agli umani. Il totale raggio di movimento all'articolazione atlanto-occipitale è di 90-105 gradi nei mammiferi quadrupedi e di soli 11-13 gradi negli umani.

La colonna vertebrale umana ha una forma ad S se vista lateralmente; questa forma peculiare è uno degli adattamenti dello scheletro umano al bipedismo. In un mammifero quadrupede, la colonna è solo leggermente curvata, e non ha curve multiple come quella umana; questa differenza importante nella curvatura della spina è la ragione dell'aspetto differente di vertebre umane e non umane. Le vertebre umane sono a forma di cuneo, e sono gradualmente più grosse per via del peso crescente che devono sostenere; i corpi vertebrali sono relativamente piatti e ampi, e i processi spinosi sono corti. Al contrario, nei mammiferi non umani i processi spinosi tendono ad essere molto più grossi e lunghi (in particolare nelle vertebre toraciche) e i corpi vertebrali sono più cilindrici, con superfici articolari concavi o convesse, in alcuni casi con un solco ventrale che corre in direzione cranio-caudale. Nei quadrupedi, le vertebre non sostengono un peso crescente come negli umani, quindi i corpi vertebrali sono simili in altezza e lunghezza, ad eccezione delle piccole vertebre caudali. 

I corpi vertebrali degli uccelli sono a forma di sella e fortemente serrati l'uno all'altro, perché la rigidità della colonna è necessaria per il volo; per la stessa ragione, in molti casi le vertebre toraciche sono fuse, e formano il notarium, che in età adulta si fonde con il sinsacro (il sacro fuso con le vertebre lombari e alcune caudali). Ai lati della gran parte delle vertebre cervicali vi sono le ipapofisi, ovvero sottili sporgenze posteriori. Le ultime vertebre caudali si fondono e formano il pigostilo, dove si attaccano i muscoli della coda e le piume. 

Cintura pelvica

La locomozione bipede e il parto hanno reso la pelvi umana diversa da quella degli altri mammiferi. Negli umani, la pelvi è ampia, per contenere gli organi interni, mentre negli animali è lunga, e funge da leva per il movimento antero-posteriore delle zampe. Le ossa pubiche umane si connettono attraverso la sinfisi pubica, un'articolazione fibrocartilaginea; in alcuni mammiferi, la pelvi si fonde lungo la sinfisi. 

Pelvi umana femminile, con sacro e coccige. Source: BoneClones, Inc.

Pelvi di capra

Negli uccelli, la cintura pelvica è formata da ilio, ischio e pube fusi con il sinsacro. Come nel resto dello scheletro aviario, la pelvi comprende molte ossa fuse assieme per dare stabilità, ma è molto leggera, per il volo; lateralmente si vedono solitamente tre forami, ovvero il forame sciatico, il forame otturatorio, e l'acetabolo. 

Pelvi di fagiano, piano frontale e laterale

Alcune specie di mammiferi, in particolari primati, roditori, e carnivori, hanno un osso addizionale chiamato baculum, o osso penico, che ha una struttura astiforme con un solco inferiore per il passaggio dell'uretra. La forma peculiare e l'assenza del baculum nello scheletro umano rendono quest'osso impossibile da scambiare per umano, anche se ritrovato frammentato; inoltre, può cambiare in modo significativo tra le specie, e per questa ragione può essere usato per identificare specifiche specie non umane. 

Ossa degli arti

Le ossa lunghe umane sono generalmente più gracili di quelle non umane, con marcature muscolari meno marcate (con alcune eccezioni) e superfici articolari più lisce, adattate alla locomozione bipede e alla flessibilità delle articolazioni. 

Gli omeri di molti mammiferi, in particolari gli ungulati (con zoccoli) come cavalli, bovini, maiali e cervi, hanno un tubercolo maggiore decisamente più grande rispetto a quello umano; negli animali scavatori come tassi e castori, la tuberosità deltoidea è molto pronunciata. L'epifisi prossimale dell'omero aviario è differente da quella mammifera, in quanto ha una forma a ventaglio. Negli umani, l'omero si attorciglia dalla metà della diafisi all'epifisi distale e mostra diverse creste nella stessa area, ove specie non umane sono particolarmente lisce. La torsione e le creste permettono un maggiore movimento dell'avambraccio, quindi queste caratteristiche sono visibili solo negli omeri degli umani e di quelle specie animali che hanno un movimento più variato dell'avambraccio, come i primati.

