Da ekkoene fra dinosaurer som knaset gjennom skoger og sprutet gjennom kløfter som ble stille for 66 millioner år siden under utryddelsen, ble ikke verden stille - pattedyr skurret og skravlet i skyggene, og fylte hulrom med nye og raskt utviklende arter. Forskere tror de første morkakene dukket opp rundt denne tiden, og la grunnlaget for den største gruppen av pattedyr som er i live i dag, inkludert oss.
Paleocene - epoken etter den ikke-aviære dinosaur-utryddelsen - markerer en av de viktigste periodene av evolusjonen av pattedyr, men forskere forstår ikke hvordan og hvorfor pattedyr utviklet seg så raskt i løpet av denne tiden. Den raske utviklingen har en tendens til å følge masseutryddelser, men forskere forstår ikke det mønsteret heller, sier Tom Williamson, en paleontolog ved New Mexico Museum of Natural History & Science i Albuquerque. "Dette er den vi faktisk er en del av, våre egne forfedre oppsto på dette tidspunktet, og det er virkelig dårlig forstått, " sier Williamson.
Det er grunnen til at han og et team av seks andre forskere fra USA, Skottland, Kina og Brasil jobber sammen for å erte flere titalls pattedyrfossiler fra de første 12 millioner årene etter at dinosaurene forsvant for å lage det mest detaljerte tidlige pattedyrs slektstre til dags dato. De må analysere intrikate skjelettstrukturer - inkludert øreknokler og hjernefeller - for å skille arter, men tradisjonelle røntgenskanninger kan ikke alltid finne ut av disse minutiae. Så teamet har dannet et unikt partnerskap med Los Alamos National Laboratory (LANL) i New Mexico for å generere bilder med høy oppløsning ved hjelp av en topp moderne neutronskanner. Williamson er den første paleontologen som samarbeidet på denne måten med laboratoriet, som har røtter i atomforsvaret. Partnerskapet viser hvordan kjernefysisk teknologi som til slutt kan utslette oss som art også har generert innovasjoner, som denne nøytronscanneren, som kan hjelpe oss å forstå vårt eget opphav som art.
Før dinosaurer forsvant, var en av de vanligste og mangfoldige gruppene av pattedyr som skurret rundt planeten, gnagerlignende vesener kalt multituberculates. Noen av disse overlevde utryddelsen, og målte størrelsen på små mus. Men nye grupper av pattedyr begynte også å dukke opp etter utryddelsen, og endret seg raskt. "Du går fra et kattstort pattedyr til noe som er på størrelse med en person på omtrent 300 000 år, noe som er veldig raskt, " sier Williamson og merker at dette raske tempoet er en del av det som gjør denne perioden spesielt interessant, men også utfordrende å forstå.
Tom Williamson registrerer et fossilt funn på sitt feltsted i San Juan-bassenget i nordvestlige New Mexico. (Laura Poppick) For å komme til et førsteklasses feltsted der Williamson har funnet rikelig bevis på dette livet, kjører vi flere timer nordvest for Albuquerque inn i badlandsområdene i San Juan-bassenget. Når vi ankommer, går vi gjennom karrige grå åser fargen på månestøv som en gang var bredden av en elv. De eroderer nå i vinden og søler langsomt ut rester av et gammelt økosystem. Dette markerer et av de beste stedene i verden å finne pattedyrrester fra denne tidsperioden, forklarer Williamson mens vi vandrer ned til en flat depresjon der han har hatt særlig hell i tiårene med fossil jakt.
Jeg begynner å trene øynene mine etter fossiler midt i steinsprutene på bakken og plukke opp et stykke hvitgrå berg på størrelse med knyttneven. Det har et retningsbestemt korn som for meg ser ut som om det kan være et bein. Jeg viser det til Williamson, og han rister på hodet. "Bare forstenet tre, " sier han, ikke så imponert over et tre millioner år gammelt tre som ble til stein som jeg er.
I løpet av de neste timene trener jeg øynene mine mer akutt og finner en rekke andre fossiler: skilpaddeskjell, øglehud, fiskeskala og mer. Men det Williamson egentlig er etter, er pattedyrrester, spesielt tenner og hodeskaller av dyr, inkludert Eoconodon coryphaeus - en liten kattestor omnivore som er i stand til å klatre - og Pantolambda badmodon, en saue-stor planteeter som holdt seg nærmere bakken. Han er ute etter tenner og hodeskaller fordi andre deler av pattedyrskjelett har en tendens til å se påfallende like hvis de utviklet seg til å motstå de samme miljøforholdene. "Den slags dårer deg til å tro at de er nært beslektede når de ikke er det, " forklarer Williamson.
