Dinoszauruszok élő leszármazottai
Kína északkeleti részén, egy vidéki fenyőerdőben egy zord palaréteg tele van 125 millió évvel ezelőtt kihalt lények maradványaival, amikor Liaoning tartománynak ezt a részét édesvízi tavak borították. A vulkánkitörések akkoriban rendszeresen megrázkódtatták a területet, és hüllők, halak, csigák és rovarok millióit temették hamuba. Óvatosan lépkedek a számtalan fosszília között, felkapok egy, a kezemnél alig nagyobb palatáblát, és egy kőkalapáccsal rácsapok az élére. Egy varrat kettéhasít egy rozsdabarna színű halat, finom uszonyok és emberi hajszálvékony csontok tükörlenyomatai keletkeznek.
Kína egyik sztárpaleontológusa, Zhou Zhonghe mosolyog. “Csodálatos hely, nem igaz?” – mondja.
1995-ben Zhou és kollégái bejelentették, hogy felfedeztek egy kövületet ebből az őskori katasztrófaövezetből, amely a paleontológia új korszakát hirdette. A fosszília egy varjúméretű primitív madár volt, amelyet vulkáni füst fojtott meg, amikor évmilliókkal ezelőtt a tavak felett keringett. A kínai filozófus után Confuciusornisnak nevezték el az új fajt.
Előtte csak néhány őskori madárfosszíliát tártak fel a világon. Ez részben azért volt így, mert a madarak akkoriban, akárcsak most, sokkal ritkábbak voltak, mint a halak és gerinctelenek, részben pedig azért, mert a madarak könnyebben elkerülték az iszapcsuszamlásokat, kátránygödröket, vulkánkitöréseket és más geológiai jelenségeket, amelyek elkapták az állatokat, és megőrizték a nyomukat az idők során. A tudósok mindössze tíz ép, megkövesedett csontvázat találtak a legkorábbi ismert madárnak, az Archaeopteryxnek, amely a jura időszak végén, mintegy 145 millió évvel ezelőtt élt.
Zhou, aki a pekingi Kínai Tudományos Akadémia gerinces paleontológiai és paleoantropológiai intézetében (IVPP) dolgozik, úgy vélte, hogy a Liaoningban található rendkívüli csontrétegek kitölthetnek néhányat a legkorábbi madarakról szóló fosszilis feljegyzésekben lévő számos üres hely közül. Ennél prófétikusabb nem is lehetett volna. Az elmúlt 15 évben a Yixian Formációnak nevezett ősi tómederből több ezer kiváló állapotban fennmaradt fosszilis madár került elő. A régióból olyan lenyűgöző dinoszaurusz példányok is előkerültek, amelyekhez hasonlót még soha nem láttak. Ennek eredményeként Kína kulcsot adott a dinoszaurusz-tudomány egyik legnagyobb kérdésének megoldásához az elmúlt 150 évben: a madarak és a dinoszauruszok közötti valódi kapcsolathoz.
A gondolat, hogy a madarak – a szárazföldi gerincesek legváltozatosabb csoportja, közel 10 000 élő fajjal – közvetlenül a dinoszauruszoktól származtak, nem új. Thomas Henry Huxley angol biológus vetette fel 1870-ben megjelent, További bizonyítékok a dinoszauruszhüllők és a madarak közötti rokonságról című értekezésében. Huxley, a híres anatómus, akit talán leginkább Charles Darwin evolúciós elméletének lelkes védelmezőjeként emlegetnek, kevés különbséget látott a Compsognathus, egy pulykánál nem nagyobb dinoszaurusz és a Németországban felfedezett és 1861-ben leírt Archaeopteryx csontszerkezete között. Amikor Huxley megnézte a struccokat és más modern madarakat, kisméretű dinoszauruszokat látott. Ha egy bébi csirke lábcsontjait megnagyobbítanák és megkövesítenék, jegyezte meg, “semmi sem akadályozna meg bennünket abban, hogy a dinoszauruszok közé soroljuk őket.”