Omero umano

Omero di maiale e omero di fagiano

Per le stesse ragioni il radio non umano, in particolare negli ungulati, è più massiccio e senza torsione, perché deve essere capace di sopportare gli arti pesanti in posizione eretta. I radii e le ulne delle specie con mani prensili, inclusi gli umani, hanno un processo stiloideo all'articolazione distale; inoltre, radio e ulna sono di dimensione uguale e hanno un'articolazione prossimale arrotondata e semplice, allo scopo di permettere una flessibile pronazione e supinazione dell'avambraccio. Al contrario, la gran parte dei mammiferi mostra articolazioni complesse, in quanto radio e ulna hanno bisogno di essere rigidamente interconnessi l'uno all'altro per incrementare la stabilità. In animali come pecore e cervi, l'ulna tende ad essere molto più piccola e più densa per via di una cavità midollare molto piccola o non presente e per la mancanza di osso spugnoso interno. Va considerato che in cervi e pecore l'ulna è separata dal radio solo negli individui immaturi, mentre negli adulti è fusa al radio, quindi è molto improbabile che la si ritrovi da sola. Negli uccelli, il radio e l'ulna sono lunghi e sottili; l'ulna aviaria è generalmente caratterizzata dalla presenza di manopole di spoletta, ovvero dossi ossei che corrono lungo la diafisi e che costituiscono l'attaccatura per le piume delle ali (una curiosità interessante: queste stesse manopole sono visibili sugli avambracci dei Velociraptor, a conferma che molti dinosauri fossero coperti di piume e che gli uccelli che vediamo oggi ne siano i discendenti). 

I femori umani hanno teste femorali più arrotondate rispetto a quelle non umane, e queste sono inoltre più grandi relativamente alla dimensione del femore. In generale, i femori umani e non umani, inclusi quelli aviari, sono simili, soprattutto nella diafisi. La linea aspera umana (visibile dopo i tre anni di vita) tende ad essere più marcata, perché gli umani sono bipedi e con le gambe possono fare movimenti molto più complessi e diversificati rispetto ad ogni altra specie non umana. 

La patella è presente sia negli umani (dove la sua ossificazione inizia a 3 anni di vita) che nella gran parte degli uccelli e dei mammiferi, ad eccezione dei marsupiali. Negli umani, le patelle sono ossa sesamoidi circolari/triangolari che proteggono le articolazioni del ginocchio e il tendine del quadricipite, e permettono una flessione del ginocchio più efficiente. Negli altri mammiferi, le patelle sono più robuste, e forniscono un sistema di leva migliore per l'articolazione del ginocchio, che aiuta gli arti posteriori a resistere la gravità; la loro forma varia tra le specie, e può essere triangolare, rotonda, od ovale. Negli uccelli, le patelle sono l'estensione della cresta cnemiale, una protrusione ossea sulla porzione prossimale frontale del tibiotarso. 

La locomozione bipede è all'origine della grossa e spessa superficie prossimale della tibia umana, in quanto quest'osso, col femore, ha una funzione di sopportazione del peso corporeo. Per lo stesso motivo, la tibia umana ha una pronunciata cresta anteriore, che nasce dalla tuberosità tibiale e divide la porzione anteriore della diafisi in superfici mediali e laterali. Negli umani, tibia e fibula permettono la rotazione del piede, mentre nei mammiferi non umani (ad eccezione di maiale, cane e gatto) queste due ossa sono fuse, e solo parte della diafisi o quel che rimane delle estremità del perone sono visibili. La tibia aviaria, chiamato tibiotarso, è generalmente caratterizzata da una piccola cresta prossimo-laterale che sorge in corrispondenza dell'attaccatura con la fibula, e da un canale poco profondo che corre lungo la porzione posteriore e distale della diafisi. 