Men visse strukturer, inkludert øreknokler, er ikke like mottakelige for denne såkalte konvergente evolusjonen fordi ører ikke er like lett å svinge av omgivelsene som andre kroppsdeler, sier Williamson. Små hull i hodeskallen der blodkar og nerver kobler hjernen til resten av kroppen, er spesielt nyttige identifikatorer for forskjellige arter, sier Michelle Spaulding, en paleontolog ved Purdue University Northwest i Westville, Indiana som er involvert i studien. "De kan lage veldig diagnostiske mønstre i øreområdet som hjelper oss å identifisere hvilken gruppe et dyr vil tilhøre, " konstaterer hun.
Men de hullene er bittesmå og umulige å studere med det blotte øye, så det er her teamets partnerskap med Los Alamos National Laboratory blir avgjørende for prosjektet. Laboratoriet driver noen av de høyest energiske røntgen- og nøytronskannerne i verden som kan generere noen av bilder med høyest mulig oppløsning, sier Ron Nelson, instrumentforsker ved laboratoriets Neutron Science Center. Han testet ut nøytronscanneren på en stor dinosaurskalle med Williamson i fjor, og genererte med suksess den skanningen med høyest oppløsning av en tyrannosaurskalle som noen gang er fullført. Med tillit til teknologien har de nå gått over til avbildning av mindre pattedyrstrukturer.
Los Alamos National Laboratory ble bygget i 1943 for atomforsvarsforskning knyttet til Manhattan-prosjektet, forsøket på å utvikle de første atomvåpnene under andre verdenskrig. Siden den gang har den i økende grad utvidet samarbeidet med forskere som spenner fra botanikere til fysikere, spesielt i Neutron Science Center som inkluderer en halv kilometer lang akselerator som genererer nøytroner - uladde partikler som finnes inne i atomer som gir avbildningsfordeler i forhold til elektronene som brukes i X sering.
Mens røntgenbilder absorberes av og er gode til å avbilder tette materialer, oppdager nøytroner sammensetningen i atomer, uavhengig av tetthet. Det betyr at nøytroner kan trenge gjennom materialer og fange bilder som røntgenstråler ikke kan. Et klassisk eksempel som demonstrerer dette fenomenet er et bilde av en rose inne i en blykolbe. "Nøytronene er mer følsomme for blomsten, slik at du kan forestille deg blomsten i ledningen, " sier Nelson.
Neutron-avbildning har en rekke bruksområder for å oppdage eksplosiver og kjernefysisk materiale. Men det tilbyr også nye løsninger for avbildning av fossiler som sitter fast i og tilslørt av tette mineraler i bergarter. Å bryte fossilene ut av stein vil ødelegge prøven, så nøytronscanning gir forskere et ikke-ødeleggende alternativ - selv om prøvene blir radioaktive i en periode etter skanningen, konstaterer Williamson. Hans prøver er vanligvis trygge å håndtere etter noen dager, men andre materialer vil forbli radioaktive i mye lengre tid, avhengig av sammensetningen.
Nelson sier partnerskapet med paleontologene er gjensidig fordelaktig, siden det utfordrer laboratoriet til å overvinne nye problemer. "Ved å forbedre teknikkene våre på prøvene, forbedrer vi muligheten for andre problemer vi prøver å løse, " sier han.
En nøytronscanning (venstre) og røntgenundersøkelse (til høyre) kan tilby gratis bilder for å studere forskjellige komponenter av fossiler. (Los Alamos National Laboratory) Bortsett fra å skanne fossiler, vil teamet undersøke kjemien til forskjellige arters tenner for å lære mer om klimaet dyrene levde i. Teamet vil også se på data om molekylære forhold mellom moderne pattedyr og hvordan de forholder seg til noen av disse utdødde arter. Dette er med på å gi en tidskalibrering og stillas for treet, men de molekylære dataene har fremdeles mange hull som må fylles ut. Det er derfor det er så viktig å gjennomføre disse dyptgående fossile analysene, sier Anjali Goswami, paleontolog ved Natural History Museum i London som også studerer evolusjon av tidlig pattedyr, men ikke er involvert i dette arbeidet.
"En av de viktigste tingene å gjøre er å gå ut og lete etter fossiler og se etter nye nettsteder som ikke er godt forstått, " sier hun, og legger merke til at undersøkt regioner i India og Argentina der hun jobber, også kan bidra til å fylle ut hull i puslespillet om tidlig mammal evolusjon.
Det resulterende slektstreet vil gi et springbrett for å utforske flere detaljer om disse eldgamle skapningene, inkludert de forskjellige landskapstyper og miljøer de streifet gjennom, sier Spaulding.
"Når vi har funnet ut hvordan alt henger sammen, kan vi begynne å stille mer interessante spørsmål om evolusjon fra pattedyr, " sier hun.
