I en furuskog i det nordøstlige Kina er en robust skiferhelling fullpakket med restene av utdødde skapninger fra 125 millioner år siden, da denne delen av Liaoning-provinsen var dekket med innsjøer i ferskvann. Vulkanutbrudd krampet området på det tidspunktet, og samlet mange millioner reptiler, fisk, snegler og insekter i aske. Jeg trer forsiktig blant de mange fossilene, plukker opp en skiferplate som ikke er mye større enn hånden min og smeller kanten med en steinhammer. En søm deler en russet-farget fisk i to, og gir speilinntrykk av delikate finner og bein som er tynne som menneskehår.
Relatert innhold
- Hvor dinosaurene streifet
- Dinosaur Shocker
En av Kinas stjernepalontologer, Zhou Zhonghe, smiler. "Fantastisk sted, er det ikke?" han sier.
Det var i 1995 at Zhou og kollegene kunngjorde funnet av et fossil fra denne forhistoriske katastrofesonen som innvarslet en ny tidsalder av paleontologi. Fossilet var en primitiv fugl på størrelse med en kråke som kan ha blitt bekreftet av vulkanske røyk da den trillet over innsjøene for alle disse millioner år siden. De navngav den nye arten Confuciusornis, etter den kinesiske filosofen.
Fram til da hadde bare en håndfull forhistoriske fuglefossiler blitt avdekket hvor som helst i verden. Det er delvis fordi fugler, da som nå, var langt mindre vanlige enn fisk og virvelløse dyr, og delvis fordi fugler lettere unndra seg søppelskred, tjæregroper, vulkanutbrudd og andre geologiske fenomener som fanget dyr og bevart spor av dem i tidene. Forskere har lokalisert bare ti intakte fossiliserte skjeletter av den tidligste kjente fuglen, Archeopteryx, som levde på slutten av jura-perioden, for rundt 145 millioner år siden.
Zhou, som jobber ved Institute of Vertebrate Paleontology and Paleoanthropology (IVPP) ved det kinesiske vitenskapsakademiet i Beijing, mente at de ekstraordinære benbedene i Liaoning kan fylle ut noen av de mange emnene i fossilprotokollen til de tidligste fuglene. Han kunne ikke vært mer profetisk. I løpet av de siste 15 årene har tusenvis av utsøkt bevarte fossile fugler dukket opp fra den gamle innsjøstrengen, kalt den Yixian formasjonen. Regionen har også gitt fantastiske dinosaureksempler, som lignende aldri hadde blitt sett før. Som et resultat har Kina vært nøkkelen til å løse et av de største spørsmålene innen dinosaurvitenskap de siste 150 årene: det virkelige forholdet mellom fugler og dinosaurer.
Ideen om at fugler - den mest forskjellige gruppen av virveldyr med nesten 10 000 levende arter - stammet direkte fra dinosaurene er ikke ny. Det ble oppdratt av den engelske biologen Thomas Henry Huxley i hans avhandling fra 1870, Ytterligere bevis på tilhørighet mellom Dinosaurian Reptiles and Birds . Huxley, en kjent anatomist som kanskje best huskes for sitt ivrige forsvar av Charles Darwins evolusjonsteori, så liten forskjell mellom beinstrukturen til Compsognathus, en dinosaur som ikke var større enn en kalkun, og Archeopteryx, som ble oppdaget i Tyskland og beskrevet i 1861. Da Huxley så på strutser og andre moderne fugler, så han små dinosaurer. Hvis benbeinene til en kylling ble forstørret og fossilisert, bemerket han, "det ville ikke være noe i deres karakterer som forhindrer oss fra å henvise dem til Dinosauria ."
Fortsatt ga forskere som tvilte på dinosaurfuglkoblingen i flere tiår også gode anatomiske argumenter. De sa at dinosaurer mangler en rekke funksjoner som er utpreget aviær, inkludert langben eller smeltede klavik; bein forsynt med luftlommer; fleksible håndleddsfuger; og tre-toed føtter. Dessuten virket den posiserte lenken i strid med hva alle trodde de visste: At fugler er små, intelligente, raske, varmblodige spriter, mens dinosaurer - fra det greske for "fryktelig stor øgle" - var kaldblodige, kjedelige, plodding, reptillignende skapninger .