Mégis, az évtizedek során a dinoszaurusz-madár kapcsolatot kétségbe vonó kutatók is jó anatómiai érveket hoztak fel. Azt mondták, hogy a dinoszauruszokból hiányzik számos olyan jellegzetesség, amely egyértelműen madárjellegű, például a wishbones, vagyis az összenőtt kulcscsontok; a légzsákokkal átszőtt csontok; a hajlékony csuklóízületek; és a háromujjú lábak. Ráadásul a feltételezett kapcsolat ellentétesnek tűnt azzal, amit mindenki tudni vélt: hogy a madarak kicsi, intelligens, gyors, melegvérű manók, míg a dinoszauruszok – a görög “félelmetesen nagy gyík” szóból – hidegvérű, unalmas, tompa, nehézkes, hüllőszerű lények voltak.
Az 1960-as évek végén egy Montanából származó megkövesedett dinoszaurusz-csontváz kezdte aláásni ezt a feltételezést. A Deinonychus, vagy “szörnyű karom”, a mindkét hátsó lábán lévő sarló alakú karom után, fejétől a farkáig körülbelül 11 láb magas volt, és fürge ragadozó volt. Ráadásul csontszerkezete hasonló volt az Archaeopteryxéhez. Hamarosan a tudósok más érdekes fizikai bizonyítékokat is gyűjtöttek, és megállapították, hogy az összenőtt kulcscsontok mégiscsak gyakoriak voltak a dinoszauruszoknál. A Deinonychus és a Velociraptor csontjaiban légzsebek és rugalmas csuklóízületek voltak. A dinoszauruszok vonásai egyre inkább madárszerűnek tűntek. “Mindezeket a dolgokat kirántották a madárság definíciójából” – mondja Matthew Carrano paleontológus, a Smithsonian Nemzeti Természettudományi Múzeum munkatársa.
De volt egy fontos tulajdonság, amelyet nem találtak a dinoszauruszoknál, és kevés szakértő érezné magát teljesen nyugodtan, ha azt állítaná, hogy a csicsóka és a triceratops rokonok, amíg nincs bizonyíték erre a hiányzó anatómiai kapcsolatra: a tollakra.
Egy szegény kínai farmer, Li Yingfang 1996 augusztusában minden idők egyik legnagyobb fosszílialeletét találta meg Sihetun faluban, egy órányi autóútra attól a helytől, ahol én fosszilis halak után kutattam. “Gödröket ástam, hogy fákat ültessek” – emlékszik vissza Li, aki ma már főállásban dolgozik egy dinoszauruszmúzeumban, amely éppen ezen a helyszínen épült. Az egyik lyukból egy két láb hosszú palatáblát tárt fel. A tapasztalt fosszíliavadász Li felhasította a lemezt, és egy olyan élőlényt pillantott meg, amilyet eddig még nem látott. A csontváznak madárszerű koponyája, hosszú farka és tollszerűnek tűnő struktúrák lenyomatai voltak.
A tollak miatt Ji Qiang, a Nemzeti Földtani Múzeum akkori igazgatója, aki megvásárolta Li egyik táblát, azt feltételezte, hogy egy új ősmadárfajról van szó. Más kínai paleontológusok azonban meg voltak győződve arról, hogy dinoszauruszról van szó.
Az októberi pekingi látogatásakor Philip Currie, a jelenleg az Albertai Egyetemen dolgozó paleontológus meglátta a példányt, és rájött, hogy az a feje tetejére állítja a paleontológiát. A következő hónapban Currie, aki régóta ismeri Kínát, a Society of Vertebrate Paleontology (Gerinces Paleontológiai Társaság) éves találkozóján mutatott egy fényképet róla kollégáinak. A kép ellopta a show-t. “Olyan elképesztő fosszília volt” – emlékszik vissza Hans-Dieter Sues paleontológus a Nemzeti Természettudományi Múzeumból. “Szenzációs.” A nyugati paleontológusok hamarosan elzarándokoltak Pekingbe, hogy megnézzék a kövületet. “Kábultan jöttek vissza” – mondja Sues.
