Dinosaurussen’ levende afstammelingen
In een dennenbos in het landelijke noordoosten van China ligt een ruige leisteenhelling vol met de overblijfselen van uitgestorven wezens van 125 miljoen jaar geleden, toen dit deel van de provincie Liaoning bedekt was met zoetwatermeren. Vulkaanuitbarstingen hebben het gebied in die tijd regelmatig geteisterd, waarbij onnoemelijke miljoenen reptielen, vissen, slakken en insecten in as werden begraven. Ik stap voorzichtig tussen de ontelbare fossielen, pak een leisteenplaat op die niet veel groter is dan mijn hand en sla met een rotshamer op de rand. Een naad splitst een roodbruine vis in tweeën, en produceert spiegelafdrukken van tere vinnen en botten zo dun als mensenharen.
Een van China’s ster-paleontologen, Zhou Zhonghe, glimlacht. “
Het was in 1995 dat Zhou en collega’s de ontdekking aankondigden van een fossiel uit dit prehistorische rampgebied dat een nieuw paleontologisch tijdperk inluidde. Het fossiel was een primitieve vogel ter grootte van een kraai die mogelijk door vulkanische dampen is gestikt toen hij miljoenen jaren geleden boven de meren zweefde. Zij noemden de nieuwe soort Confuciusornis, naar de Chinese filosoof.
Tot dan toe waren er slechts een handvol prehistorische vogelfossielen in de wereld opgegraven. Dat komt deels omdat vogels, net als nu, veel minder algemeen waren dan vissen en ongewervelde dieren, en deels omdat vogels zich gemakkelijker konden onttrekken aan modderstromen, teerputten, vulkaanuitbarstingen en andere geologische verschijnselen die dieren gevangen namen en hun sporen voor de eeuwen bewaarden. Wetenschappers hebben slechts tien intacte gefossiliseerde skeletten gevonden van de vroegst bekende vogel, Archaeopteryx, die leefde aan het eind van het Jura, ongeveer 145 miljoen jaar geleden.
Zhou, die werkt aan het Instituut voor Vertebraten Paleontologie en Paleoantropologie (IVPP) van de Chinese Academie van Wetenschappen in Beijing, geloofde dat de buitengewone bottenbedden in Liaoning enkele van de vele leemtes in het fossielenbestand van de vroegste vogels zouden kunnen opvullen. Hij kon niet voorspellender zijn geweest. In de afgelopen 15 jaar zijn duizenden prachtig bewaarde fossiele vogels uit de oude meerbedding, de Yixian Formatie, tevoorschijn gekomen. Het gebied heeft ook prachtige dinosaurusspecimens opgeleverd, die nog nooit eerder waren gezien. Als gevolg daarvan is China de sleutel geweest tot het oplossen van een van de grootste vragen in de dinosauruswetenschap van de afgelopen 150 jaar: de werkelijke relatie tussen vogels en dinosauriërs.
Het idee dat vogels – de meest diverse groep gewervelde landdieren, met bijna 10.000 levende soorten – rechtstreeks afstammen van dinosauriërs, is niet nieuw. Het werd geopperd door de Engelse bioloog Thomas Henry Huxley in zijn verhandeling uit 1870, Further Evidence of the Affinity between the Dinosaurian Reptiles and Birds. Huxley, een vermaard anatoom die misschien het best bekend is vanwege zijn vurige verdediging van Charles Darwin’s evolutietheorie, zag weinig verschil tussen de botstructuur van Compsognathus, een dinosaurus niet groter dan een kalkoen, en Archaeopteryx, die in Duitsland werd ontdekt en in 1861 werd beschreven. Toen Huxley naar struisvogels en andere moderne vogels keek, zag hij kleine dinosaurussen. Als de beenderen van de poten van een babykip zouden worden vergroot en gefossiliseerd, merkte hij op, “zou er niets in hun karakter zijn dat ons ervan weerhoudt om ze tot de Dinosauria te rekenen.”