På slutten av 1960-tallet begynte et fossilt dinosaurskjelett fra Montana å undergrave den antagelsen. Deinonychus, eller "forferdelig klo" etter sigdformet talon på hver bakfot, sto omtrent 11 meter fra hode til hale og var en rovdyr. Dessuten var benstrukturen lik strukturen til Archeopteryx . Snart samlet forskere andre spennende fysiske bevis, og fant ut at smeltede clavicles tross alt var vanlig i dinosaurer. Deinonychus og Velociraptor bein hadde luftlommer og fleksible håndleddledd. Dinosaur-trekk så mer fugl ut hele tiden. "Alle disse tingene ble trukket ut av definisjonen av å være en fugl, " sier paleontolog Matthew Carrano fra Smithsonian National Museum of Natural History.
Men det var en viktig funksjon som ikke hadde blitt funnet hos dinosaurer, og få eksperter ville føle seg helt komfortable med å hevde at kikadader og triceratops var pårørende til de hadde bevis for denne manglende anatomiske koblingen: fjær.
En fattig kinesisk bonde, Li Yingfang, gjorde et av de største fossile funnene gjennom tidene, i august 1996 i Sihetun-landsbyen, en times kjøretur fra stedet der jeg hadde ventet på fossil fisk. "Jeg gravde hull for å plante trær, " husker Li, som nå har en heltidsjobb på et dinosaurmuseum bygget på nettopp dette stedet. Fra et hull avdekket han en to fot lang skiferplate. Li en erfaren fossiljeger, splittet platen og så en skapning i motsetning til noe han hadde sett. Skjelettet hadde en fugellignende hodeskalle, en lang hale og inntrykk av det som så ut til å være fjærlignende strukturer.
På grunn av fjærene antok Ji Qiang, daværende direktør for National Geological Museum, som kjøpte en av Li's plater, det var en ny art av primitiv fugl. Men andre kinesiske paleontologer var overbevist om at det var en dinosaur.
På et besøk i Beijing samme oktober så Philip Currie, en paleontolog nå ved University of Alberta, prøven og innså at det ville slå paleontologien på hodet. Neste måned viste Currie, en mangeårig hånd fra Kina, et fotografi av det til kolleger på det årlige møtet i Society of Vertebrate Paleontology. Bildet stjal showet. "Det var et så fantastisk fossil, " minnes paleontolog Hans-Dieter Sues fra National Museum of Natural History. "Oppsiktsvekkende." Vestlige paleontologer foretok snart en pilegrimsreise til Beijing for å se fossil. "De kom forbauset tilbake, " sier Sues.
Til tross for fjærene, ga skjelettet ingen tvil om at den nye arten, kalt Sinosauropteryx, som betyr "kinesisk øgleving, " var en dinosaur. Den levde for rundt 125 millioner år siden, basert på dateringen av radioaktive elementer i sedimentene som omsluttet fossilet. Dens integumentære filamenter - lange, tynne strukturer som stikker ut fra sin skjellete hud - overbeviste de fleste paleontologer om at dyret var den første fjærete dinosauren som noen gang har blitt avdekket. Et titalls dinosaurer med filamenter eller fjær er siden blitt oppdaget på dette stedet.
Ved å analysere eksempler fra Kina har paleontologer fylt ut hull i fossilprotokollen og sporet de evolusjonære forholdene mellom forskjellige dinosaurer. Fossilene har endelig bekreftet, for alle unntatt noen få skeptikere, at fugler stammet fra dinosaurer og er de levende representantene for en dinosaurstam kalt Maniraptorans.
De fleste dinosaurer var ikke en del av avstamningen som ga opphav til fugler; de okkuperte andre grener av dinosaur-slektstreet. Sinosauropteryx var faktisk det paleontologene kaller en ikke-aviær dinosaur, selv om den hadde fjær. Denne innsikten har fått paleontologer til å revidere sitt syn på andre ikke-avianske dinosaurer, som den beryktede kjøttspiseren Velociraptor og til og med noen medlemmer av tyrannosaur-gruppen. Også de var antagelig pyntet med fjær.
Overfloden av fjærfossiler har gjort det mulig for paleontologer å undersøke et grunnleggende spørsmål: Hvorfor utviklet fjær seg? I dag er det tydelig at fjær utfører mange funksjoner: de hjelper fugler med å beholde kroppsvarmen, avvise vann og tiltrekke en kompis. Og selvfølgelig hjelper de flyging - men ikke alltid, som struts og pingviner, som har fjær, men ikke flyr, demonstrerer. Mange fjærkledde dinosaurer hadde ikke vinger eller var for tunge, relativt til lengden på fjærkledde lemmer, til å fly.
