Środowisko

Badanie dinozaurów

Numer 9/2020
Rekonstrukcja małego teropoda, którego pióro zostało utrwalone w bursztynie pochodzącym sprzed 125 mln lat. Jak wiele innych teropodów z tamtego okresu miał on ciało porośnięte gęstymi piórami. Polował na owady. Rekonstrukcja małego teropoda, którego pióro zostało utrwalone w bursztynie pochodzącym sprzed 125 mln lat. Jak wiele innych teropodów z tamtego okresu miał on ciało porośnięte gęstymi piórami. Polował na owady. Chung-tat Cheung
Czy można ustalić, jakie kolory miały te zwierzęta? Czy były inteligentne? Czy mogły się zachować w bursztynie?
Kolor upierzenia zależy m.in. od rodzaju ­melaniny (eumelanina, ­feomelanina). Po kształcie melano­somów można rozpoznać, jaki barwnik się w nich gromadził. Górne zdjęcia: skamieniałe szczątki dinozaurów. Na dole melanosomy gadów.Photographs of Scaniacypselus and Primotrogon by Jakob Vinther and Fiann Smithwick Kolor upierzenia zależy m.in. od rodzaju ­melaniny (eumelanina, ­feomelanina). Po kształcie melano­somów można rozpoznać, jaki barwnik się w nich gromadził. Górne zdjęcia: skamieniałe szczątki dinozaurów. Na dole melanosomy gadów.
Ten rudawy sinozauropteryks miał okrągłe feomelanosomy w piórach.University of Bristol Ten rudawy sinozauropteryks miał okrągłe feomelanosomy w piórach.
Skamieniałe szczątki sino­zauropteryksa i szkic pomocniczy.HKU MOOC/Julius T Csotonyi/Michael Pittman Skamieniałe szczątki sino­zauropteryksa i szkic pomocniczy.
Jeśli eumelanosomy w znalezionych piórach są parówkokształtne, pokrywa ciała musiała być np. czarna, jak u tego anchiornisa.Velizar Simeonovski Jeśli eumelanosomy w znalezionych piórach są parówkokształtne, pokrywa ciała musiała być np. czarna, jak u tego anchiornisa.
Ten opierzony dinozaur (Caihong juji) był kolorowy jak koliber, co ustalono na podstawie badania jego skamieniałych piór. Miał wielkość kaczki.The Field Museum, for UT Austin Jackson School of Geosciences Ten opierzony dinozaur (Caihong juji) był kolorowy jak koliber, co ustalono na podstawie badania jego skamieniałych piór. Miał wielkość kaczki.
Lida Xing dokonał niezwykłego odkrycia – znalazł zachowane w bursztynie pióra dinozaura.Lida Xing/China University of Geosciences Lida Xing dokonał niezwykłego odkrycia – znalazł zachowane w bursztynie pióra dinozaura.
Zachowana w bursztynie czaszka najmniejszego mezozoicznego gada Oculudentavis khaungraae. Jego masę ocenia się na 2 g.Lida Xing/China University of Geosciences Zachowana w bursztynie czaszka najmniejszego mezozoicznego gada Oculudentavis khaungraae. Jego masę ocenia się na 2 g.

Ustalenie ubarwienia dinozaurów to jedno z najbardziej niezwykłych i nieoczekiwanych osiągnięć dinozaurowej paleobiologii w ostatnim czasie. Nieoczekiwanych, bo wszak od dekad lamentowaliśmy, że nigdy nie będziemy wiedzieli, jaki miały one kolor. Dzięki kościom możemy poznać, co dinozaury jadły i jak się poruszały, ale żeby dowiedzieć się, jak były ubarwione, trzeba by chyba wehikułu czasu.

Barwa upierzenia u ptaków czy też uwłosienia u ssaków zależy przede wszystkim od rodzaju melaniny. Jedna z jej form – eumelanina – ma odcień ciemny – od czerni przez brąz po szarości. Inna forma – feomelanina – odpowiada za barwy od żółtej przez pomarańczową po czerwoną. Te pigmenty mają wszystkie ssaki, natomiast ptaki posiadają w piórach jeszcze dwa inne barwniki – są to porfiryny, odpowiadające za fioletowy i zielony kolor, oraz karotenoidy, nadające barwę czerwoną lub różową. Jednak tylko melanina, która jest bardzo odporną substancją chemiczną, potrafi przetrwać wysokie temperatury i ciśnienie panujące w skałach i dzięki temu może zostać znaleziona w skamieniałościach. Co ważne, każda z tych dwóch form melaniny jest gromadzona w melanosomach o odmiennym kształcie. Te zawierające eumelaninę są podłużne i wyglądają jak parówki, natomiast te z feomelaniną mają kształt okrągły. Tak jest i u ptaków, i u ssaków. Dlatego opierając się na idei współczesnej klamry filogenetycznej (w kategoriach ewolucyjnych ptaki i ssaki obejmują dinozaury wspólną klamrą), możemy uznać za prawdopodobne, że ten sam mechanizm powstawania barw występował u dinozaurów. Melanina jest wytwarzana w skórze i przekazywana do melanosomów podczas wzrostu włosa lub pióra.

