Πώς οι δεινόσαυροι έγιναν πουλιά

Πώς οι δεινόσαυροι έγιναν πουλιά

Απολίθωμα του φτερωτού δεινόσαυρου Ζενγιουάνλονγκ από το Ζιντζού της Κίνας, ένα από τα πολλά απολιθώματα που ανακαλύφθηκαν πρόσφατα και τεκμηριώνουν την εξελικτική πορεία από τους δεινόσαυρους σε πουλιά

Πληθώρα απολιθωμάτων δεινοσαύρων με φτερά ανακαλύφθηκαν τις τελευταίες δύο δεκαετίες στην επαρχία Λιαονίνγκ της Κίνας, σχηματίζοντας ένα είδος δειγματολογίου, για τη μετεξέλιξη των θηριωδών δεινοσαύρων στα σημερινά πουλιά. Από την εποχή του Δαρβίνου, οι επιστήμονες αναρωτιόνταν πώς η εξέλιξη παράγει νέες, ριζικά διαφορετικές ομάδες ζώων, όπως τα πτηνά. Συμβαίνει απότομα, ως αποτέλεσμα μιας παράξενης μετάλλαξης που μπορεί να κάνει ένα δεμένο με τη γη ζώο να γίνει άρχοντας των ουρανών; `Η μήπως αυτές οι νέες ομάδες ζώων σχηματίζονται πιο αργά, καθώς τα βιολογικά είδη προσαρμόζονται στο περιβάλλον καθώς αυτό αλλάζει διαρκώς στο πέρασμα εκατομμυρίων ετών; Ο φτερωτός δεινόσαυρος Ζενγιουανλόνγκ και άλλα απολιθώματα από το Λιαονίνγκ και άλλες περιοχές, αρχίζουν να δίνουν την απάντηση.
Τα πουλιά έχουν πολλά χαρακτηριστικά που τα κάνουν να ξεχωρίζουν από όλα τα άλλα είδη των σύγχρονων ζώων. Πέρα από τα χαρακτηριστικά που τους επιτρέπουν να πετούν, διαθέτουν υψηλούς ρυθμούς μεταβολισμού, που τα κάνουν να αναπτύσσονται εκπληκτικά γρήγορα, μεγάλους εγκεφάλους σε σχέση με το μέγεθος του σώματός τους, που τα κάνουν αρκετά έξυπνα και οξείες αισθήσεις. Τα πουλιά είναι τόσο ξεχωριστά, που το ερώτημα της προέλευσής τους πάντα κινούσε μεγάλο επιστημονικό ενδιαφέρον.