Å dechiffrere hvordan fjærene forandret seg gjennom tidene fra spindelfibre til delikate flyverktøy ville kaste lys over overgangen fra dinosaurer til fugler, og hvordan naturlig utvalg smidde denne komplekse egenskapen. Få forskere kjenner eldgamle fjær mer intimt enn IVPPs Xu Xing. Han har oppdaget 40 dinosaurarter - mer enn noen annen levende vitenskapsmann - fra hele Kina. Kontoret hans på IVPP, over gaten fra Beijing Zoo, er full av fossiler og kast.
Xu ser for seg fjærutvikling som en inkrementell prosess. Fjær i deres mest primitive form var enkeltfilamenter, som lignet piller, som spratt ut fra reptiliansk hud. Disse enkle strukturene går langt tilbake; til og med pterodactyls hadde filamenttyper. Xu antyder at fjærutviklingen kan ha kommet i gang i en felles stamfar til pterodactyls og dinosaurer — nesten 240 millioner år siden, eller omtrent 95 millioner år før Archeopteryx .
Etter fremveksten av enkeltfilamenter kom flere filamenter sammen med basen. Ved siden av å vises i fossilprotokollen var parrede mager skyte av en sentral skaft. Etter hvert dannet tette rader med sammenflettende pigger en flat overflate: den grunnleggende blåkopien av de såkalte tungfjærene til moderne fugler. Alle disse fjertypene er funnet i fossile inntrykk av theropods, dinosaurens underordning som inkluderer Tyrannosaurus rex så vel som fugler og andre Maniraptorans.
Filamenter finnes også andre steder i dinosaur-slektstreet, i arter langt fjernet fra theropods, for eksempel Psittacosaurus, en papegøye-ansiktet planteetere som oppsto for rundt 130 millioner år siden. Den hadde sparsomme enkelttråder langs halen. Det er ikke klart hvorfor filamenter vises i noen dinosaurlinjer, men ikke i andre. "En mulighet er at fjærlignende strukturer utviklet seg veldig tidlig i dinosaurhistorien, " sier Xu, og noen grupper opprettholdt strukturene, mens andre grupper mistet dem. "Men til slutt i Maniraptorans stabiliserte fjær seg og utviklet seg til moderne fjær, " sier han. Eller filamenter kan ha utviklet seg uavhengig til forskjellige tider. Som Sues påpeker: "Det ser ut til at det genetisk sett ikke er et stort triks å lage en skala til et glødetråd."
Opprinnelig kan enkeltfilamenter godt ha vært til visning, dinosaurekvivalent med en påfugns iriserende fjærdrakt. Levende bevis for den teorien dukket opp da forskere avduket de sanne fargene på 125 millioner år gamle fjær. Fuglfjær og krypdyr skalaer inneholder melanosomer — bittesmå sekker som inneholder varianter av pigmentet melanin. Mange paleontologer mistenkte at dinosaurfjær også inneholdt melanosomer. I Mike Bentons laboratorium ved University of Bristol brukte IVPPs Zhang Fucheng mer enn ett år på å søke etter melanosomer i fotografier av fugler og dinosaurfossiler tatt med et elektronmikroskop. Zhangs flid lønnet seg i 2009 da han pekte melanosomer i Confuciusornis som inneholdt eumelanin, som gir fjærene en grå eller svart skjær, og pheomelanin, som gir dem en kastanje til rødbrun farge. Dyrets fjær hadde flekker av hvit, svart og oransjebrun farge.
Sinosauropteryx var enda mer fantastisk. Zhang fant ut at glødetrådene som renner nedover ryggen og halen må ha fått dinosauren til å se ut som en oransje-hvitstripet barbererstang. Et så levende mønster antyder at "fjær først oppstod som midler for fargedisplay, " sier Benton.
Tidlige fjær kunne ha tjent andre formål. Hule filamenter kan ha spredt varme, omtrent som krøllene til noen moderne øgler i dag. Andre paleontologer spekulerer fjær utviklet seg først for å holde på varmen. Et fortellereksempel kommer fra fossiler av Oviraptor - en theropod som ble avdekket i Mongolia som levde for rundt 75 millioner år siden - som satt på huk over eggfylte reir. Oviraptorer tappet bena inn i midten av clutchen og klemte ut periferien med sine lange forben - en holdning som hadde en uhyggelig likhet med rasende fugler som holder eggene varme. Dinosaurer relatert til Oviraptor var dekket med tunge fjær, noe som antydet at Oviraptor også var det. "Å sitte på et rede, var bare fornuftig hvis det hadde fjær" for å isolere de unge forsiktig, sier Sues.
