W sosnowym lesie w wiejskich północno-wschodnich Chinach nierówny stok łupkowy jest pełen pozostałości wymarłych stworzeń sprzed 125 milionów lat, kiedy ta część prowincji Liaoning była pokryta jeziorami słodkowodnymi. Erupcje wulkaniczne regularnie konwulsjonowały w tym czasie, pochłaniając niezliczone miliony gadów, ryb, ślimaków i owadów w popiele. Ostrożnie stąpam między niezliczonymi skamielinami, biorę płytę łupkową niewiele większą od mojej dłoni i walnę ją w krawędź kamiennym młotkiem. Szew rozdziela rybę koloru rdzawego na pół, tworząc lustrzane wrażenia delikatnych płetw i kości cienkich jak ludzkie włosy.
powiązana zawartość
- Gdzie wędrowały dinozaury
- Shocker dinozaurów
Jeden z gwiazdorskich paleontologów w Chinach, Zhou Zhonghe, uśmiecha się. „Niesamowite miejsce, prawda?” on mówi.
W 1995 roku Zhou i koledzy ogłosili odkrycie skamieliny z tej prehistorycznej strefy katastrof, która zapowiadała nową erę paleontologii. Skamielina była prymitywnym ptakiem wielkości wrony, który mógł zostać uduszony oparami wulkanicznymi, które krążyły nad jeziorami przez te miliony lat temu. Nazwali nowy gatunek Confuciusornis, od chińskiego filozofa.
Do tego czasu tylko garść prehistorycznych skamielin ptaków została odkryta w dowolnym miejscu na świecie. Wynika to częściowo z tego, że ptaki, tak jak teraz, były znacznie mniej powszechne niż ryby i bezkręgowce, a częściowo dlatego, że ptaki łatwiej unikały lawin błotnych, dołów smołowych, erupcji wulkanicznych i innych zjawisk geologicznych, które chwytały zwierzęta i zachowały ich ślady przez wieki. Naukowcy zlokalizowali tylko dziesięć nietkniętych skamieniałych szkieletów najstarszego znanego ptaka, Archeopteryx, który żył pod koniec okresu jurajskiego, około 145 milionów lat temu.
Zhou, który pracuje w Instytucie Paleontologii Kręgowców i Paleoantropii (IVPP) Chińskiej Akademii Nauk w Pekinie, wierzył, że niezwykłe złoża kości w Liaoning mogą wypełnić niektóre z wielu pustych miejsc w zapisie kopalnym najwcześniejszych ptaków. Nie mógł być bardziej proroczy. W ciągu ostatnich 15 lat tysiące starożytnych ptaków kopalnych wyłoniło się ze starożytnego jeziora, zwanego formacją Yixian. Region dostarczył także oszałamiające okazy dinozaurów, jakich nigdy wcześniej nie widziano. W rezultacie Chiny były kluczem do rozwiązania jednego z największych pytań w nauce o dinozaurach w ciągu ostatnich 150 lat: prawdziwej relacji między ptakami i dinozaurami.
Pomysł, że ptaki - najbardziej zróżnicowana grupa kręgowców lądowych, z blisko 10 000 żywych gatunków - pochodzi bezpośrednio od dinozaurów, nie jest nowy. Został podniesiony przez angielskiego biologa Thomasa Henry'ego Huxleya w jego traktacie z 1870 r., Dalsze dowody pokrewieństwa między gadami dinozaurów a ptakami . Huxley, znany anatom, być może najlepiej pamiętany ze swojej żarliwej obrony teorii ewolucji Karola Darwina, dostrzegł niewielką różnicę między strukturą kości Compsognathus, dinozaura nie większego niż indyk, a Archeopteryx, który został odkryty w Niemczech i opisany w 1861 roku. Kiedy Huxley spojrzał na strusie i inne współczesne ptaki, zobaczył małe dinozaury. Zauważył, że gdyby kości nóg małego kurczaka zostały powiększone i skamieniałe, „w ich postaciach nie byłoby nic, co powstrzymałoby nas przed skierowaniem ich do Dinozaurów ”.