A tollak ellenére a csontváz nem hagyott kétséget afelől, hogy az új faj, amely a Sinosauropteryx nevet kapta, ami annyit jelent, hogy “kínai gyíkszárnyas”, dinoszaurusz volt. Körülbelül 125 millió évvel ezelőtt élt, a kövületet beborító üledékben található radioaktív elemek kormeghatározása alapján. A pikkelyes bőrből kiálló hosszú, vékony struktúrák – a legtöbb paleontológust meggyőzték arról, hogy ez az állat volt az első tollas dinoszaurusz, amelyet valaha feltártak. Azóta tucatnyi olyan dinoszauruszt fedeztek fel a lelőhelyen, amelyeken szálak vagy tollak voltak.
A Kínából származó példányok elemzésével a paleontológusok hiányosságokat pótoltak a fosszilis feljegyzésekben, és nyomon követték a különböző dinoszauruszok közötti evolúciós kapcsolatokat. A fosszíliák végül néhány szkeptikus kivételével mindenki számára megerősítették, hogy a madarak a dinoszauruszok leszármazottai, és a Maniraptorans nevű dinoszaurusz-család élő képviselői.
A legtöbb dinoszaurusz nem volt része annak a vonalnak, amelyből a madarak származnak; a dinoszauruszok családfájának más ágait foglalták el. A Sinosauropteryx valójában az volt, amit a paleontológusok nem őslény dinoszaurusznak neveznek, annak ellenére, hogy voltak tollai. Ez a felismerés arra késztette a paleontológusokat, hogy felülvizsgálják más nem őslény dinoszauruszokról, például a hírhedt húsevő Velociraptorról, sőt a tirannoszauruszok csoportjának egyes tagjairól alkotott véleményüket. Valószínűleg őket is tollak díszítették.
A tollas fosszíliák sokasága lehetővé tette a paleontológusok számára, hogy megvizsgáljanak egy alapvető kérdést: Miért fejlődtek ki a tollak? Ma már világos, hogy a tollak számos funkciót látnak el: segítenek a madaraknak megtartani a testhőt, taszítják a vizet és vonzzák a párjukat. És természetesen segítik a repülést – de nem mindig, ahogy azt a struccok és a pingvinek is bizonyítják, amelyeknek ugyan vannak tollaik, de nem repülnek. Sok tollas dinoszaurusznak nem volt szárnya, vagy a tollas végtagjaik hosszához képest túl nehéz volt a repüléshez.
Ha megfejtenénk, hogyan alakultak át a tollak az idők során a szálkás szálakból a repülés finom eszközeivé, fényt derítenénk a dinoszauruszok madarakká válására, és arra, hogyan alakította ki a természetes szelekció ezt az összetett tulajdonságot. Kevés tudós ismeri közelebbről az ősi tollakat, mint az IVPP munkatársa, Xu Xing. Ő 40 dinoszauruszfajt fedezett fel – többet, mint bármely más élő tudós – Kína minden tájáról. Az IVPP-ben, a pekingi állatkerttel szemben lévő irodája tele van kövületekkel és öntvényekkel.
Xu Xu a tollak evolúcióját fokozatos folyamatként képzeli el. A tollak legprimitívebb formájukban a hüllők bőréből kiemelkedő, tollszálakra emlékeztető szálak voltak. Ezek az egyszerű szerkezetek régre nyúlnak vissza; még a pterodaktiluszoknak is voltak valamilyen szálaik. Xu szerint a tollak evolúciója a pterodaktilusok és a dinoszauruszok közös ősénél kezdődhetett – közel 240 millió évvel ezelőtt, vagyis mintegy 95 millió évvel az Archaeopteryx előtt.