Το πρώτο ιπτάμενο ζώο

Λίγα χρόνια μετά τη δημοσίευση του μνημειώδους έργου του Δαρβίνου «Για την προέλευση των ειδών», το 1859, εργάτες ενός λατομείου στη Βαυαρία άνοιξαν ένα μεγάλο μπλοκ ασβεστόλιθου, που περιείχε τον ηλικίας 150 εκατομμυρίων ετών σκελετό ενός τρομακτικού όντος. Είχε κοφτερά νύχια και μακριά ουρά σαν ερπετό, αλλά είχε φτερά και πτέρυγες σαν πουλί. Ο βιολόγος Τόμας Χάξλεϊ το ονόμασε Αρχαιοπτέρυξ και διαπίστωσε ότι είχε ομοιότητες με τους Κομψόγναθους, μικρούς σαρκοφάγους δεινόσαυρους, απολιθώματα των οποίων είχαν αρχίσει να ανακαλύπτονται την ίδια εποχή. Ετσι διατύπωσε τη ριζοσπαστική για την εποχή ιδέα ότι τα πτηνά προέρχονται από τους δεινόσαυρους. Αλλοι επιστήμονες διαφώνησαν και η αντιπαράθεση συνεχίστηκε επί 100 χρόνια.
Τον νικητή αυτής της θεωρητικής διαφωνίας, έδωσε - όπως συμβαίνει σε τέτοιες περιπτώσεις - η πράξη και συγκεκριμένα η ανακάλυψη νέων απολιθωμάτων. Η ανακάλυψη του πτηνόμορφου Δεινόνυχου στα μέσα της δεκαετίας του 1960 έκανε τον Τζον Οστρομ να υποθέσει ότι πρέπει να είχε και φτερά, αλλά οι μαλακοί ιστοί σπάνια αποτυπώνονται στα απολιθώματα και αυτό δεν είχε συμβεί με το συγκεκριμένο απολίθωμα Δεινόνυχου. Το 1996, προς το τέλος της επιστημονικής του καριέρας του Οστρομ, ένας επιστήμονας που είχε επισκεφθεί πρόσφατα την Κίνα επιδίωξε να συναντήσει τον Οστρομ, για να του δείξει μια φωτογραφία απολιθώματος, που γύρω του είχε μια άλω, από υλικό που έμοιαζε με φτερά. Το απολίθωμα είχε δημιουργηθεί απότομα, όταν το ζώο καλύφθηκε από ηφαιστειακή τέφρα σε ένα περιστατικό αντίστοιχο με εκείνο της Πομπηίας. Ηταν ο Σινοσαυροπτέρυξ, προερχόμενος από την περιοχή Λιαονίνγκ της Κίνας. Σήμερα έχουν ανακαλυφθεί στην περιοχή αυτή πάνω από 20 είδη φτερωτών δεινοσαύρων, ξεκινώντας από έναν εννιάμετρο ξάδερφο του Τυραννόσαυρου Ρεξ, μέχρι φυτοφάγα μεγέθους σκύλου και ανεμοπορούντες δεινόσαυροι μεγέθους κορακιού, με πλούσιο φτέρωμα.

Δεινόσαυροι του σήμερα

Οι δεινόσαυροι του Λιαονίνγκ έδωσαν τις αποδείξεις για να γείρει οριστικά η πλάστιγγα στο συμπέρασμα ότι τα πουλιά είναι προϊόν της βιολογικής εξέλιξης των δεινοσαύρων. Αυτή η διατύπωση είναι και λίγο παραπλανητική καθώς μοιάζει να πρόκειται για διαφορετικές ομάδες ζώων. Στην πραγματικότητα, τα πουλιά είναι δεινόσαυροι. Είναι μια από τις πολλές υποομάδες, που μπορούν να πάνε πίσω στο γενεαλογικό τους δέντρο ως είδη, μέχρι τον Τρικεράτοπα και τον Βροντόσαυρο. Τα πουλιά είναι δεινόσαυροι με τον ίδιο παρεκκλίνοντα τρόπο, που οι νυχτερίδες είναι θηλαστικά που πετάνε.
Τα πουλιά είναι τύπος θηριόποδων, της ομάδας στην οποία ανήκαν τα τεράστια σαρκοφάγα Τυραννόσαυρος Ρεξ, Αλλόσαυρος και Σπινόσαυρος. Αλλά οι κοντινότεροι συγγενείς τους είναι τα μικρότερα, πιο έξυπνα θηριόποδα, οι ράπτορες, που περιλάμβαναν τον Βελοσιράπτορα, τον Δεινόνυχο του Οστρομ και τον Ζενγιουανλόγνκ της Λιαονίνγκ. Κάπου μέσα σε αυτό το «σμήνος» φτερωτών ειδών βρίσκεται η διαχωριστική γραμμή ανάμεσα στα μη ιπτάμενα και στα ιπτάμενα ζώα.
Οι επιστήμονες εφαρμόζουν τεχνολογίες αιχμής στα απολιθώματα αυτών των ζώων - υπολογιστικές τομογραφικές σαρώσεις για να οπτικοποιήσουν την ανατομία τους, υπολογιστικές αναλύσεις για την οικοδόμηση των οικογενειακών τους δέντρων, υπολογιστικά μοντέλα για το πώς κινούνταν αυτά τα ζώα και προχωρημένες στατιστικές τεχνικές για την ανίχνευση των αλλαγών μέσω των οποίων η εξέλιξη παράγει νέα είδη και σχέδια σώματος.