Terwijl, in de loop van de decennia kwamen onderzoekers die twijfelden aan de link tussen dinosaurus en vogel ook met goede anatomische argumenten. Zij zeiden dat dinosauriërs een aantal kenmerken missen die duidelijk vogelachtig zijn, waaronder draagbeentjes, of gesmolten sleutelbenen; botten vol luchtzakken; flexibele polsgewrichten; en drie-tenige voeten. Bovendien leek de veronderstelde link in strijd met wat iedereen dacht te weten: dat vogels kleine, intelligente, snelle, warmbloedige geesten zijn, terwijl dinosauriërs – van het Grieks voor “angstaanjagend grote hagedis” – koudbloedige, saaie, ploeterende, reptielachtige wezens zijn.
In de late jaren 1960 begon een gefossiliseerd dinosauriërskelet uit Montana die veronderstelling te ondermijnen. Deinonychus, of “verschrikkelijke klauw” naar de sikkelvormige klauw op elke achterpoot, was ongeveer 1 meter lang van kop tot staart en was een lenig roofdier. Bovendien was zijn botstructuur vergelijkbaar met die van Archaeopteryx. Al snel verzamelden wetenschappers andere intrigerende fysieke bewijzen en ontdekten zij dat gesmolten sleutelbeenderen toch veel voorkwamen bij dinosaurussen. De botten van Deinonychus en Velociraptor hadden luchtzakken en flexibele polsgewrichten. De eigenschappen van dinosaurussen leken steeds meer op die van vogels. “Al die dingen werden uit de definitie van vogel gehaald,” zegt paleontoloog Matthew Carrano van het Smithsonian National Museum of Natural History.
Maar er was één belangrijk kenmerk dat niet bij dinosauriërs was aangetroffen, en weinig deskundigen zouden zich helemaal op hun gemak voelen om te beweren dat de meesjes en de triceratops verwant waren totdat ze bewijs hadden voor deze ontbrekende anatomische schakel: veren.
Een arme Chinese boer, Li Yingfang, deed een van de grootste fossiele vondsten aller tijden, in augustus 1996 in het dorp Sihetun, op een uur rijden van de plek waar ik naar fossiele vissen had gezocht. “Ik was gaten aan het graven om bomen te planten,” herinnert Li zich, die nu een fulltime baan heeft in een dinosaurusmuseum dat precies op die plek is gebouwd. Uit een gat groef hij een twee meter lange leisteenplaat op. Als ervaren fossielenjager splijtte Li de plaat en zag hij een wezen dat hij nog nooit had gezien. Het skelet had een vogelachtige schedel, een lange staart en indrukken van wat leek op veerachtige structuren.
Omwille van de veren ging Ji Qiang, toenmalig directeur van het Nationaal Geologisch Museum, dat een van Li’s plakken had gekocht, ervan uit dat het om een nieuwe primitieve vogelsoort ging. Maar andere Chinese paleontologen waren ervan overtuigd dat het om een dinosaurus ging.
Tijdens een bezoek aan Peking in oktober zag Philip Currie, een paleontoloog die nu aan de Universiteit van Alberta werkt, het specimen en realiseerde zich dat het de paleontologie op zijn kop zou zetten. De volgende maand liet Currie, een China-kenner van het eerste uur, een foto zien aan collega’s op de jaarlijkse bijeenkomst van de Society of Vertebrate Paleontology. De foto stal de show. “Het was zo’n verbazingwekkend fossiel,” herinnert paleontoloog Hans-Dieter Sues van het National Museum of Natural History zich. “Sensationeel.” Westerse paleontologen maakten al snel een pelgrimstocht naar Beijing om het fossiel te zien. “
Ondanks de veren, liet het skelet er geen twijfel over bestaan dat de nieuwe soort, Sinosauropteryx genaamd, wat “Chinese hagedisvleugel” betekent, een dinosaurus was. Hij leefde ongeveer 125 miljoen jaar geleden, gebaseerd op de datering van radioactieve elementen in de sedimenten die het fossiel omhulden. De filamenten van zijn integumentarium – lange, dunne structuren die uit zijn geschubde huid steken – overtuigden de meeste paleontologen ervan dat het dier de eerste gevederde dinosaurus was die ooit werd opgegraven. Sindsdien zijn er een dozijn dinosaurussen met filamenten of veren ontdekt op die vindplaats.