Fjær ble selvfølgelig til slutt et instrument for å fly. Noen paleontologer ser for seg et scenario der dinosaurer brukte fjær for å hjelpe dem med å okkupere trær for første gang. "Fordi dinosaurer hadde hengslede ankler, kunne de ikke rotere føttene og de klarte ikke å klatre godt. Kanskje hjalp fjær dem til å krumme opp trestammer, " sier Carrano. Babyfugler av først og fremst jordboende arter som kalkuner bruker vingene sine på denne måten. Fjær kan ha blitt stadig mer aerodynamisk over millioner av år, og til slutt tillatt dinosaurer å gli fra tre til tre. Personer som kan utføre en slik bragd kan ha vært i stand til å nå nye matkilder eller bedre rømme rovdyr - og videreføre egenskapen til påfølgende generasjoner.
Et av de mest bedrøvelige eksemplene som dukket opp fra Liaonings skifersenger er Microraptor, som Xu oppdaget i 2003. Bantamvektsdyret var en fot eller to lange og tippet vekten på bare to kilo. Microraptor, fra Dromaeosaur-familien, var ikke en stamfar til fugler, men den var også i motsetning til noen tidligere oppdaget fjærdynosaur. Xu kaller det en "firvinget" dinosaur fordi den hadde lange, tunge fjær på armene og bena. På grunn av det smeltede brystbeinet og de asymmetriske fjærene, sier Xu, kunne Microraptor sikkert gli fra tre til tre, og det kan til og med ha vært bedre til å fly under egen kraft enn Archeopteryx var.
I fjor oppdaget Xu en annen art av firvingede dinosaurer, også ved Liaoning. Foruten å vise at firvinget fly ikke var en fluke, er den nye arten, Anchiornis huxleyi, kåret til ære for Thomas Henry Huxley, den tidligste kjente fjærdynosauren. Det kom fra Jurassic innsjøer med innsjøer fra 155 til 160 millioner år gamle. Funnet eliminerte den endelige innvendingen mot den evolusjonære koblingen mellom fugler og dinosaurer. I årevis hadde skeptikere løftet det såkalte tidsmessige paradokset: det var ingen fjærkledde dinosaurer eldre enn Arkeopteryx, så fugler kunne ikke ha oppstått fra dinosaurier. Nå ble argumentet blåst bort: Anchiornis er millioner av år eldre enn Archeopteryx .
Firvingede dinosaurer var til syvende og sist en død gren på livets tre; de forsvinner fra fossilprotokollen for rundt 80 millioner år siden. Deres bortgang etterlot bare en dinosaurlinje som var i stand til å fly: fugler.
Akkurat når utviklet dinosaurer seg til fugler? Vanskelig å si. "Dyp i evolusjonshistorien er det ekstremt vanskelig å trekke grensen mellom fugler og dinosaurer, " sier Xu. Bortsett fra mindre forskjeller i formen på nakkevirvlene og den relative lengden på armene, ser tidligfugler og deres Maniraptoran-familie, som Velociraptor, veldig bra ut.
"Hvis arkeopteryx ble oppdaget i dag, tror jeg ikke du ville kalt det en fugl. Du ville kalt det en fjærdinosaur, " sier Carrano. Den kalles fremdeles den første fuglen, men mer av historiske grunner enn fordi den er den eldste eller beste utførelsen av fuglelignende egenskaper.
På den annen side ser Confuciusornis, som hadde den første nebbet og den tidligste pygostylen, eller smeltede halevirvler som støttet fjær, virkelig ut som en fugl. "Den klarer sniff-testen, " sier Carrano.
Siden den siste av de ikke-avian dinosaurene døde ut for 65 millioner år siden under masseutryddelsen som stengte forhenget på krittiden, har fugler utviklet andre egenskaper som skiller dem ut fra dinosaurene. Moderne fugler har høyere metabolisme enn til og med den mest smidige Velociraptor noen gang har hatt. Tennene forsvant på et tidspunkt i fuglenes evolusjonshistorie. Fuglens haler ble kortere, deres flyferdigheter ble bedre og hjernen deres ble større enn dinosaurenes. Og moderne fugler, i motsetning til sine forfedre fra Maniraptoran, har en stortå som stikker vekk fra de andre tærne, noe som gjør at fugler kan abbor. "Du går gradvis fra lange armer og enorme hender av ikke-aviære Maniraptorans til noe som ser ut som kyllingvingen du får på KFC, " sier Sues. Gitt omfanget av disse aviære tilpasningene, er det ikke rart at den evolusjonære koblingen mellom dinosaurer og fugler da vi kjenner dem forble skjult til paleontologene begynte å analysere den rike fossile posten fra Kina.