Po raz pierwszy pojechałem do Chin w 2007 r. Razem ze mną byli Paddy Orr i Stuart Kearns. W terenie spędziliśmy dwa tygodnie, badając stanowiska w skałach Jehol w północno-wschodnich Chinach. Są to formacje wieku wczesnokredowego, w których znajdowane są okazy upierzonych ptaków i dinozaurów. Przez następne dwa tygodnie pracowaliśmy w laboratoriach Instytutu Paleontologii Kręgowców i Paleoantropologii w Pekinie. Oglądaliśmy pod mikroskopem fragmenty piór i skóry, aż w końcu udało nam się znaleźć trochę obiecujących próbek.

Rok później przeczytaliśmy ważny artykuł, którego autorem był Jakob Vinther, wówczas doktorant w Yale. Zidentyfikował on melanosomy w skamieniałych piórach ptaków z Brazylii i Danii. Natychmiast pomyśleliśmy, że my też powinniśmy poszukać melaniny w piórach chińskich dinozaurów. Odezwaliśmy się do Fuchenga Zhanga z pekińskiego instytutu, który w 2005 r. przyjechał do Bristolu, by w naszym laboratorium badać skamieniałości ptaków. Udało mu się pożyczyć trochę próbek, włącznie z próbkami piór z różnych części ciała sinozauropteryksa, i w 2008 r. Zhang znów pojawił się w Bristolu. To właśnie wtedy odkryliśmy melanosomy.

Na początku 2009 r. wysłaliśmy nasz artykuł do „Nature”. Przekonywanie kolejnych recenzentów trwało w nieskończoność. Nasz artykuł był oceniany trzy razy – za każdym razem przez czterech recenzentów. Łącznie więc było ich dwunastu. Jeden z nich był absolutnie nieprzekonany: „To nie są melanosomy, to nie są pióra, to nie są dinozaury”. Miałem okazję porozmawiać z Vintherem i jego kolegami, kiedy w 2009 r. wziąłem urlop naukowy i pojechałem do Yale. W końcu w lutym 2010 r. nasza praca została opublikowana. Wykazaliśmy, że sinozauropteryks miał okrągłe feomelanosomy zawierające rudawą postać melaniny. I to miał ich mnóstwo. Dinozaur był zatem rudy! Na ogonie miał białe i rude pasy podobnej szerokości. Opublikowaliśmy rekonstrukcję zwierzęcia, podpisując ją w zdecydowany sposób: „Pierwsza w historii rekonstrukcja dinozaura z poprawnym ubarwieniem”. To było dla nas ważne: nie dzieliliśmy się opinią, ale stwierdzaliśmy fakt, a ktoś, kto chciałby podważyć nasze twierdzenie, musiał dowieść, że nasze obserwacje melanosomów są błędne.

W tym samym czasie grupa z Yale, której przewodził Jakob Vinther, opublikowała rekonstrukcję jeszcze bardziej pstrokatego dinozaura, jakim był Anchiornis, pochodzący z warstw jurajskich w Chinach. Skrzydła i ogon miał w białe i czarne pasy, natomiast na głowie nosił piękny rudy grzebień, ponadto miał czarne i rude plamki na policzkach. Co z tego wszystkiego może wynikać? Określanie barwy dinozaurów może być sympatycznym zajęciem, trochę jakbyśmy dla wytchnienia rozsiedli się w salonie fryzjerskim, jednak czy z takich analiz mogą płynąć jakieś ważne praktyczne wnioski?

Czy dinozaury zagustowały w doborze płciowym?