Az egyes szálak megjelenése után több, a tövüknél összekapcsolódó szál következett. A következő, ami megjelent a fosszilis feljegyzésekben, a központi tengelyből kilövellő páros tüskék voltak. Végül az egymásba kapcsolódó tüskék sűrű sorai lapos felületet alkottak: ez a modern madarak úgynevezett pennás tollainak alaprajza. Mindezeket a tolltípusokat megtalálták a theropodák fosszilis lenyomataiban, abban a dinoszaurusz alrendben, amelybe a Tyrannosaurus rex, valamint a madarak és más Maniraptorák tartoznak.
A tollak a dinoszauruszok családfáján belül máshol is megtalálhatók, a theropodáktól távol álló fajokban, például a Psittacosaurusban, egy papagájképű növényevőben, amely körülbelül 130 millió évvel ezelőtt alakult ki. A farkán ritkás, egyszerű szálak húzódtak végig. Nem világos, hogy a fonalak miért jelennek meg egyes dinoszauruszoknál, másoknál pedig miért nem. “Az egyik lehetőség az, hogy a tollszerű struktúrák nagyon korán kialakultak a dinoszauruszok történetében” – mondja Xu, és egyes csoportok megtartották a struktúrákat, míg más csoportok elvesztették azokat. “De végül a Maniraptoransban a tollak stabilizálódtak, és modern tollakká fejlődtek” – mondja. Vagy a szálak egymástól függetlenül fejlődhettek ki különböző időpontokban. Ahogy Sues rámutat: “Úgy tűnik, hogy genetikailag nem egy nagy trükk egy pikkelyt szálakká alakítani.”
Az egyes szálak eredetileg talán a látványt szolgálták, a pávák irizáló tollazatának dinoszaurusz megfelelőjeként. Élénk bizonyíték jelent meg erre az elméletre, amikor a tudósok felfedték a 125 millió éves tollak valódi színeit. A madártollak és a hüllők pikkelyei melanoszómákat tartalmaznak – apró zsákokat, amelyekben a melanin különböző pigmentfajtái találhatók. Sok paleontológus gyanította, hogy a dinoszauruszok tollai is tartalmaznak melanoszómákat. Mike Benton laboratóriumában, a Bristoli Egyetemen az IVPP munkatársa, Zhang Fucheng több mint egy éven át kereste a melanoszómákat a madár- és dinoszauruszkövületekről elektronmikroszkóppal készített fényképeken. Zhang szorgalma 2009-ben kifizetődött, amikor a Confuciusornisban olyan melanoszómákat talált, amelyek eumelanint tartalmaztak, amely szürke vagy fekete árnyalatot ad a tollaknak, és pheomelanint, amely gesztenyebarna vagy vörösesbarna színt kölcsönöz nekik. Az állat tollazatán fehér, fekete és narancsbarna színű foltok voltak.
A Sinosauropteryx még lenyűgözőbb volt. Zhang megállapította, hogy a hátán és a farkán végigfutó szálak miatt a dinoszaurusz úgy nézhetett ki, mint egy narancs-fehér csíkos borbélyrúd. Az ilyen élénk mintázat arra utal, hogy “a tollak először a színmegjelenítés eszközeiként jelentek meg” – mondja Benton.
A korai tollak más célokat is szolgálhattak. Az üreges szálak elvezethették a hőt, hasonlóan, mint manapság néhány modern gyík fodrai. Más paleontológusok szerint a tollak először a hő megtartására fejlődtek ki. Egy sokatmondó példa erre az Oviraptor – egy Mongóliában feltárt theropoda, amely körülbelül 75 millió évvel ezelőtt élt – fosszíliái, amelyek tojásokkal teli fészkek fölött gubbasztanak. Az Oviraptorok lábaikat a fészek közepére húzták, és hosszú mellső végtagjaikkal a perifériához simultak – ez a testtartás kísértetiesen hasonlít a tojásaikat melegen tartó, merengő madarakhoz. Az Oviraptorral rokon dinoszauruszokat pennás tollak borították, ami arra utal, hogy az Oviraptor is az volt. “Az ilyen fészken ülésnek csak akkor volt értelme, ha tollakkal rendelkezett”, hogy gyengéden szigetelje a kicsinyeit – mondja Sues.
