Descendenții vii ai dinozaurilor

Într-o pădure de pini din zona rurală din nord-estul Chinei, un versant de șist accidentat este plin de rămășițele unor creaturi dispărute în urmă cu 125 de milioane de ani, când această parte a provinciei Liaoning era acoperită de lacuri de apă dulce. În acea perioadă, erupțiile vulcanice convulsionau în mod regulat zona, îngropând în cenușă milioane de reptile, pești, melci și insecte. Pășesc cu grijă printre miriadele de fosile, iau o placă de șist nu mult mai mare decât mâna mea și îi lovesc marginea cu un ciocan de piatră. O crăpătură despică în două un pește de culoare roșiatică, producând impresiile în oglindă ale aripioarelor delicate și ale oaselor la fel de subțiri ca firele de păr uman.

Unul dintre paleontologii vedetă ai Chinei, Zhou Zhonghe, zâmbește. „Un loc uimitor, nu-i așa?”, spune el.

În 1995, Zhou și colegii săi au anunțat descoperirea unei fosile din această zonă de dezastru preistoric care a anunțat o nouă eră a paleontologiei. Fosila era o pasăre primitivă, de mărimea unei ciori, care ar fi putut fi asfixiată de fumul vulcanic în timp ce se rotea deasupra lacurilor, cu atâtea milioane de ani în urmă. Ei au numit noua specie Confuciusornis, după numele filozofului chinez.

Până atunci, doar o mână de fosile de păsări preistorice fuseseră dezgropate oriunde în lume. Acest lucru se datorează în parte faptului că păsările, atunci ca și acum, erau mult mai puțin frecvente decât peștii și nevertebratele, și în parte pentru că păsările au evitat mai ușor alunecările de teren, gropile de gudron, erupțiile vulcanice și alte fenomene geologice care capturau animalele și păstrau urme ale acestora pentru veacuri. Oamenii de știință au localizat doar zece schelete fosilizate intacte ale celei mai vechi păsări cunoscute, Archaeopteryx, care a trăit la sfârșitul perioadei jurasice, în urmă cu aproximativ 145 de milioane de ani.

Zhou, care lucrează la Institutul de Paleontologie și Paleoantropologie a Vertebratelor (IVPP) al Academiei Chineze de Științe din Beijing, a crezut că straturile osoase extraordinare din Liaoning ar putea umple unele dintre numeroasele goluri din arhiva fosilă a celor mai vechi păsări. El nu ar fi putut fi mai profetic. În ultimii 15 ani, mii de păsări fosile rafinat conservate au ieșit la iveală din vechiul pat lacustru, numit Formațiunea Yixian. De asemenea, regiunea a dat naștere unor specimene uimitoare de dinozauri, cum nu se mai văzuseră până atunci. Ca urmare, China a fost cheia rezolvării uneia dintre cele mai mari întrebări din știința dinozaurilor din ultimii 150 de ani: relația reală dintre păsări și dinozauri.

Ideea că păsările – cel mai divers grup de vertebrate terestre, cu aproape 10.000 de specii în viață – au descins direct din dinozauri nu este nouă. Ea a fost ridicată de biologul englez Thomas Henry Huxley în tratatul său din 1870, Further Evidence of the Affinity between the Dinosaurian Reptiles and Birds. Huxley, un anatomist renumit, poate cel mai bine amintit pentru apărarea sa înflăcărată a teoriei evoluționiste a lui Charles Darwin, a văzut puține diferențe între structura osoasă a lui Compsognathus, un dinozaur nu mai mare decât un curcan, și Archaeopteryx, care a fost descoperit în Germania și descris în 1861. Când Huxley s-a uitat la struți și la alte păsări moderne, a văzut dinozauri de mici dimensiuni. Dacă oasele picioarelor unui pui de găină ar fi fost mărite și fosilizate, a observat el, „nu ar exista nimic în caracterele lor care să ne împiedice să le raportăm la Dinosauria.”

Cu toate acestea, de-a lungul deceniilor, cercetătorii care s-au îndoit de legătura dintre dinozauri și păsări au adus și argumente anatomice bune. Aceștia au spus că dinozaurilor le lipsesc o serie de trăsături care sunt în mod distinct aviare, printre care se numără: „wishbones”, sau clavicule fuzionate; oase pline de buzunare de aer; articulații flexibile ale încheieturilor mâinilor; și picioare cu trei degete. Mai mult decât atât, legătura postulată părea să contrazică ceea ce toată lumea credea că știe: că păsările sunt niște spirite mici, inteligente, rapide și cu sânge războinic, în timp ce dinozaurii – de la grecescul pentru „șopârlă înfricoșător de mare” – erau creaturi cu sânge rece, plictisitoare, trufașe și asemănătoare reptilelor.