Zidentyfikowanie ubarwienia dinozaurzych piór zrewolucjonizowało nasze poglądy na temat złożoności obyczajów i zachowań tych zwierząt. Współczesne ptaki mają pióra z trzech głównych powodów. Służą im one do izolacji termicznej, sygnalizacji i latania. Jest dość oczywiste, że izolacja termiczna poprzedziła wzbicie się w powietrze; miękkie pióra puchowe na klatce piersiowej ptaka chronią go przed chłodem i pomagają w termoregulacji ciała – pióra te są znacznie prostsze w budowie niż lotki. Dlatego zakładano, że jeśli dinozaurom rozwinęły się pióra, to najprawdopodobniej w tym właśnie pierwszym celu. Jednakże my doszliśmy do wniosku, że pióra od samego początku pełniły też inną funkcję: sygnalizacyjną. Nie posunęliśmy się do tego, by ogłosić, że takie właśnie było pierwotnie ich zadanie, ale jest to prawdopodobne.

Pasiasty ogon sinozauropteryksa oraz czarno-białe skrzydła i rudy grzebień anchiornisa mogły pełnić tę funkcję: stanowiły źródło istotnych sygnałów. Takie wzorki ani nie pomagały w lataniu, ani nie polepszały izolacji termicznej. Wielokolorowe ubarwienie nie służyło też raczej do kamuflażu – pasiasty ogon może to sugerować, ale współczesne zwierzęta stosujące taki kamuflaż, np. tygrysy czy zebry, mają paski na całym ciele, a nie tylko na ogonie. Te istotne sygnały to oczywiście sygnały seksualne. Bez trudu możemy sobie wyobrazić dinozaura, w szczególności małego teropoda, jak podskakuje przed samiczkami, prezentując swoje walory. W ten sposób postępują współczesne ptaki. Jedną z przyczyn ich tak dużego zróżnicowania – dzielą się na blisko 11 tys. gatunków – jest to, że dobór płciowy sprzyja dzieleniu się na nowe gatunki, a potem podtrzymuje te podziały. Co ptak, to inna kombinacja ubarwienia. Pozbaw ptaki piór, a okaże się, że np. wszyscy przedstawiciele wróblowatych mają niemal identyczne szkielety. Dopiero gdy samce wystroją się w swoje piórka, okaże się, jak wspaniale różnią się od siebie, a gatunki nie krzyżują się głównie dlatego, że tańce i widowiska godowe samców są atrakcyjne tylko dla samiczek tego samego gatunku.

W przypadku dinozaurów napotykamy jednak pewną zagadkę: jeśli dobór płciowy był u nich powszechny, to czemu znaleziono tak niewiele dowodów na ich dymorfizm płciowy (różnice morfologiczne między samcami i samicami). Dzisiaj jest to cecha u wielu gatunków gadów, ptaków i ssaków – popatrzmy na zwinną szczuplejszą lwicę oraz większego, potężnie zbudowanego lwa. Wiele przykładów dymorfizmu znajdziemy też wśród naczelnych, u których samiec jest zazwyczaj większy i obdarzony potężniejszymi zębami, które chętnie prezentuje. Być może ptaki podsuwają nam odpowiedź. Zobaczmy, że choć samiec i samica pawia różnią się wyraźnie od siebie, to cała różnica sprowadza się do rozmiarów i ubarwienia piór. Ich szkielety są bardzo podobne, a jeżeli są jakiekolwiek różnice rozmiarów, to dotyczą one detali. Tak samo mogło być u teropodów.

Wokół tej właśnie kwestii toczy się ostatnio wyjątkowo gorąca debata. Po jednej stronie są ci, którzy uważają, że wszystkie te rogi, grzebienie i kryzy, tak powszechne u wielu dinozaurów, były sygnałami seksualnymi i dowodzą istnienia dymorfizmu płciowego. Po drugiej stronie znajdziemy licznych badaczy uważających, że akcesoria te pełniły inne funkcje – służyły do obrony, zdobywania pokarmu i do rozpoznawania przedstawicieli własnego gatunku.

W 2011 r. Kevin Padian i Jack Horner przedstawili wiele poważnych argumentów na rzecz, jak to określili, „hipotezy identyfikowania gatunku” – dowodzili, że wszystkie te „osobliwe struktury” pomagały dinozaurom rozpoznawać się nawzajem w stadzie składającym się z wielu podobnie wyglądających gatunków. Takie wielogatunkowe stada zapewniały wszystkim lepszą ochronę. Wedle tej koncepcji dobór płciowy nie odgrywał szczególnej roli wśród dinozaurów.