A tollak persze végül a repülés eszközévé váltak. Egyes paleontológusok olyan forgatókönyvet képzelnek el, amelyben a dinoszauruszok először a fák elfoglalásához használtak tollakat. “Mivel a dinoszauruszoknak csuklós bokájuk volt, nem tudták forgatni a lábukat, és nem tudtak jól mászni. Talán a tollak segítettek nekik felmászni a fatörzseken” – mondja Carrano. Az elsősorban földön élő fajok, például a pulykák bébimadarai is így használják a szárnyaikat. A tollak az évmilliók során egyre aerodinamikusabbá válhattak, ami végül lehetővé tette a dinoszauruszok számára, hogy fáról fára siklanak. Az ilyen mutatványra képes egyedek új táplálékforrásokat érhettek el, vagy jobban el tudtak menekülni a ragadozók elől – és ezt a tulajdonságot továbbadhatták a következő generációknak.
A Liaoning palarétegeiből előkerült egyik legcsábítóbb példány a Microraptor, amelyet Xu 2003-ban fedezett fel. A kétméteres állat egy-két méter hosszú volt, és mindössze két kilót nyomott a mérleg nyelve. A Dromaeosaurusok családjába tartozó Microraptor nem volt a madarak őse, de nem is hasonlított egyetlen korábban felfedezett tollas dinoszauruszra sem. Xu “négyszárnyú” dinoszaurusznak nevezi, mivel karjain és lábain hosszú, tollas tollak voltak. Összenőtt mellcsontja és aszimmetrikus tollazata miatt, mondja Xu, a Microraptor biztosan tudott fáról fára siklani, és talán még az Archaeopteryxnél is jobban tudott saját erejéből repülni.
Múlt évben Xu felfedezett egy másik négyszárnyú dinoszauruszfajt, szintén Liaoningban. Amellett, hogy megmutatta, hogy a négyszárnyú repülés nem véletlen volt, az új faj, a Thomas Henry Huxley tiszteletére elnevezett Anchiornis huxleyi a legkorábbi ismert tollas dinoszaurusz. A 155-160 millió éves jura kori tómeder lerakódásokból származik. A lelet megszüntette az utolsó ellenérvet is a madarak és a dinoszauruszok közötti evolúciós kapcsolat ellen. A szkeptikusok évekig felvetették az úgynevezett időbeli paradoxont: az Archaeopteryxnél idősebb tollas dinoszauruszok nem léteztek, így a madarak nem keletkezhettek a dinoszauruszokból. Most ez az érv elszállt: Az Anchiornis több millió évvel idősebb, mint az Archaeopteryx.
A négyszárnyú dinoszauruszok végső soron egy holt ágat jelentettek az élet fáján; körülbelül 80 millió évvel ezelőtt tűntek el a fosszilis feljegyzésekből. Pusztulásuk után már csak egyetlen dinoszaurusz vonal maradt, amely képes volt repülni: a madarak.
Mikor fejlődtek a dinoszauruszokból madarakká? Nehéz megmondani. “Az evolúciótörténet mélyén rendkívül nehéz meghúzni a határt a madarak és a dinoszauruszok között” – mondja Xu. A nyakcsigolyák alakjában és a karok relatív hosszában mutatkozó kisebb különbségektől eltekintve a korai madarak és maniraptori rokonaik, mint például a Velociraptor, nagyon hasonlítanak egymásra.
“Ha az Archaeopteryxet ma fedeznék fel, nem hiszem, hogy madárnak neveznénk. Inkább tollas dinoszaurusznak neveznénk” – mondja Carrano. Még mindig az első madárnak nevezik, de inkább történelmi okokból, mint azért, mert ez a madárszerű vonások legrégebbi vagy legjobb megtestesítője.”
A Confuciusornis viszont, amely rendelkezett az első csőrrel és a legkorábbi pygostyle, vagyis a tollakat tartó, összenőtt farokcsigolyákkal, valóban úgy néz ki, mint egy madár. “Átmegy a szimatpróbán” – mondja Carrano.