Le ossa lunghe principali, ovvero omero, radio, ulna, femore e tibia possono essere identificate facilmente come umane o non umane quando le epifisi sono presenti, in quanto queste mostrano chiare differenze tra le specie e sono quindi diagnostiche per la loro identificazione. Quando vi è frammentazione e le epifisi non sono più visibili, la differenziazione tra le ossa lunghe umane e non umane può diventare più difficile. Le diafisi delle ossa lunghe sono molto comunemente ritrovate in contesti sia archeologici che forensi, perché la corticale relativamente spessa permette loro di conservarsi meglio rispetto ad altre ossa. Le diafisi delle ossa lunghe umane e non umane, parzialmente complete o frammentate, senza le epifisi possono essere molto simili. Vi sono alcune specie non umane in particolare, come maiale, pecora e cervo, le cui ossa lunghe possono apparire umane; le ossa lunghe di alcuni uccelli, come pollo o anatra, possono essere identificate erroneamente come ossa umane infantili. In questi casi, l'identificazione della specie è ancora possibile tenendo in considerazione altre caratteristiche, come la forma in sezione trasversale, forami nutritivi, marcature muscolari, o aspetto della corticale. 

 A sinistra: frammento cremato di diafisi femorale umana. La struttura interna, con esteso osso trabecolare, suggerisce la natura umana del frammento

A destra: frammento di diafisi prossimale di radio mammifero. La struttura interna, che NON mostra la presenza di osso trabecolare, suggerisce la natura non umana del frammento

Gli umani hanno 5 metacarpi nella mano e 5 metatarsi nel piede. Sia i metacarpi che i metatarsi sono ossa tubolari, con basi prossimali più o meno quadrate e superfici articolari distali rotonde. Nei mammiferi, metacarpi e metatarsi sono robusti; i metacarpi sono più piccoli, e sono generalmente a forma di D se visti in sezione trasversale, mentre i metatarsi hanno una sezione quadrata. Il numero di metapodi varia nelle specie non umane. Ad esempio, i maiali hanno 4 metapodi per arto, gatti e cani hanno 5 metacarpi e 4 metatarsi, le mucche hanno due metapodi per arto (terzo e quarto) e i cavalli hanno un solo metapodio per arto, che corrisponde al terzo dito, chiamato osso cannone, affiancato da soprossi, ovvero ossa a forma di stecco che sono quel che rimane del secondo e quarto metapodio. Negli uccelli, il carpo-metacarpo è il risultato della fusione tra la fila distale dei carpali e del metacarpo, e il tarso-metatarso è formato dalla fila distale dei tarsali e 4 metatarsi fusi assieme. 

Negli umani, le falangi di mani e piedi sono appiattite sul piano palmare e arrotondate su quello dorsale; le falangi dei piedi sono più piccole e più corte. Le falangi non umane tendono ad avere una o più creste posteriori in direzione prossimo-distale, e massicce superfici articolari che danno stabilità alle zampe. Le falangi distali umane e non umane sono estremamente diverse (ad eccezione dei primati), in quanto nelle specie non umane esse sono costituite da artigli o zoccoli. 

Le ossa carpali e tarsali dei mammiferi hanno la stessa forma base di quelli umani, e in molti casi quando ritrovati completi (e comunque quasi mai soli) possono solo essere identificati come genericamente mammiferi o aviari, ad eccezione del calcagno e del talo/astragalo. Negli uccelli, gran parte dei carpali e tarsali sono fusi.

Le corna e i palchi (le appendici ramificate dei cervi) possono anche non essere presi in considerazione nella differenziazione tra ossa umane e non umane, nonostante ad una prima occhiata potrebbero sembrare ossa lunghe di mammifero. Infatti, i palchi hanno una corticale molto spessa con un aspetto che ricorda le venature del legno, ed un osso spugnoso molto denso, mentre le corna hanno la superficie sia interna che esterna molto più porosa di quella di un osso lungo.

Corna di pecora

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