Padian i Horner szybko usłyszeli odmienną hipotezę. Jej autorami byli Rob Knell i Scott Sampson, którzy z kolei dowodzili, że rogi, grzebienie i aranżacja piór służyły w niewielkim stopniu do identyfikowania gatunku, a jedyny sens posiadania takich kosztownych dodatków polegał na tym, że odgrywały one kluczową rolę w doborze płciowym. Zwrócili uwagę, iż kształty i rozmiary tych cudacznych atrybutów są często tak silnie zróżnicowane wśród przedstawicieli jednego gatunku, że byłyby mało użyteczne jako niewątpliwe znaki rozpoznawcze. Ich pojawienie się było raczej związane z ostrą rywalizacją pomiędzy samcami o względy samic – osobliwe akcesoria miały służyć do walk z innymi samcami lub do wywierania wrażenia na płci przeciwnej.

Ta debata wciąż się toczy, ale jedno możemy powiedzieć już teraz – liczne dowody z ostatnich lat wskazują na istnienie złożonych zachowań społecznych wśród dinozaurów. Ich portretowanie jako zwierząt niezbyt rozgarniętych jest krzywdzące.

Czy dinozaury były bystre?

Czy ptaki (i dinozaury) są inteligentne, czy nie? Ich złożone zachowania mogą wskazywać na wysoką inteligencję. Wszyscy znamy określenie „ptasi móżdżek” na nazwanie głupoty. Faktem jest, że niewielkie mózgi ptaków zajmują się głównie obsługiwaniem ich wspaniałych zmysłów, w szczególności wzroku.

Dla wielu osób jest oczywiste, że dinozaury były mało rozgarnięte. Na wystawach muzealnych i w książkach dla dzieci są pokazywane jako pozbawione rozumu automaty, które biegały bez celu i potykały się o jurajskie drzewa, a przetrwać udało im się tylko dlatego, że inne dinozaury były równie głupie jak one. Dowiedzieliśmy się, że Stegosaurus z wielkimi płytami na grzbiecie miał mózg rozmiarów kociaka i że podobno w tylnej części ciała posiadał drugi większy „mózg”, kontrolujący ruchy ogona i tylnych nóg.

Ludzie, i generalnie ssaki, uważani są za inteligentnych, ponieważ w ich czaszce znajdują się dwie półkule z pofałdowaną korą mózgową na wierzchu. To tzw. przodomózgowie osłania „prymitywne” obszary znajdujące się wewnątrz mózgu: śródmózgowie i tyłomózgowie. U ryb i gadów mózg ma budowę bardziej linearną – tyłomózgowie, śródmózgowie i przodomózgowie są ułożone jedno za drugim. Aktywność mózgu gada zasadniczo związana jest z nadzorowaniem narządów zmysłu – nosa, oczu i uszu. Monitoruje on też odruchy oraz powtarzalne czynności takie jak walka, lot czy poszukiwanie pokarmu. Mózgi dinozaurów nie zachowały się, ale ich odciski tak – głęboko we wnętrzach czaszek. Zazwyczaj uważamy, że mózg wypełnia większą część czaszki, ponieważ tak jest u ludzi i innych ssaków. Jednak u gadów, włącznie z dinozaurami, mózg jest dość mały. Znajduje się w puszce mózgowej, kostnej strukturze ulokowanej głęboko w czaszce i zajmującej jej niewielki fragment – jakbyśmy pudełko zapałek umieścili w pudełku po butach. O wiele większą część głowy dinozaura zajmują z tyłu mięśnie poruszające szczękami, a z przodu – oczy i jama nosowa ulokowane w pysku.

Neurobiolodzy dawniej poszukiwali naturalnych odlewów mózgu powstałych z osadów znajdujących się w puszce mózgowej. Potem odkryli, że pewną porcję wiedzy na temat kształtu i wielkości mózgu mogą zdobyć, wypełniając tę część czaszki, gdzie tkwiła puszka mózgowa, specjalnym środkiem do sporządzania odlewów. Dziś sięgają w tym samym celu po tomografię komputerową, uzyskując spektakularne modele mózgu z tzw. płatem wzrokowym, odpowiedzialnym za obróbkę sygnałów z wysuniętych do przodu oczu; za nim znajdują się po kolei śródmózgowie i tyłomózgowie.