Mióta az utolsó nem őslény dinoszauruszok 65 millió évvel ezelőtt kihaltak a kréta időszakot lezáró tömeges kihalás során, a madarak más tulajdonságokat is kifejlesztettek, amelyek megkülönböztetik őket a dinoszauruszoktól. A modern madarak anyagcseréje nagyobb, mint amilyen még a legmozgékonyabb Velociraptoré volt. A madarak evolúciós történetében valamikor eltűntek a fogak. A madarak farka rövidebb lett, repülési képességeik javultak, és agyuk nagyobb lett, mint a dinoszauruszoké. A modern madaraknak pedig a Maniraptor-ősökkel ellentétben van egy nagylábujjuk, amely eláll a többi lábujjuktól, ami lehetővé teszi a madarak számára az ülőalkalmatosságot. “A nem ősmaniraptorosok hosszú karjaitól és hatalmas kezeitől fokozatosan jutunk el valami olyanhoz, ami úgy néz ki, mint a KFC-ben kapható csirkeszárny” – mondja Sues. Tekintettel ezeknek a madárszerű alkalmazkodásoknak a mértékére, nem csoda, hogy a dinoszauruszok és az általunk ismert madarak közötti evolúciós kapcsolat rejtve maradt, amíg a paleontológusok el nem kezdték elemezni a Kínából származó gazdag fosszíliadokumentumot.
Chaoyang egy szürke kínai város poros utcákkal; sötét zugaiban a 19. századi amerikai szénbányászvárosokat idézi. De a fosszíliagyűjtők számára Chaoyang egy paradicsom, mindössze egyórás autóútra a Yixian Formáció néhány legtermékenyebb rétegétől.
Az egyik utcát yuhuashi, azaz halkövületeket áruló üzletek szegélyezik. A palába ágyazott, bekeretezett fosszíliák, gyakran tükörképes párokban, egy-két dollárért kaphatók. Népszerű darab az a mozaik, amelyben néhány tucat kis tábla Kína térképét alkotja; a fosszilis halak mintha a főváros, Peking felé úsznának (és nincs teljes térkép egy Tajvant ábrázoló hal nélkül). A kereskedők megkövesedett rovarokat, rákokat és növényeket árulnak. Alkalmanként a tudományos értékű fosszíliák kereskedelmét tiltó törvények ellenére a kevésbé lelkiismeretes kereskedők dinoszauruszkövületeket is árulnak. Zhou szerint a legfontosabb példányokat “nem a tudósok fedezték fel a városi fosszíliaboltokban, hanem az őket kiásó kereskedők vagy farmerek otthonában.”
A Sinosauropteryx mellett számos más revelatív példány is inkább amatőrök révén került napvilágra, mint tudományos ásatások során. Zhou és kollégái számára az a kihívás, hogy forró példányokat találjanak, mielőtt azok eltűnnek a magángyűjteményekben. Ezért Zhou és kollégája, Zhang Jiangyong, az IVPP ősi halakra specializálódott szakembere Liaoning tartományba utazott, hogy megnézzenek minden olyan kövületet, amelyre az ügyükkel barátságos kereskedők az utóbbi időben rátették a kezüket.
A kövületboltok készletének nagy része olyan gazdáktól származik, akik a kövületágyakat vágják, amikor éppen nem a földjeiket művelik. Egy apró, jól megőrzött halpéldány 25 centnek megfelelő összeget hozhat megtalálójának, ami egy meleg ételre elegendő. Egy tollas dinoszaurusz több ezer dollárt, egy éves vagy annál is több jövedelmet hozhat. Ez a paleogazdaság, bármennyire is pusztítja a fosszilis lelőhelyeket, segített átírni az őstörténelmet.
Zhou felkap egy lapot, és drótkeretes szemüvegén keresztül szemügyre veszi. “Elnök úr, jöjjön ide és nézze meg” – mondja Zhou Zhangnak (aki játékos becenevét az IVPP alkalmazotti szakszervezetének elnökeként érdemelte ki). 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.