Door het analyseren van specimens uit China hebben paleontologen gaten in het fossielenbestand opgevuld en de evolutionaire verwantschappen tussen verschillende dinosaurussen getraceerd. De fossielen hebben eindelijk bevestigd, voor alle sceptici behalve een paar, dat vogels afstammen van dinosaurussen en de levende vertegenwoordigers zijn van een dinosauruslijn die de Maniraptorans wordt genoemd.
De meeste dinosaurussen maakten geen deel uit van de lijn waaruit vogels zijn voortgekomen; zij maakten deel uit van andere takken van de dinosaurusstamboom. Sinosauropteryx, in feite, was wat paleontologen noemen een niet-aviaanse dinosaurus, ook al had hij veren. Dit inzicht heeft paleontologen ertoe aangezet hun mening te herzien over andere niet-aviaanse dinosauriërs, zoals de beruchte vleeseter Velociraptor en zelfs sommige leden van de tyrannosaurusgroep. Ook zij waren waarschijnlijk getooid met veren.
De overvloed aan gevederde fossielen heeft paleontologen in staat gesteld een fundamentele vraag te onderzoeken: Waarom zijn veren geëvolueerd? Vandaag de dag is het duidelijk dat veren veel functies hebben: ze helpen vogels hun lichaamswarmte vast te houden, water af te stoten en een partner aan te trekken. En natuurlijk helpen ze bij het vliegen – maar niet altijd, zoals struisvogels en pinguïns laten zien, die wel veren hebben maar niet vliegen. Veel gevederde dinosauriërs hadden geen vleugels of waren te zwaar, in verhouding tot de lengte van hun gevederde ledematen, om te vliegen.
Ontdekken hoe veren door de eeuwen heen van spichtige vezels tot delicate vlieginstrumenten zijn gemorforforfoseerd, zou licht werpen op de overgang van dinosauriërs naar vogels, en hoe natuurlijke selectie deze complexe eigenschap heeft gesmeed. Er zijn maar weinig wetenschappers die de oude veren beter kennen dan IVPP’s Xu Xing. Hij heeft 40 dinosaurussoorten ontdekt – meer dan enige andere levende wetenschapper – uit heel China. Zijn kantoor bij het IVPP, tegenover de dierentuin van Beijing, is volgestouwd met fossielen en afgietsels.
Xu ziet de evolutie van veren als een stapsgewijs proces. Veren in hun meest primitieve vorm waren enkele filamenten, die leken op stekels, die uit de huid van reptielen staken. Deze eenvoudige structuren gaan ver terug in de tijd; zelfs pterodactylen hadden een soort filamenten. Xu suggereert dat de veder evolutie is begonnen in een gemeenschappelijke voorouder van pterodactylen en dinosauriërs – bijna 240 miljoen jaar geleden, of zo’n 95 miljoen jaar voor Archaeopteryx.
Na het ontstaan van enkele filamenten kwamen meerdere filamenten die aan de basis met elkaar verbonden waren. De volgende die in het fossielenbestand voorkwam, waren gepaarde weerhaakjes die uit een centrale schacht kwamen. Uiteindelijk vormden dichte rijen in elkaar grijpende weerhaakjes een plat oppervlak: de basisblauwdruk van de zogenaamde pennenachtige veren van moderne vogels. Al deze verentypes zijn gevonden in fossiele afdrukken van theropoden, de onderorde van dinosauriërs waartoe Tyrannosaurus rex behoort, alsmede vogels en andere Maniraptoranen.