Z boków wychodzą nerwy czaszkowe, niezwykle ważne, bo to nimi wędrują sygnały od narządów zmysłu ulokowanych na głowie. Na modelu można nawet dostrzec półokrągłe kanały ucha środkowego, które są kluczowymi elementami zmysłu równowagi. Wszystko to jest bardzo ciekawe, ale w jakim stopniu przybliża nas do odpowiedzi na pytanie, czy dinozaury były inteligentne? Dla nas inteligencja miała zawsze olbrzymie znaczenie, ponieważ definiujemy siebie jako istoty inteligentne – w końcu tak się nazwaliśmy: Homo sapiens, czyli „człowiek myślący”. Rzeczywiście nasze mózgi są duże, ale mózg walenia ma jeszcze większe rozmiary. Czy to znaczy, że waleń jest od nas bystrzejszy? Niekoniecznie, jako że liczy się proporcja rozmiarów mózgu do rozmiarów ciała. Badacz mózgu Harry Jerison zaprezentował taki wskaźnik w 1973 r. Nazwał go współczynnikiem encefalizacji (EQ, od ang. encephalization quotient) i dowodził, że w ten sposób można łatwo mierzyć inteligencję zwierząt. Tak jak oczekiwał, ssaki miały relatywnie duże mózgi, natomiast gadzie mózgi były relatywnie małe. Ptaki wylądowały między nimi, ale bliżej ssaków niż gadów, natomiast dinozaury zostały umiejscowione między współczesnymi gadami a ptakami.

Dinozaury zatem do bardzo bystrych raczej nie należały, choć niektóre mogły przejawiać całkiem złożone zachowania związane z wyborem partnera. Zapewne możemy zaryzykować tezę, że przynajmniej niektóre dinozaury – mam na myśli głównie małe teropody – dorównywały inteligencją ptakom i były bystrzejsze od jaszczurek i krokodyli. W tym miejscu docieramy do granicy naszych możliwości zdobywania informacji na temat tkanek miękkich, które nie uległy fosylizacji. Czy jest możliwe, aby takie tkanki mogły się zachować w jakiś inny sposób?

Czy dinozaury mogły przetrwać w bursztynie?

Czy można marzyć o lepszym nagłówku w gazecie niż taki: „Dinozaur zachowany w bursztynie”? A to właśnie się zdarzyło w 2016 r., kiedy poinformowaliśmy o znalezieniu jednej z najlepiej zachowanych skamieniałości dinozaura. Spotkało mnie wielkie szczęście, kiedy Lida Xing, paleontolog z Chińskiego Uniwersytetu Nauk o Ziemi w Pekinie, zaprosił mnie do zespołu, który zajął się opisaniem niezwykłego odkrycia – maleńkiego ogona dinozaura zachowanego w bursztynie. Pod mikroskopem można było wyraźnie zobaczyć kości ogona, fragmenty piór, a nawet wysuszone pozostałości mięśni i skóry. To było najczęściej relacjonowane odkrycie paleontologiczne w 2016 r., doczekało się tysięcy doniesień medialnych na całym świecie. Z analizy raportów prasowych, Twittera oraz Facebooka wynika, że znalazło się na ósmym miejscu wśród najczęściej wymienianych odkryć naukowych w 2016 r.

Okaz pochodził z Myanmaru (Birma), ze słynnych pokładów bursztynu datowanego na środkową kredę. Znaleziono tu wiele pięknych okazów, pierwsze pod koniec XIX w. W 2002 r. paleoentomolog David Grimaldi wydał przeglądową książkę poświęconą tym odkryciom z fotografiami przepięknych roślin kwiatowych i innych oraz z przykładami okazów reprezentujących 30 rodzin owadów i pająków, a także ze zdjęciami pojedynczych piór. Do 2010 r. liczba rodzin owadów znalezionych w bursztynie z Myanmaru wzrosła do prawie 100. Bursztyn pochodzi sprzed 98,8 mln lat, czyli powstał dokładnie we wczesnej fazie kredowej rewolucji ekosystemów lądowych, kiedy to rośliny okrytonasienne wraz z chmarami towarzyszących im owadów rozpoczęły podbój mezozoicznego świata.

***

Więcej na ten temat w książce Michaela J. Bentona „Dinozaury odkryte na nowo. Jak rewolucja naukowa rewiduje historię”, Prószyński i S-ka, Warszawa 2020.

01.09.2020 Numer 9/2020

Czytaj także

Reklama
Reklama

Ta strona do poprawnego działania wymaga włączenia mechanizmu "ciasteczek" w przeglądarce.

Powrót na stronę główną