Φτερά

Η πρώτη εμφάνιση των φτερών είναι στο επίκεντρο του αινίγματος της εξέλιξης που οδήγησε στα πτηνά. Τα φτερά είναι χαρακτηριστικό στοιχείο των πουλιών. Αν δει κάποιος έναν αετό ή ένα παγόνι καταλαβαίνει αμέσως περί τίνος πρόκειται. Πρέπει να είναι πουλί, γιατί αντίθετα από τα θηλαστικά, τα ερπετά και οποιαδήποτε άλλη κατηγορία ζώων που υπάρχουν σήμερα, μόνο τα πουλιά έχουν φτερά. Τα φτερά επιτελούν πολλαπλούς ρόλους: επιτρέπουν την πτήση, εντυπωσιάζουν το ταίρι ή τον αντίπαλο που διεκδικεί το ταίρι, επιτρέπουν να κρατηθούν ζεστά τα αυγά στη φωλιά. Είναι δύσκολο να ξεχωρίσει κανείς το λόγο για τον οποίο πρωτοεμφανίστηκαν.
Ο Σινοσαυροπτέρυξ και άλλα απολιθώματα του Λιαονίνγκ κάνουν ξεκάθαρο ένα πράγμα: Τα φτερά δεν εμφανίστηκαν ξαφνικά με τα πρώτα πτηνά, αλλά έκαναν το ντεμπούτο τους πολύ νωρίτερα, στους πιο μακρινούς δεινόσαυρους προγόνους τους. Αυτά τα πρώτα φτερά ήταν πολύ διαφορετικά από τα φτερά των σημερινών πουλιών. Εμοιαζαν λίγο σαν τρίχωμα. Με κανέναν τρόπο δεν θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για πτήση. Αλλωστε, οι φορείς τους δεν διέθεταν πτέρυγες. Τα πρώτα φτερά ίσως εμφανίστηκαν ως μέσο που επέτρεπε στους δεινόσαυρους να διατηρήσουν τη θερμοκρασία του σώματός τους. Μια υποομάδα θηριόποδων, οι μανιράπτορες ανέπτυξαν στην πορεία πιο μακριά φτερά, που άρχισαν να μοιάζουν με τα σημερινά, που έχουν ένα σκληρό στέλεχος, από το οποίο ξεκινούν προεκτάσεις προς τα πλάγια. Στην εξέλιξη τα φτερά άρχισαν να σχηματίζουν αλλεπάλληλες στρώσεις στους βραχίονες των δεινοσαύρων αυτών, ενώ κάποια είδη, όπως οι Μικροράπτορες, είχαν φτερά τόσο στην ουρά, όσο και στα πόδια, διάταξη που δεν υπάρχει σε κανένα σύγχρονο πουλί.

Εξοπλισμός πολλών χρήσεων

Μια λογική εξήγηση είναι ότι οι μανιράπτορες καθώς εξελίσσονταν με σώματα όλο πιο ελαφριά και κατάλληλα για πτήση, εξέλισσαν ταυτόχρονα και τα φτερά τους. Αλλά μια βαθύτερη ματιά στα απολιθώματα που βρέθηκαν δείχνει ότι ο Μικροράπτορας πιθανότατα μπορούσε να ανεμοπορεί, ενώ άλλα είδη όπως το Ζενγιουανλόνγκ ήταν καθηλωμένα στο έδαφος. Επιπλέον, κανένας από τους φτερωτούς δεινόσαυρους δεν είχε τους συγκριτικά τεράστιους μύες στήθους που χρειάζονται για την πτήση, ούτε άλλα ανατομικά χαρακτηριστικά, που δίνουν αντοχή στις δυνάμεις που προκαλούνται από τη γρήγορη κίνηση μέσα στον αέρα.
Οι πιο πρόσφατες μελέτες δείχνουν ότι τα φτερά εξελίχτηκαν από την αρχική απλή μορφή τους στην πιο πλουμιστή, επειδή έδιναν πλεονέκτημα ως μέσο επίδειξης. Μικροσκοπική ανάλυση απολιθωμένων φτερών έδειξε ότι ήταν πολύχρωμα έως και ιριδίζοντα. Οι δεινόσαυροι που τα ανέπτυξαν για λόγους εντυπωσιακής εμφάνισης βρέθηκαν να διαθέτουν μεγάλες επιφάνειες, που προεξείχαν από τα άκρα τους και λόγω των νόμων της φυσικής, είχαν αεροδυναμικές λειτουργίες. Μπορεί να προέκυψε εξελικτικά πολλές φορές και παράλληλα το φαινόμενο κάποιοι μανιράπτορες την ώρα που έκαναν άλματα να διαπιστώνουν ότι μπορούσαν να κρατηθούν στον αέρα αρκετά, ώστε να φτάσουν από το ένα κλαδί στο άλλο. Στην πορεία κάποια είδη μανιραπτόρων έγιναν μικρότερα σε μέγεθος, ανέπτυξαν πιο δυνατούς μύες στήθους και πιο μακριούς βραχίονες, έχασαν τις δεινοσαυρικές μακριές ουρές τους και μετατράπηκαν σε πτηνά.