La sfârșitul anilor 1960, un schelet fosilizat de dinozaur din Montana a început să submineze această presupunere. Deinonychus, sau „gheara teribilă”, după gheara în formă de seceră de pe fiecare picior din spate, avea o înălțime de aproximativ 11 picioare de la cap la coadă și era un prădător agil. În plus, structura sa osoasă era similară cu cea a Archaeopteryx. În curând, oamenii de știință au adunat și alte dovezi fizice intrigante, descoperind că, până la urmă, claviculele fuzionate erau comune la dinozauri. Oasele lui Deinonychus și Velociraptor aveau buzunare de aer și articulații flexibile la încheietura mâinii. Trăsăturile dinozaurilor semănau din ce în ce mai mult cu cele ale păsărilor. „Toate aceste lucruri au fost smulse din definiția de a fi o pasăre”, spune paleontologul Matthew Carrano de la Muzeul Național de Istorie Naturală Smithsonian.

Dar exista o trăsătură importantă care nu fusese găsită la dinozauri, și puțini experți se vor simți pe deplin confortabil să afirme că puii de pasăre și triceratopii erau rude până când nu vor avea dovezi pentru această legătură anatomică lipsă: penele.

Un fermier chinez sărac, Li Yingfang, a făcut una dintre cele mai mari descoperiri de fosile din toate timpurile, în august 1996, în satul Sihetun, la o oră de mers cu mașina de situl în care eu prospectasem pentru pești fosili. „Săpam gropi pentru plantarea de copaci”, își amintește Li, care acum are o slujbă cu normă întreagă la un muzeu al dinozaurilor construit chiar în acel loc. Dintr-o gaură a dezgropat o lespede de șist lungă de doi metri. Vânător experimentat de fosile, Li a despicat lespedea și a contemplat o creatură cum nu mai văzuse niciodată. Scheletul avea un craniu asemănător cu cel al unei păsări, o coadă lungă și impresiile a ceea ce păreau a fi structuri asemănătoare unor pene.

Din cauza penelor, Ji Qiang, pe atunci director al Muzeului Național de Geologie, care a cumpărat una dintre lespezile lui Li, a presupus că este vorba de o nouă specie de pasăre primitivă. Dar alți paleontologi chinezi erau convinși că este vorba de un dinozaur.

Într-o vizită la Beijing, în luna octombrie a acelui an, Philip Currie, un paleontolog care lucrează acum la Universitatea din Alberta, a văzut specimenul și și-a dat seama că acesta va da paleontologia peste cap. În luna următoare, Currie, un vechi cunoscător al Chinei, a arătat o fotografie a acestuia colegilor de la întâlnirea anuală a Societății de Paleontologie a Vertebratelor. Fotografia a furat spectacolul. „Era o fosilă atât de uimitoare”, își amintește paleontologul Hans-Dieter Sues de la Muzeul Național de Istorie Naturală. „Senzațională”. Paleontologii occidentali au făcut curând un pelerinaj la Beijing pentru a vedea fosila. „S-au întors amețiți”, spune Sues.

În ciuda penelor, scheletul nu a lăsat nicio îndoială că noua specie, numită Sinosauropteryx, ceea ce înseamnă „aripă de șopârlă chinezească”, era un dinozaur. Acesta a trăit în urmă cu aproximativ 125 de milioane de ani, pe baza datării elementelor radioactive din sedimentele care au înglobat fosila. Filamentele sale tegumentare – structuri lungi și subțiri care ieșeau din pielea sa solzoasă – i-au convins pe majoritatea paleontologilor că animalul a fost primul dinozaur cu pene descoperit vreodată. O duzină de dinozauri cu filamente sau pene au fost descoperiți de atunci în acel sit.

Prin analizarea specimenelor din China, paleontologii au completat lacunele din arhiva fosilă și au trasat relațiile evolutive dintre diverși dinozauri. Fosilele au confirmat în cele din urmă, pentru toți, cu excepția câtorva sceptici, că păsările descind din dinozauri și sunt reprezentanții în viață ai unei linii de dinozauri numită Maniraptorans.

Majoritatea dinozaurilor nu făceau parte din linia care a dat naștere păsărilor; ei ocupau alte ramuri ale arborelui genealogic al dinozaurilor. Sinosauropteryx, de fapt, a fost ceea ce paleontologii numesc un dinozaur non-avian, chiar dacă avea pene. Această descoperire i-a determinat pe paleontologi să își revizuiască viziunea asupra altor dinozauri non-aviari, cum ar fi celebrul Velociraptor, mâncător de carne, și chiar unii membri ai grupului tiranozaurilor. Și aceștia erau probabil împodobiți cu pene.

Abundența fosilelor cu pene a permis paleontologilor să examineze o întrebare fundamentală: De ce au evoluat penele? Astăzi, este clar că penele îndeplinesc multe funcții: ele ajută păsările să rețină căldura corpului, să respingă apa și să atragă un partener. Și, bineînțeles, ele ajută la zbor – dar nu întotdeauna, așa cum demonstrează struții și pinguinii, care au pene, dar nu zboară. Mulți dinozauri cu pene nu aveau aripi sau erau prea grei, în raport cu lungimea membrelor cu pene, pentru a putea zbura.