Jednak przez dziesięciolecia badacze, którzy wątpili w połączenie dinozaura z ptakiem, również przedstawili dobre argumenty anatomiczne. Powiedzieli, że dinozaurom brakuje szeregu cech wyraźnie ptasich, w tym kości wahaczy lub stopionych obojczyków; kości usiane kieszeniami powietrznymi; elastyczne stawy nadgarstka; i trójpalczaste stopy. Co więcej, rzekomy link wydawał się sprzeczny z tym, co wszyscy sądzili, że wiedzieli: że ptaki są małe, inteligentne, szybkie, duszki ciepłokrwiste, podczas gdy dinozaury - od greckiego po „strasznie wielką jaszczurkę” - były zimnokrwistymi, matowymi, plądrującymi, przypominającymi gady stworzeniami .
Pod koniec lat 60. skamieniały szkielet dinozaura z Montany zaczął podważać to założenie. Deinonych, czyli „straszny pazur” po sierpowatym szponie na każdej tylnej łapie, stał około 11 stóp od głowy do ogona i był gibkim drapieżnikiem. Co więcej, jego struktura kości była podobna do Archeopteryx . Wkrótce naukowcy zebrali inne intrygujące dowody fizyczne, odkrywając, że połączone obojczyki były w końcu powszechne u dinozaurów. Kości Deinonych i Velociraptor miały kieszenie powietrzne i elastyczne stawy nadgarstka. Cechy dinozaurów przez cały czas wyglądały bardziej jak ptaki. „Wszystkie te rzeczy zostały wyrwane z definicji bycia ptakiem” - mówi paleontolog Matthew Carrano z Smithsonian National Museum of Natural History.
Ale była jedna ważna cecha, której nie znaleziono u dinozaurów, i niewielu ekspertów czułoby się całkowicie komfortowo, twierdząc, że ciecierzyca i triceratops są spokrewnieni, dopóki nie będą mieli dowodów na brakujące połączenie anatomiczne: pióra.
Biedny chiński rolnik, Li Yingfang, dokonał jednego z największych znalezisk kopalnych wszechczasów w sierpniu 1996 r. W wiosce Sihetun, godzinę jazdy samochodem od miejsca, w którym szukałem ryb kopalnych. „Kopałem dziury do sadzenia drzew” - wspomina Li, który obecnie pracuje na pełen etat w muzeum dinozaurów zbudowanym właśnie w tym miejscu. Z dziury wydobył płytę łupkową o długości dwóch stóp. Doświadczony łowca skamielin, Li rozdzielił płytę i zobaczył stworzenie, jakiego nie widział. Szkielet miał ptasią czaszkę, długi ogon i odciski czegoś, co wyglądało jak pióra.
Z powodu piór Ji Qiang, wówczas dyrektor Narodowego Muzeum Geologicznego, które kupiło jedną z płyt Li, uznał, że jest to nowy gatunek prymitywnego ptaka. Ale inni chińscy paleontolodzy byli przekonani, że to dinozaur.
Podczas wizyty w Pekinie w październiku Philip Currie, paleontolog z Uniwersytetu w Albercie, zobaczył okaz i zdał sobie sprawę, że wywróci paleontologię na głowie. W następnym miesiącu Currie, długoletnia ręka Chin, pokazała jej zdjęcie kolegom na corocznym spotkaniu Society of Vertebrate Paleontology. Zdjęcie ukradło program. „To była niesamowita skamielina” - wspomina paleontolog Hans-Dieter Sues z Narodowego Muzeum Historii Naturalnej. "Rewelacyjny." Zachodni paleontolodzy wkrótce pielgrzymowali do Pekinu, aby zobaczyć skamielinę. „Wrócili oszołomieni” - mówi Sues.
Pomimo piór szkielet nie pozostawiał wątpliwości, że nowy gatunek, zwany Sinosauropteryx, co oznacza „chińskie skrzydło jaszczurki”, był dinozaurem. Żył około 125 milionów lat temu na podstawie datowania pierwiastków promieniotwórczych w osadach otaczających skamieliny. Jego wewnętrzne włókna - długie, cienkie struktury wystające z łuskowatej skóry - przekonały większość paleontologów, że zwierzę było pierwszym upierzonym dinozaurem, jaki kiedykolwiek odkryto. W tym miejscu odkryto kilkanaście dinozaurów z włóknami lub piórami.