Chaoyang er en trang kinesisk by med støvete gater; i de mørkere hjørnene minner det om grusomme amerikanske kullgruvebyer fra 1800-tallet. Men for fossile samlere er Chaoyang et paradis, bare en times kjøretur fra noen av Yixian-formasjonens mest produktive senger.
Den ene gaten er kantet av butikker som selger Yuhuashi, eller fiskefossiler . Innrammede fossiler innebygd i skifer, ofte i par med speilbilde, kan fås for en dollar eller to. En populær gjenstand er en mosaikk der noen få dusin små plater danner et kart over Kina; fossil fisk ser ut til å svømme mot hovedstaden, Beijing (og ingen kart er komplette uten en fisk som representerer Taiwan). Kjøpmenn selger fossiliserte insekter, krepsdyr og planter. Noen ganger, til tross for lover som forbyr handel med fossiler av vitenskapelig verdi, er det kjent at mindre samvittighetsfulle forhandlere selger dinosaurfossiler. De viktigste eksemplene, sier Zhou, "blir ikke oppdaget av forskere ved byens fossilbutikker, men hjemme hos forhandlerne eller bøndene som gravde dem."
I tillegg til Sinosauropteryx, kom flere andre avslørende eksempler fram gjennom amatører snarere enn ved vitenskapelige utgravninger. Utfordringen for Zhou og kollegene er å finne varme eksemplarer før de forsvinner i private samlinger. Dermed har Zhou og hans kollega Zhang Jiangyong, spesialist på eldgamle fisker ved IVPP, kommet til Liaoning-provinsen for å sjekke fossil som forhandlere som er vennlige til deres sak, har fått hendene på sent.
Det meste av bestanden i fossilbutikkene kommer fra bønder som hacker seg bort på fossile senger når de ikke pleier åkrene. Et bittelitt godt bevart fiskeeksemplar kan gi søkeren tilsvarende 25 øre, nok til et varmt måltid. En fjærkledd dinosaur kan tjene flere tusen dollar, et års inntekt eller mer. Denne paleo-økonomien er ødeleggende for fossile senger, og har bidratt til å omskrive forhistorien.
Zhou plukker opp en plate og kikker på den gjennom de ståltrimmede brillene. "Formann, kom hit og se, " sier Zhou til Zhang (som tjente sitt lekne kallenavn som styreleder i IVPPs ansatteforening). Zhang undersøker prøven og legger den til en haug som vil bli dratt tilbake til Beijing for å studere - og hvis de er heldige, avslører en annen skjult gren av livets tre.
Richard Stone har skrevet om en Stonehenge-begravelse, en sjelden antilope og mystiske tibetanske tårn for Smithsonian .
Et sentralt kinesisk funn var en primitiv fugl kalt Confuciusornis, identifisert av Zhou Zhonghe. (Stefen Chow) 
Oppdager av flere dinosaurarter enn noen annen levende forsker, Xu Xing, med en rollebesetning av papegøye-ansiktet Psittacosaurus, sier at noen dinosaurer har fuglelignende egenskaper, inkludert fjær. (Stefen Chow) 
Den yixianske formasjonen ga også Sinosauropteryx , det første fysiske beviset på en fjæret dinosaur. (IVPP, Beijing) 
Noen av fossilene er så godt bevart at forskere kan se spor av cellestrukturer som inneholdt pigmenter. Funnet førte til fargerik utsikt over kattestørrelsesdyret, ned til den stripete halen. (Chuang Zhao og Lida Xing) 
Forfatteren, Richard Stone, på fossilstedet. (Med tillatelse av Richard Stone) 
Lærebøker sier at Archeopteryx, som levde for rundt 150 millioner år siden, var den første fuglen. (Roger Peterson / National Geographic Stock) 
Noen paleontologer sier nå at Archaeopteryx kan ha vært en fjær ikke-aviær dinosaur. (Kim Amos / Science Photo Library / Photo Researchers) 
Noen dinosaurer engasjerte seg i utpreget fugellignende atferd, for eksempel hekkende og rasende. Her er vist et delvis rekonstruert Oviraptor- fossil fra Mongolia med 20 egg. (Getty Images) 
En av de mest uventede kinesiske fossilene i Microraptor . Den hadde fire fjærete lemmer og kunne nesten fly. Men i motsetning til fugler slapp den ikke av utryddelse. (Matt Cashore / University of Notre Dame) 
I løpet av de siste 15 årene har tusenvis av utsøkt bevarte fossile fugler dukket opp fra den gamle innsjøstrengen, kalt den Yixian formasjonen. (Guilbert Gates)
