Kaip paukščiams atsirado sparnai? Atsakymą mokslininkai mano radę dinozauruose

Jei Tokijo universiteto tyrėjai yra teisūs, tokia fosilijų laikysena gali padėti išsiaiškinti, kaip skraidantieji Žemės stuburiniai pakilo į dangų.

Sparnų – pakankamai galingų, kad pakeltų stuburinius nuo žemės – evoliucija yra viena didžiausių paleontologijos paslapčių. Pterozaurai garsėja tuo, kad jie yra pirmieji žinomi stuburiniai gyvūnai, kuriems beveik prieš 200 mln. metų pavyko pakilti į orą. Tačiau šie didžiuliai senoviniai ropliai nebuvo dinozaurai (taip, perskaitėte teisingai.

Pterozaurai nebuvo dinozaurai – bet juos galima vadinti dinozaurų pusbroliais) – tad tiesioginiams paukščių protėviams teko patiems išrasti, kaip skraidyti.

Paukštiniai dinozaurai iš dvikojų plunksnuotų teropodų išsivystė daug vėliau – praėjus 80 mln. metų ar ir daugiau po to, kai pterozaurai jau buvo pradėję stuburinių skrydžius.

Nepaisant šių labai skirtingų kilmės istorijų, paukščiai, norėdami išsilaikyti ore, naudoja stulbinamai panašią į pterozaurų turėtą struktūrą – kuri, kaip ir plunksnos, atrodo, išsivystė gerokai anksčiau nei pats skrydis.

Tai membrana, vadinama propatagiumu, esanti visuose šiandien gyvenančiuose stuburiniuose, kurie mojuoja sparnais – įskaitant paukščius ir šikšnosparnius. Panašią struktūrą, esančią viršutinėse galūnėse, turi net it kai kurie sklandantys žinduoliai.

Geriausias būdas įsivaizduoti propatagiumą – ištiesti ranką į šoną sulenkta alkūne ir riešu. Dabar įsivaizduokite plačią sausgyslę, besitęsiančią nuo peties iki riešo ir sudarančią sparno „priekinį kraštą“.

Šis „tiltas“ leidžia skraidantiems paukščiams plasnojant vienu metu sulenkti ir ištiesti „riešą“ bei „alkūnę“. Ši struktūra iš esmės suteikia paukščio skrydžiui keliamąją jėgą ir leidžia gyvūnui vienu metu valdyti du sąnarius.

Pterozaurų atveju propatagiumo vaidmuo ne toks aiškus – tačiau atrodo, kad jis kontroliavo pakilimą ir nusileidimą, keičiant oro srautą virš viršutinio sparno paviršiaus.

Kai kurie mokslininkai mano, kad be šios sausgyslės paukščiai, šikšnosparniai ir dinozaurai galbūt niekada nebūtų pakilę nuo žemės.

„Jos nerasta kituose stuburiniuose gyvūnuose – be to nustatyta, kad ji išnyko arba prarado savo funkciją neskraidančiuose paukščiuose, o tai yra viena iš priežasčių, kodėl žinome, kad ji būtina skrydžiui, – aiškina Tokijo universiteto paleontologas Tatsuya Hirasawa. – Taigi, norėdami suprasti, kaip išsivystė paukščių skrydis, turime žinoti, kaip išsivystė propatagiumas“.

Problema ta, kad propatagiumas yra minkštasis audinys – o tai reiškia, kad jis fosilijose retai išlieka. Be to, ši sausgyslė yra tokia plona, kad ant kaulų, prie kurių ji prisitvirtina, nepalieka ryškesnių žymių.

Laimei, T.Hirasawa ir jo kolegė Yurika Uno sugalvojo būdą, kaip „pamatyti“ sausgyslę, net kai jos nebėra. Užuomina – reikėjo sužinoti, kaip sausgyslė riboja gyvūno judesius.

Pavyzdžiui, kai šiuolaikinis paukštis nugaišta, ši membrana natūraliai išlaiko gyvūno „riešą“ ir „alkūnę“ sulenktus.

Lygindami į akis krentantį „alkūnės“ kampą su nepaukštinių teropodų fosilijų letenų sulenkimu, mokslininkai rado įrodymų, kad į propatagiumą panaši struktūra tikriausiai jungė kelių sausumos dinozaurų pečius ir „riešus“.

Pavyzdžiui, galūnių sulenkimo kampai, pastebėti daugelio maniraptorių (kuriems priklauso ir velociraptoriai) fosilijose, buvo šiek tiek didesni nei šiuolaikinių paukščių, tačiau jie vis tiek bylojo apie ankstyvosios į propatagiumą panašios struktūros buvimą.

Siekdami patvirtinti šias prognozes, mokslininkai taip pat identifikavo minkštųjų audinių liekanas, kurios gali būti ankstyvojo propatagiumo liekanos dviejose maniraptorių fosilijose: kalakuto dydžio Caudipteryx ir ketursparnio mikroraptoriaus.

Caudipteryx tikriausiai negalėjo skraidyti – o dėl to, ar mikroraptorius galėjo skraidyti, vis dar ginčijamasi. Tačiau abu šie dinozaurai aiškiai turėjo struktūras, kurios vėliau tapo būtinos skrydžiui.

Velociraptoriai yra dar vieni maniraptoriai, kurie tikriausiai negalėjo skraidyti – tačiau reikės tolesnių tyrimų, kad būtų galima nustatyti, ar jų fosilijose yra seniai prarasto propatagiumo užuominų.

Vienintelė išimtis – ginčytinas archeopteriksas (Archaeopteryx), kurį sunku priskirti dinozaurų atšakai, tačiau jis gali būti arba nebūti laikomas maniraptoriumi. Ar garsusis plunksnuotasis dinozauras apskritai galėjo skraidyti, karštai ginčijamasi – kai kas spėja, kad gyvūnas galūnes naudojo tiesiog sklandymui.

Jo „riešo“ ir „alkūnės“ kampas fosilijose tikrai neleidžia manyti, kad jis turėjo į propatagiumą panašią struktūrą. „Todėl, – rašo naujojo tyrimo autoriai, – archeopteriksas tikriausiai nesugebėjo atlikti šiuolaikinių paukščių skrydžio“.

Galbūt, jei archeopteriksas būtų turėjęs propatagiumą, jo palikuonys skraidytų ir šiandien.

Tyrimas paskelbtas žurnale „Zoological Letters“.

Parengta pagal „Science Alert“.