Analizując okazy z Chin, paleontolodzy wypełnili luki w zapisie kopalnym i prześledzili ewolucyjne relacje między różnymi dinozaurami. Skamieliny w końcu potwierdziły, dla wszystkich z wyjątkiem kilku sceptyków, że ptaki pochodzą od dinozaurów i są żywymi przedstawicielami linii dinozaurów zwanej Maniraptorans.
Większość dinozaurów nie była częścią linii, która dała początek ptakom; zajmowali inne gałęzie drzewa genealogicznego dinozaurów. Sinosauropteryx w rzeczywistości był tym, co paleontolodzy nazywają dinozaurem nie-ptasim, mimo że miał pióra. Ta wiedza skłoniła paleontologów do zrewidowania ich poglądów na inne dinozaury nie ptasie, takie jak znany Velociraptor zjadacz mięsa, a nawet niektórzy członkowie grupy tyranozaurów. Oni również byli prawdopodobnie ozdobieni piórami.
Obfitość upierzonych skamielin pozwoliła paleontologom zbadać podstawowe pytanie: dlaczego ewoluowały pióra? Dziś jest jasne, że pióra pełnią wiele funkcji: pomagają ptakom utrzymać ciepło ciała, odpychają wodę i przyciągają partnera. I oczywiście pomagają w ucieczce - ale nie zawsze, jak pokazują strusie i pingwiny, które mają pióra, ale nie latają. Wiele pierzastych dinozaurów nie miało skrzydeł lub było zbyt ciężkich, w stosunku do długości ich piór, do latania.
Rozszyfrowanie, w jaki sposób pióra zmieniały się na przestrzeni wieków, od wrzecionowatych włókien do delikatnych instrumentów lotu, rzuciłoby światło na przejście dinozaurów na ptaki i jak dobór naturalny ukształtował tę złożoną cechę. Niewielu naukowców zna starożytne pióra bardziej intymnie niż Xu Xing IVPP. Odkrył 40 gatunków dinozaurów - więcej niż jakikolwiek inny żyjący naukowiec - z całych Chin. Jego biuro w IVPP, po drugiej stronie ulicy od zoo w Pekinie, jest zagracone skamielinami i obsadami.
Xu przewiduje ewolucję piór jako proces przyrostowy. Pióra w najbardziej prymitywnej formie były pojedynczymi włóknami, przypominającymi kolce, wystającymi ze skóry gadziej. Te proste struktury sięgają daleko wstecz; nawet pterodaktyle miały swego rodzaju włókna. Xu sugeruje, że ewolucja piór mogła się rozpocząć u wspólnego przodka pterodaktyli i dinozaurów - prawie 240 milionów lat temu lub około 95 milionów lat przed Archeopteryx .
Po pojawieniu się pojedynczych włókien pojawiło się wiele włókien połączonych u podstawy. Następnie w zapisie kopalnym pojawiły się sparowane kolce wystrzeliwujące z centralnego szybu. W końcu gęste rzędy zazębiających się zadziorów utworzyły płaską powierzchnię: podstawowy plan tak zwanych piórkowych piór współczesnych ptaków. Wszystkie te rodzaje piór znaleziono w odciskach kopalnych teropodów, podrzędnego dinozaura, który obejmuje Tyrannosaurus rex, a także ptaki i inne maniraptorany.
Włókna znajdują się również w innym miejscu w drzewie rodziny dinozaurów, w gatunkach dalekich od teropodów, takich jak Psittacosaurus, roślinożerca o twarzy papugi, który powstał około 130 milionów lat temu. Miał rzadkie pojedyncze włókna wzdłuż ogona. Nie jest jasne, dlaczego włókna pojawiają się w niektórych liniach dinozaurów, ale nie w innych. „Jedną z możliwości jest to, że struktury podobne do piór ewoluowały bardzo wcześnie w historii dinozaurów”, mówi Xu, a niektóre grupy utrzymywały je, podczas gdy inne grupy je utraciły. „Ale w końcu w Maniraptoransie pióra ustabilizowały się i ewoluowały w nowoczesne pióra”, mówi. Lub włókna mogą ewoluować niezależnie w różnych momentach. Jak zauważa Sues: „Wydaje się, że z genetycznego punktu widzenia nie jest wielką sztuczką przekształcenie skali we włókno”.