Veersoorten worden ook elders in de stamboom van de dinosauriërs gevonden, in soorten die ver van theropoden afstaan, zoals Psittacosaurus, een herbivoor met papegaaiengezicht die zo’n 130 miljoen jaar geleden ontstond. Hij had spaarzame enkele filamenten langs zijn staart. Het is niet duidelijk waarom filamenten voorkomen in sommige dinosaurus-lijnen en niet in andere. “Eén mogelijkheid is dat veerachtige structuren al heel vroeg in de geschiedenis van de dinosaurus zijn ontstaan,” zegt Xu, en dat sommige groepen de structuren behielden, terwijl andere groepen ze kwijtraakten. “Maar uiteindelijk in Maniraptorans, stabiliseerden de veren en evolueerden in moderne veren,” zegt hij. Of de filamenten hebben zich onafhankelijk van elkaar op verschillende tijdstippen ontwikkeld. Zoals Sues opmerkt: “Het lijkt erop dat het genetisch gezien geen grote truc is om van een schub een filament te maken.”
Oorspronkelijk zouden afzonderlijke filamenten wel eens voor de show kunnen zijn geweest, het dinosaurusequivalent van het iriserende verenkleed van een pauw. Levendig bewijs voor die theorie werd geleverd toen wetenschappers de ware kleuren onthulden van 125 miljoen jaar oude veren. Vogelveren en schubben van reptielen bevatten melanosomen – kleine zakjes die varianten van het pigment melanine bevatten. Veel paleontologen vermoedden dat dinosaurusveren ook melanosomen bevatten. In het laboratorium van Mike Benton aan de Universiteit van Bristol heeft Zhang Fucheng van het IVPP meer dan een jaar lang gezocht naar melanosomen op foto’s van vogel- en dinosaurusfossielen die met een elektronenmicroscoop waren genomen. Zhangs ijver betaalde zich uit in 2009 toen hij in Confuciusornis melanosomen vond die eumelanine bevatten, dat de veren een grijze of zwarte tint geeft, en pheomelanine, dat de veren een kastanjebruine tot roodbruine kleur geeft. De veren van het dier hadden vlekken van witte, zwarte en oranje-bruine kleuring.
Sinosauropteryx was nog verbluffender. Zhang ontdekte dat de filamenten die over zijn rug en staart liepen, de dinosaurus eruit moesten laten zien als een oranje-wit gestreepte kapperspaal. Zo’n levendig patroon suggereert dat “veren voor het eerst ontstonden als middelen om kleuren te tonen”, aldus Benton.
Eerdere veren kunnen ook andere doelen hebben gediend. Holle filamenten kunnen warmte hebben afgevoerd, net zoals de franjes van sommige moderne hagedissen dat tegenwoordig doen. Andere paleontologen speculeren dat veren eerst zijn geëvolueerd om warmte vast te houden. Een sprekend voorbeeld komt van fossielen van Oviraptor – een theropode opgegraven in Mongolië die ongeveer 75 miljoen jaar geleden leefde – hurkend over met eieren gevulde nesten. Oviraptors staken hun poten in het midden van het legsel en omarmden de periferie met hun lange voorste ledematen – een houding die een griezelige gelijkenis vertoont met broedende vogels die hun eieren warm houden. Dinosaurussen die verwant zijn aan Oviraptor waren bedekt met pennenachtige veren, wat suggereert dat Oviraptor dat ook was. “Zitten op zo’n nest is alleen logisch als hij veren heeft”, zegt Sues.