Αλμα στον ουρανό

Τα μακριά, ευθεία πόδια, με τρία λεπτά δάχτυλα των σημερινών πουλιών, πρωτοεμφανίστηκαν πριν από 230 εκατομμύρια χρόνια, σε μερικούς από τους πιο πρωτόγονους δεινόσαυρους, στο πλαίσιο μιας εξελικτικής διαδικασίας που έδινε πλεονέκτημα σε εκείνους που περπατούσαν στα δύο πόδια, ιδίως από πλευράς ταχύτητας και κυρίως στους σαρκοφάγους. Κάποιοι απ' αυτούς εξελίχτηκαν, ώστε τα δύο τμήματα της κλείδας τους να συγκολληθούν στο γνωστό σήμερα διχαλωτό κόκκαλο γιάντες των πουλιών. Αυτή η μικρή αλλαγή έκανε πιο ανθεκτικούς τους ώμους τους καθώς τραβούσαν τη σάρκα που είχαν δαγκώσει. Σε όσους εξελίχτηκαν σε πουλιά, το γιάντες ήταν διαθέσιμο εκεί, για αποθήκευση ενέργειας από την κίνηση των πτερύγων κατά το πέταγμα. Τα κούφια οστά των σημερινών πτηνών, εκτός από μείωση του βάρους, τους επιτρέπουν να έχουν και αποτελεσματικότερη πρόσληψη οξυγόνου απαραίτητη για το γρήγορο μεταβολισμό τους. Κούφια οστά είχαν και πολλοί δεινόσαυροι 100 εκατομμύρια χρόνια πριν την εμφάνιση των πουλιών, ενώ η μικροσκοπική δομή των απολιθωμάτων των οστών τους δείχνει ότι οι δεινόσαυροι με κούφια οστά είχαν μεταβολισμούς κάπου ανάμεσα στον αργό μεταβολισμό των ερπετών και στον ταχύτατο των σημερινών πτηνών.
Οι εξελικτικές τάσεις στους δεινοσαύρους που οδήγησαν στα πουλιά δεν σταματούν εδώ. Σε μια πορεία 50 εκατομμυρίων ετών, πολλές υποομάδες δεινοσαύρων αποκτούσαν σταδιακά όλο και μικρότερο μέγεθος. Επίσης, διαπιστώθηκε ότι οι Βελοσιράπτορες και άλλοι φτερωτοί μανιράπτορες είχαν συγκριτικά μεγάλους εγκεφάλους, ειδικά στο μετωπιαίο τμήμα, γεγονός που τους έκανε πιο έξυπνους. Τα πουλιά έχουν επίσης συγκριτικά μεγάλο μετωπιαίο λοβό, που τα βοηθά στις υψηλές απαιτήσεις της διαδικασίας της πτήσης και της πλοήγησης μέσα στον τρισδιάστατο χώρο του ουρανού. Το σώμα των πουλιών προέκυψε βήμα βήμα στον εξελικτικό χρόνο και η μετάβαση από το δεινόσαυρο στο πουλί, από το καθηλωμένο στη γη ζώο στο πτηνό, δεν έγινε μονομιάς, αλλά μέσα από δεκάδες εκατομμύρια χρόνια σταδιακής εξέλιξης.

Επιμέλεια:
Σταύρος ΞΕΝΙΚΟΥΔΑΚΗΣ
Πηγή: «Scientific American»