Początkowo pojedyncze włókna mogły równie dobrze być na wystawie, dinozaura odpowiednika opalizującego upierzenia pawia. Żywe dowody na tę teorię pojawiły się, gdy naukowcy odkryli prawdziwe kolory 125-letnich piór. Ptasie pióra i łuski gadów zawierają melanosomy - małe woreczki zawierające odmiany melaniny pigmentowej. Wielu paleontologów podejrzewało, że pióra dinozaurów również zawierają melanosomy. W laboratorium Mike'a Bentona na Uniwersytecie w Bristolu Zhang Fucheng z IVPP spędził ponad rok na poszukiwaniu melanosomów na zdjęciach skamielin ptaków i dinozaurów wykonanych mikroskopem elektronowym. Staranność Zhanga opłaciła się w 2009 r., Kiedy wskazał melanosomy w Confuciusornis, które zawierały eumelaninę, która nadaje piórom szary lub czarny odcień, oraz feomelaninę, która nadaje im kasztanowy kolor czerwonawo-brązowy. Pióra zwierzęcia miały łaty w kolorze białym, czarnym i pomarańczowo-brązowym.
Sinosauropteryx był jeszcze bardziej oszałamiający. Zhang stwierdził, że włókna ciągnące się po jego grzbiecie i ogonie musiały sprawić, że dinozaur wyglądał jak słup fryzjerski w pomarańczowo-białe paski. Taki żywy wzór sugeruje, że „pióra powstały jako środki do wyświetlania kolorów”, mówi Benton.
Wczesne pióra mogły służyć innym celom. Puste włókna mogą rozpraszać ciepło, podobnie jak obecnie falbany niektórych współczesnych jaszczurek. Inni paleontolodzy spekulują, że pióra najpierw ewoluowały, aby zatrzymać ciepło. Wymowny przykład pochodzi ze skamielin Oviraptora - teropodu odkrytego w Mongolii, który żył około 75 milionów lat temu - kucającego nad gniazdami wypełnionymi jajami. Owiraptory wsunęły nogi w środek sprzęgła i przytuliły się do obrzeży długimi przednimi kończynami - postawa ta była niesamowicie podobna do wylęgających się ptaków utrzymujących jaja w cieple. Dinozaury spokrewnione z Oviraptorem zostały przykryte pióropuszami, co sugeruje, że Oviraptor również. „Siedzenie na takim gnieździe miało sens tylko wtedy, gdy miało pióra”, aby delikatnie izolować młode, mówi Sues.
Pióra oczywiście stały się w końcu narzędziem lotu. Niektórzy paleontolodzy wyobrażają sobie scenariusz, w którym dinozaury wykorzystały pióra, aby pomóc im po raz pierwszy zająć drzewa. „Ponieważ dinozaury miały kostki na zawiasach, nie mogły obracać stóp i nie mogły się dobrze wspinać. Może pióra pomogły im wspinać się po pniach drzew” - mówi Carrano. Młode ptaki głównie zamieszkujące ziemię, takie jak indyki, wykorzystują skrzydła w ten sposób. Pióra mogły stać się coraz bardziej aerodynamiczne przez miliony lat, ostatecznie umożliwiając dinozaurom szybowanie z drzewa na drzewo. Osoby zdolne do dokonania takiego wyczynu mogły dotrzeć do nowych źródeł pożywienia lub lepiej uciec przed drapieżnikami - i przekazać tę cechę kolejnym pokoleniom.
Jednym z najbardziej urzekających okazów wydobywających się z pokładów łupkowych Liaoninga jest Microraptor, który Xu odkrył w 2003 roku. Bantamweight bestia była długa na dwie stopy i przechyliła łuski na zaledwie dwa funty. Microraptor, z rodziny Dromaeosaur, nie był przodkiem ptaków, ale również nie był podobny do żadnego wcześniej odkrytego upierzonego dinozaura. Xu nazywa go „czteroskrzydłowym” dinozaurem, ponieważ miał długie, pióra na swoich rękach i nogach. Ze względu na stopiony mostek i asymetryczne pióra, mówi Xu, Microraptor z pewnością mógłby szybować z drzewa na drzewo, a może nawet byłby lepszy w lataniu pod własną mocą niż Archeopteryx .
