Kiedy echa dinozaurów przebijających się przez lasy i przelewających się przez kaniony uciszyły 66 milionów lat temu podczas ich wyginięcia, świat nie ucichł - ssaki skakały i rozmawiały w cieniach, wypełniając puste przestrzenie nowymi i szybko ewoluującymi gatunkami. Naukowcy uważają, że pierwsze łożyska pojawiły się w tym czasie, kładąc podwaliny pod największą obecnie żyjącą grupę ssaków, w tym nas.
Paleocen - epoka po wyginięciu dinozaurów nie-ptasich - oznacza jeden z najważniejszych okresów ewolucji ssaków, ale badacze nie rozumieją, jak i dlaczego ssaki ewoluowały tak szybko w tym czasie. Szybka ewolucja ma tendencję do masowego wyginięcia, ale naukowcy też nie rozumieją tego wzoru, mówi Tom Williamson, paleontolog z Muzeum Historii Naturalnej i Nauki w Nowym Meksyku w Albuquerque. „To jest ten, którego jesteśmy częścią, nasi przodkowie wywodzili się w tym czasie i jest to bardzo słabo zrozumiane”, mówi Williamson.
Właśnie dlatego on i zespół sześciu innych naukowców ze Stanów Zjednoczonych, Szkocji, Chin i Brazylii współpracują ze sobą, aby drażnić dziesiątki skamielin ssaków z pierwszych 12 milionów lat po zniknięciu dinozaurów, aby stworzyć jak dotąd najbardziej szczegółowe drzewo genealogiczne wczesnych ssaków. Będą musieli przeanalizować skomplikowane struktury szkieletowe - w tym kości ucha i przypadki mózgu - w celu rozróżnienia gatunków, ale tradycyjne skany rentgenowskie nie zawsze mogą wykryć te drobiazgi. Zespół nawiązał więc wyjątkową współpracę z Los Alamos National Laboratory (LANL) w Nowym Meksyku w celu generowania zdjęć w wysokiej rozdzielczości przy użyciu najnowocześniejszego skanera neutronowego. Williamson jest pierwszym paleontologiem, który współpracuje w ten sposób z laboratorium, które ma korzenie w obronie jądrowej. Partnerstwo pokazuje, w jaki sposób technologia nuklearna, która może ostatecznie nas wymazać, ponieważ gatunek, również wygenerowała innowacje, takie jak skaner neutronów, które mogą pomóc nam zrozumieć nasze pochodzenie jako gatunek.
Zanim zniknęły dinozaury, jedną z najczęstszych i najróżniejszych grup ssaków krążących wokół planety były stworzenia podobne do gryzoni zwane wieloguzkowcami. Niektóre z nich przetrwały wyginięcie, mierząc wielkość małych myszy. Ale nowe grupy ssaków również zaczęły pojawiać się po wyginięciu i szybko się zmieniły. „Przechodzisz od kota wielkości ssaka do czegoś, co jest wielkości człowieka w ciągu około 300 000 lat, co jest bardzo szybkie”, mówi Williamson, zauważając, że to szybkie tempo jest częścią tego, co czyni ten okres szczególnie interesującym, ale jednocześnie stanowi wyzwanie Rozumiesz.
Tom Williamson rejestruje znalezisko skamielin na swoim polu w dorzeczu San Juan w północno-zachodnim Nowym Meksyku. (Laura Poppick) Aby dostać się do głównego pola, na którym Williamson znalazł wiele dowodów na to życie, jedziemy kilka godzin na północny zachód od Albuquerque w głąb Badlands San Juan Basin. Po przyjeździe przechodzimy przez jałowe szare wzgórza koloru księżycowego pyłu, które kiedyś były brzegami rzeki. Teraz erodują na wietrze, powoli rozlewając pozostałości starożytnego ekosystemu. To jedno z najlepszych miejsc na świecie, w którym można znaleźć szczątki ssaków z tego okresu, wyjaśnia Williamson, gdy schodzimy do płaskiej depresji, gdzie miał szczególne szczęście w swoich dziesięcioleciach polowań na skamieliny.
Zaczynam ćwiczyć oczy w poszukiwaniu skamielin pośród gruzu na ziemi i podnoszę kawałek biało-szarej skały wielkości mojej pięści. Ma ziarno kierunkowe, które dla mnie wygląda jak kość. Pokazuję to Williamsonowi, a on potrząsa głową. „Po prostu skamieniałe drewno”, mówi, nie pod wrażeniem wielomilionowego drzewa, które zmieniło się w kamień tak jak ja.
W ciągu następnych kilku godzin bardziej intensywnie trenuję oczy i znajduję mnóstwo innych skamielin: skorupy żółwia, skórki jaszczurki, łuski ryb i wiele innych. Ale Williamson naprawdę chce szczątków ssaków, zwłaszcza zębów i czaszek zwierząt, w tym Eoconodon coryphaeus - małego wszystkożerca wielkości kota zdolnego do wspinania się - i Bathmodon Pantolambda, owca roślinożernego wielkości, który pozostawał bliżej ziemi. Szuka zębów i czaszek, ponieważ inne części szkieletów ssaków wyglądają uderzająco podobnie, jeśli ewoluowały, by wytrzymać te same warunki środowiskowe. „Ten rodzaj głupstwa sprawia, że myślisz, że są ze sobą blisko spokrewnieni” - wyjaśnia Williamson.