Veren werden uiteindelijk natuurlijk wel een vlieginstrument. Sommige paleontologen stellen zich een scenario voor waarin dinosaurussen voor het eerst veren gebruikten om bomen te bezetten. “Omdat dinosauriërs scharnierende enkels hadden, konden ze hun voeten niet draaien en konden ze niet goed klimmen. Misschien hielpen veren hen om langs boomstammen omhoog te klauteren,” zegt Carrano. Babyvogels van soorten die voornamelijk op de grond leven, zoals kalkoenen, gebruiken hun vleugels op deze manier. Veren kunnen in de loop van miljoenen jaren steeds aerodynamischer zijn geworden, waardoor dinosaurussen uiteindelijk van boom naar boom konden glijden. De individuen die in staat waren een dergelijke prestatie te leveren, konden misschien nieuwe voedselbronnen bereiken of beter aan roofdieren ontsnappen – en de eigenschap aan volgende generaties doorgeven.
Een van de meest betoverende exemplaren die uit de schaliebodems van Liaoning tevoorschijn zijn gekomen, is Microraptor, die Xu in 2003 ontdekte. Het krielbeest was een meter of twee lang en tikte de weegschaal op een luttele twee pond. Microraptor, van de Dromaeosaurus familie, was geen voorouder van vogels, maar hij was ook anders dan alle eerder ontdekte gevederde dinosaurussen. Xu noemt het een “viervleugelige” dinosaurus omdat hij lange, penachtige veren op zijn armen en benen had. Vanwege het vergroeide borstbeen en de asymmetrische veren, zegt Xu, kon Microraptor zeker van boom naar boom glijden, en misschien kon hij zelfs beter op eigen kracht vliegen dan Archaeopteryx.
Vorig jaar ontdekte Xu een andere soort viervleugelige dinosaurus, ook in Liaoning. Behalve dat de viervleugelige vlucht geen toevalstreffer was, is de nieuwe soort, Anchiornis huxleyi, genoemd ter ere van Thomas Henry Huxley, de vroegst bekende gevederde dinosaurus. Hij is afkomstig van Jura-meerbedafzettingen van 155 tot 160 miljoen jaar oud. De vondst maakte een einde aan het laatste bezwaar tegen de evolutionaire band tussen vogels en dinosauriërs. Jarenlang hadden sceptici de zogenaamde temporele paradox aangevoerd: er waren geen gevederde dinosaurussen ouder dan Archaeopteryx, dus konden vogels niet uit dinosaurussen zijn ontstaan. Nu werd dat argument weggeblazen: Anchiornis is miljoenen jaren ouder dan Archaeopteryx.
Viervleugelige dinosauriërs waren uiteindelijk een dode tak aan de levensboom; zij verdwenen rond 80 miljoen jaar geleden uit het fossielenbestand. Door hun verdwijning bleef er slechts één dinosauriërslijn over die kon vliegen: vogels.
Wanneer zijn dinosauriërs in vogels geëvolueerd? Moeilijk te zeggen. “Diep in de evolutionaire geschiedenis is het uiterst moeilijk om de grens te trekken tussen vogels en dinosauriërs,” zegt Xu. Afgezien van kleine verschillen in de vorm van de nekwervels en de relatieve lengte van de armen, lijken de vroege vogels en hun Maniraptoraanse verwanten, zoals Velociraptor, erg veel op elkaar.
“Als Archaeopteryx vandaag zou worden ontdekt, denk ik niet dat je het een vogel zou noemen. Je zou het een gevederde dinosaurus noemen,” zegt Carrano. Het wordt nog steeds de eerste vogel genoemd, maar meer om historische redenen dan omdat het de oudste of beste belichaming van vogelachtige eigenschappen is.