W zeszłym roku Xu odkrył inny gatunek czteroskrzydłego dinozaura, również w Liaoning. Oprócz pokazania, że czteroskrzydły lot nie był fartuchem, nowy gatunek, Anchiornis huxleyi, nazwany na cześć Thomasa Henry'ego Huxleya, jest najwcześniej znanym upierzonym dinozaurem. Pochodzi z pokładów jezior jurajskich w wieku 155–160 milionów lat. Odkrycie wyeliminowało ostateczny sprzeciw wobec ewolucyjnego związku między ptakami i dinozaurami. Przez lata sceptycy podnosili tak zwany paradoks czasowy: nie było pierzastych dinozaurów starszych niż Archeopteryx, więc ptaki nie mogły powstać z dinozaurów. Teraz ten argument został rozwiany : Anchiornis jest miliony lat starszy od Archeopteryx .
Czteroskrzydłe dinozaury były ostatecznie martwą gałęzią na drzewie życia; znikają z zapisu kopalnego około 80 milionów lat temu. Ich śmierć pozostawiła tylko jedną linię dinozaurów zdolną do lotu: ptaki.
Kiedy dinozaury ewoluowały w ptaki? Ciężko powiedzieć. „Głęboko w historii ewolucji niezwykle trudno jest wyznaczyć granicę między ptakami a dinozaurami” - mówi Xu. Oprócz drobnych różnic w kształcie kręgów szyi i względnej długości ramion, wczesne ptaki i ich krewniacy z Maniraptoranu, tacy jak Velociraptor, wyglądają bardzo podobnie.
„Gdyby dziś odkryto Archeopteryx, nie sądzę, że nazwałbyś go ptakiem. Nazwałbyś go upierzonym dinozaurem” - mówi Carrano. Nadal jest nazywany pierwszym ptakiem, ale bardziej z powodów historycznych niż dlatego, że jest najstarszym lub najlepszym ucieleśnieniem cech podobnych do ptaków.
Z drugiej strony Confuciusornis, który posiadał pierwszy dziób i najwcześniejszy pygostyl, lub stopione kręgi ogonowe podtrzymujące pióra, naprawdę wygląda jak ptak. „Przechodzi test wąchania” - mówi Carrano.
Ponieważ ostatni z dinozaurów nie-ptasich wymarł 65 milionów lat temu podczas masowego wymierania, które zamknęło kurtynę okresu kredowego, ptaki wyewoluowały inne cechy, które odróżniają je od dinozaurów. Współczesne ptaki mają wyższy metabolizm niż nawet najbardziej zwinny Velociraptor, jaki kiedykolwiek miał. Zęby zniknęły w pewnym momencie w historii ewolucji ptaków. Ogony ptaków skróciły się, ich umiejętności latania poprawiły się, a ich mózgi stały się większe niż u dinozaurów. A współczesne ptaki, w przeciwieństwie do swoich przodków z Maniraptoranu, mają duży palec u nogi, który wystaje z innych palców, co pozwala ptakom na okonie. „Stopniowo przechodzisz od długich ramion i ogromnych dłoni niewirusowych maniraptoranów do czegoś, co wygląda jak skrzydło kurczaka, które dostajesz w KFC”, mówi Sues. Biorąc pod uwagę zakres tych ptasich adaptacji, nic dziwnego, że ewolucyjny związek między dinozaurami i ptakami, jakie znamy, pozostawał ukryty, dopóki paleontolodzy nie zaczęli analizować bogatych zapisów kopalnych z Chin.
Chaoyang to ponure chińskie miasto z zakurzonymi ulicami; w ciemniejszych zakątkach przypomina piaszczyste XIX-wieczne amerykańskie miasta wydobywające węgiel. Ale dla kolekcjonerów skamieniałości Chaoyang jest rajem, zaledwie godzinę jazdy od jednych z najbardziej produktywnych łóżek formacji Yixian.
Jedna ulica jest wyłożona sklepami sprzedającymi yuhuashi lub skamieniałości ryb. Skamieliny oprawione w łupek, często w pary lustrzanych odbić, można kupić za dolara lub dwa. Popularnym przedmiotem jest mozaika, w której kilkadziesiąt małych płyt tworzy mapę Chin; ryby kopalne wydają się pływać w kierunku stolicy, Pekinu (i żadna mapa nie jest kompletna bez ryb reprezentujących Tajwan). Kupcy sprzedają skamieniałe owady, skorupiaki i rośliny. Czasami, pomimo przepisów zabraniających handlu skamielinami o wartości naukowej, wiadomo, że mniej skrupulatni dilerzy sprzedają skamieliny dinozaurów. Najważniejsze okazy, jak mówi Zhou, „nie zostały odkryte przez naukowców w miejskich sklepach ze skamielinami, ale w domach dealerów lub rolników, którzy je wykopali”.