Jednak niektóre struktury, w tym kości ucha, nie są tak podatne na tak zwaną zbieżną ewolucję, ponieważ uszy nie są tak łatwo kołysane przez środowisko, jak inne części ciała, mówi Williamson. Małe dziury w czaszce, w których naczynia krwionośne i nerwy łączą mózg z resztą ciała, są szczególnie pomocnymi identyfikatorami różnych gatunków, mówi Michelle Spaulding, paleontolog z Purdue University Northwest w Westville, Indiana zaangażowana w badanie. „Mogą one tworzyć bardzo diagnostyczne wzorce w obszarze ucha, które pomagają nam określić, do której grupy będzie należeć zwierzę” - zauważa.
Ale te dziury są małe i niemożliwe do zbadania gołym okiem, dlatego właśnie tam współpraca zespołu z Los Alamos National Laboratory staje się kluczowa dla projektu. Laboratorium obsługuje jedne z najbardziej energooszczędnych skanerów rentgenowskich i neutronowych na świecie, które mogą generować obrazy o najwyższej rozdzielczości, mówi Ron Nelson, naukowiec z laboratorium w Neutron Science Center. W zeszłym roku przetestował skaner neutronów na dużej czaszce dinozaura z Williamsonem, z powodzeniem generując skan o najwyższej rozdzielczości czaszki tyranozaura, jaki kiedykolwiek ukończono. Dzięki zaufaniu do technologii przeszli teraz do obrazowania mniejszych struktur ssaków.
Laboratorium narodowe Los Alamos zostało zbudowane w 1943 r. Do badań nad obroną jądrową związanych z projektem Manhattan, staraniami o opracowanie pierwszej broni nuklearnej podczas II wojny światowej. Od tego czasu coraz bardziej rozszerza współpracę z naukowcami, od botaników po fizyków, szczególnie w Neutron Science Center, które obejmuje pół kilometrowy akcelerator generujący neutrony - nienaładowane cząstki znajdujące się w atomach, które oferują przewagę obrazową nad elektronami stosowanymi w X -rays.
Podczas gdy promienie X są absorbowane przez i są dobre w obrazowaniu gęstych materiałów, neutrony wykrywają kompozycję w atomach, niezależnie od gęstości. Oznacza to, że neutrony mogą przenikać materiały i przechwytywać obrazy, których promieniowanie rentgenowskie nie jest w stanie. Klasycznym przykładem pokazującym to zjawisko jest obraz róży w ołowianej kolbie. „Neutrony są bardziej wrażliwe na kwiat, dzięki czemu można zobrazować kwiat w ołowiu”, mówi Nelson.
Obrazowanie neutronowe ma wiele zastosowań w wykrywaniu materiałów wybuchowych i materiałów jądrowych. Ale oferuje także nowe rozwiązania do obrazowania skamielin utkniętych w środku i zasłoniętych gęstymi minerałami w skałach. Oderwanie skamielin od skały zniszczyłoby próbkę, więc skanowanie neutronów daje naukowcom nieniszczącą alternatywę - chociaż próbki stają się radioaktywne przez pewien czas po skanie, zauważa Williamson. Jego próbki są zwykle bezpieczne po kilku dniach, ale inne materiały pozostałyby radioaktywne znacznie dłużej, w zależności od ich składu.
Nelson twierdzi, że partnerstwo z paleontologami jest korzystne dla obu stron, ponieważ stanowi wyzwanie dla laboratorium w przezwyciężaniu nowych problemów. „Ulepszając nasze techniki na ich próbkach, poprawiamy zdolność do rozwiązywania innych problemów, które staramy się rozwiązać”, mówi.
Skan neutronowy (po lewej) i skan rentgenowski (po prawej) mogą oferować dodatkowe zdjęcia do badania różnych składników skamielin. (Los Alamos National Laboratory) Oprócz skanowania skamielin zespół zajmie się chemią zębów różnych gatunków, aby dowiedzieć się więcej o klimacie, w którym żyły zwierzęta. Zespół przyjrzy się również danych dotyczących związków molekularnych między współczesnymi ssakami i ich związku z niektórymi z tych wymarłych gatunki. Pomaga to zapewnić kalibrację czasu i rusztowanie dla drzewa, ale dane molekularne wciąż mają wiele luk, które należy wypełnić. Dlatego tak ważne jest przeprowadzenie tych dogłębnych analiz kopalnych, mówi Anjali Goswami, paleontolog z Natural History Museum w Londynie, które również bada wczesną ewolucję ssaków, ale nie bierze udziału w tej pracy.
„Jedną z najważniejszych rzeczy do zrobienia jest poszukiwanie skamielin i poszukiwanie nowych stron, które nie są dobrze zrozumiane”, mówi, zauważając, że niedoszacowane regiony w Indiach i Argentynie, w których pracuje, również mogą pomóc wypełnić luki w zagadka wczesnej ewolucji ssaków.
Powstałe drzewo genealogiczne zapewni trampolinę do zbadania dalszych szczegółów na temat tych starożytnych stworzeń, w tym różnych rodzajów krajobrazów i środowisk, przez które wędrują, mówi Spaulding.
„Gdy odkryjemy, w jaki sposób wszystko jest ze sobą powiązane, możemy zacząć zadawać bardziej interesujące pytania dotyczące ewolucji ssaków”, mówi.