Aan de andere kant lijkt Confuciusornis, die de eerste snavel en de vroegste pygostyle bezat, of samengesmolten staartwervels die veren ondersteunden, echt op een vogel. “
Sinds de laatste van de niet-aviaanse dinosauriërs 65 miljoen jaar geleden uitstierf tijdens de massa-extinctie die het doek sloot voor de Krijtperiode, hebben vogels andere kenmerken ontwikkeld die hen onderscheiden van dinosauriërs. Moderne vogels hebben een hogere stofwisseling dan zelfs de meest beweeglijke Velociraptor ooit had. Tanden verdwenen op een bepaald moment in de evolutionaire geschiedenis van vogels. De staarten van vogels werden korter, hun vliegkunst werd beter en hun hersenen werden groter dan die van dinosauriërs. En moderne vogels hebben, anders dan hun Maniraptoraanse voorouders, een grote teen die uitsteekt ten opzichte van de andere tenen, waardoor vogels kunnen neerstrijken. “Van de lange armen en enorme handen van de niet-aviaanse Maniraptoranen ga je geleidelijk naar iets dat lijkt op de kippenvleugel die je bij KFC krijgt,” zegt Sues. Gezien de omvang van deze aviaire aanpassingen is het geen wonder dat de evolutionaire link tussen de dinosauriërs en de vogels zoals wij die kennen verborgen bleef totdat paleontologen het rijke fossielenbestand van China begonnen te analyseren.
Chaoyang is een grauwe Chinese stad met stoffige straten; in zijn donkere hoeken doet het denken aan de grimmige 19e-eeuwse Amerikaanse kolenmijnsteden. Maar voor fossielenverzamelaars is Chaoyang een paradijs, op slechts een uur rijden van enkele van de meest productieve bedden van de Yixian Formatie.
Een straat is afgezet met winkels die yuhuashi, of visfossielen, verkopen. Ingelijste fossielen, ingebed in leisteen, vaak in spiegelbeeld, zijn te koop voor een dollar of twee. Een populair item is een mozaïek waarin enkele tientallen kleine platen een kaart van China vormen; de fossiele vissen lijken in de richting van de hoofdstad Beijing te zwemmen (en geen kaart is compleet zonder een vis die Taiwan voorstelt). Kooplieden verkopen gefossiliseerde insecten, schaaldieren en planten. Ondanks wetten die de handel in fossielen van wetenschappelijke waarde verbieden, verkopen minder scrupuleuze handelaars af en toe dinosaurusfossielen. De belangrijkste exemplaren, zegt Zhou, “zijn niet ontdekt door wetenschappers in de fossielenwinkels van de stad, maar bij de handelaren of boeren thuis die ze hebben opgegraven.”
Naast de Sinosauropteryx zijn verschillende andere onthullende exemplaren aan het licht gekomen door amateurs in plaats van bij wetenschappelijke opgravingen. De uitdaging voor Zhou en zijn collega’s is om hete specimens te vinden voordat ze in privé-collecties verdwijnen. Daarom zijn Zhou en zijn collega Zhang Jiangyong, een specialist op het gebied van oude vissen aan het IVPP, naar de provincie Liaoning gekomen om alle fossielen te bekijken die handelaren die hun zaak een warm hart toedragen de laatste tijd in handen hebben gekregen.
Het grootste deel van de voorraad in de fossielenwinkels is afkomstig van boeren die op fossielenbedden aan het hakken zijn als ze hun akkers niet aan het bewerken zijn. Een klein goed bewaard visje kan de vinder 25 cent opleveren, genoeg voor een warme maaltijd. Een gevederde dinosaurus kan enkele duizenden dollars opbrengen, een jaarinkomen of meer. Hoe vernietigend het ook is voor de fossielen, deze paleo-economie heeft bijgedragen aan het herschrijven van de prehistorie.
Zhou pakt een plak op en bekijkt het door zijn draadomrande bril. “Voorzitter, kom hier en kijk,” zegt Zhou tegen Zhang (die zijn speelse bijnaam verdiende als voorzitter van IVPP’s werknemersvakbond). Zhang examines the specimen and adds it to a pile that will be hauled back to Beijing for study—and, if they are lucky, reveal another hidden branch of the tree of life.
Richard Stone has written about a Stonehenge burial, a rare antelope and mysterious Tibetan towers for Smithsonian.