Oprócz Sinosauropteryx kilka innych odkrytych okazów wyszło na jaw raczej dzięki amatorom niż podczas badań naukowych. Wyzwaniem dla Zhou i jego współpracowników jest znalezienie gorących okazów, zanim znikną one w prywatnych kolekcjach. Tak więc Zhou i jego kolega Zhang Jiangyong, specjalista od starożytnych ryb w IVPP, przybyli do prowincji Liaoning, aby sprawdzić skamieliny, które ostatnio dostali handlarze przyjaźni dla ich sprawy.
Większość zapasów w sklepach ze skamielinami pochodzi od rolników, którzy włamują się do złóż kopalnych, gdy nie zajmują się swoimi polami. Mały, dobrze zachowany okaz rybny może dać swojemu celownikowi równowartość 25 centów, co wystarczy na gorący posiłek. Upierzony dinozaur może zarobić kilka tysięcy dolarów, roczny dochód lub więcej. Ta niszczycielska, jak na złoża kopalne, gospodarka paleo pomogła przepisać prehistorię.
Zhou podnosi płytę i patrzy na nią przez okulary w drucianych oprawkach. „Przewodniczący, chodź tu i spójrz” - mówi Zhou do Zhanga (który zasłużył sobie na żartobliwy przydomek przewodniczącego związku pracowników IVPP). Zhang bada okaz i dodaje go do stosu, który zostanie przewieziony z powrotem do Pekinu na badania - i jeśli będą mieli szczęście, odsłonią kolejną ukrytą gałąź drzewa życia.
Richard Stone napisał o pogrzebie Stonehenge, rzadkiej antylopy i tajemniczych tybetańskich wież dla Smithsoniana .
Kluczowym chińskim odkryciem był prymitywny ptak o imieniu Confuciusornis, zidentyfikowany przez Zhou Zhonghe. (Stefen Chow) 
Odkrywca większej liczby gatunków dinozaurów niż jakikolwiek inny żyjący naukowiec, Xu Xing, z obsadą Psittacosaurus o twarzy papugi, mówi, że niektóre dinozaury mają cechy ptasie, w tym pióra. (Stefen Chow) 
Formacja Yixian przyniosła również Sinosauropteryx , pierwsze fizyczne dowody upierzonego dinozaura. (IVPP, Pekin) 
Niektóre z jego skamielin są tak dobrze zachowane, że naukowcy widzą ślady struktur komórkowych zawierających pigmenty. Odkrycie doprowadziło do kolorowych widoków zwierzęcia wielkości kota, aż po pasiasty ogon. (Chuang Zhao i Lida Xing) 
Autor, Richard Stone, na stronie kopalnej. (Dzięki uprzejmości Richarda Stone'a) 
Podręczniki mówią, że Archeopteryx, który żył około 150 milionów lat temu, był pierwszym ptakiem. (Roger Peterson / National Geographic Stock) 
Niektórzy paleontolodzy twierdzą, że Archeopteryx mógł być upierzonym dinozaurem nie-ptasim. (Kim Amos / Science Photo Library / Photo Researchers) 
Niektóre dinozaury zachowywały się wyraźnie jak ptaki, takie jak gniazdowanie i wylęganie. Pokazano tu częściowo zrekonstruowaną skamielinę Oviraptor z Mongolii z 20 jajami. (Getty Images) 
Jedna z najbardziej nieoczekiwanych chińskich skamielin w Microraptor . Miał cztery opierzone kończyny i prawie na pewno mógł latać. Ale w przeciwieństwie do ptaków, nie uniknął wyginięcia. (Matt Cashore / University of Notre Dame) 
W ciągu ostatnich 15 lat tysiące starożytnych ptaków kopalnych wyłoniło się ze starożytnego jeziora, zwanego formacją Yixian. (Guilbert Gates)