Dezcifrarea modului în care penele s-au transformat de-a lungul timpului din fibre zvelte în instrumente delicate de zbor ar aduce lumină asupra tranziției de la dinozauri la păsări și asupra modului în care selecția naturală a forjat această trăsătură complexă. Puțini oameni de știință cunosc penele antice mai îndeaproape decât Xu Xing de la IVPP. El a descoperit 40 de specii de dinozauri – mai multe decât orice alt om de știință în viață – din toată China. Biroul său de la IVPP, situat vizavi de Grădina Zoologică din Beijing, este aglomerat de fosile și mulaje.

Xu are în vedere evoluția penelor ca pe un proces incremental. În forma lor cea mai primitivă, penele erau filamente simple, asemănătoare unor pene, care ieșeau din pielea reptilelor. Aceste structuri simple sunt foarte vechi; chiar și pterodactilii aveau un fel de filamente. Xu sugerează că este posibil ca evoluția penelor să fi început la un strămoș comun al pterodactililor și dinozaurilor – cu aproape 240 de milioane de ani în urmă, sau cu aproximativ 95 de milioane de ani înainte de Archaeopteryx.

După apariția filamentelor unice au apărut filamentele multiple unite la bază. Următorii care au apărut în arhiva fosilă au fost barbi perechi care au ieșit dintr-un arbore central. În cele din urmă, rânduri dense de barbi întrepătrunși au format o suprafață plană: schița de bază a așa-numitelor pene penate ale păsărilor moderne. Toate aceste tipuri de pene au fost găsite în amprentele fosile ale theropodelor, subordinul de dinozauri care include Tyrannosaurus rex, precum și păsările și alți Maniraptorans.

Filamentele se găsesc și în alte părți ale arborelui genealogic al dinozaurilor, la specii foarte îndepărtate de theropode, cum ar fi Psittacosaurus, un erbivor cu față de papagal care a apărut în urmă cu aproximativ 130 de milioane de ani. Acesta avea filamente simple și rare de-a lungul cozii. Nu este clar de ce filamentele apar în unele linii de dinozauri, dar nu și în altele. „O posibilitate este că structurile asemănătoare penelor au evoluat foarte devreme în istoria dinozaurilor”, spune Xu, iar unele grupuri au păstrat aceste structuri, în timp ce alte grupuri le-au pierdut. „Dar, în cele din urmă, la Maniraptorani, penele s-au stabilizat și au evoluat în penele moderne”, spune el. Sau este posibil ca filamentele să fi evoluat independent în momente diferite. După cum subliniază Sues, „se pare că, din punct de vedere genetic, nu este o mare șmecherie să transformi o solză într-un filament.”

Original, este foarte posibil ca filamentele unice să fi fost pentru afișare, echivalentul dinozaurilor a penajului iridescent al păunului. Dovezi vii pentru această teorie au apărut atunci când oamenii de știință au dezvăluit adevăratele culori ale unor pene vechi de 125 de milioane de ani. Penele de pasăre și solzii de reptile conțin melanosomi – mici saci care conțin varietăți de pigment melanină. Mulți paleontologi au bănuit că și penele de dinozaur conțineau melanosomi. În laboratorul lui Mike Benton de la Universitatea din Bristol, Zhang Fucheng, de la IVPP, a petrecut mai mult de un an căutând melanosomi în fotografii de fosile de păsări și dinozauri realizate cu un microscop electronic. Diligența lui Zhang a dat roade în 2009, când a identificat melanozomii din Confuciusornis care conțineau eumelanină, care conferă penelor o nuanță cenușie sau neagră, și feomelanină, care le conferă o culoare castanie sau brun-roșiatică. Penele animalului aveau pete de culoare albă, neagră și maro-portocalie.

Sinosauropteryx a fost și mai uimitor. Zhang a descoperit că filamentele care îi curgeau pe spate și pe coadă trebuie să fi făcut ca dinozaurul să arate ca o frizerie cu dungi portocalii și albe. Un astfel de model vibrant sugerează că „penele au apărut mai întâi ca agenți de afișare a culorilor”, spune Benton.

Plumele timpurii ar fi putut avea și alte scopuri. Filamentele goale ar fi putut să disipeze căldura, la fel cum fac astăzi volanele unor șopârle moderne. Alți paleontologi speculează că penele au evoluat mai întâi pentru a reține căldura. Un exemplu elocvent vine de la fosilele lui Oviraptor – un teropod dezgropat în Mongolia, care a trăit în urmă cu aproximativ 75 de milioane de ani – care se ghemuia peste cuiburi pline de ouă. Oviraptorii și-au băgat picioarele în centrul cuibului și au îmbrățișat periferia cu membrele lor anterioare lungi – o poziție care seamănă izbitor de mult cu cea a păsărilor care își păstrează ouăle calde. Dinozaurii înrudiți cu Oviraptor erau acoperiți cu pene penibile, ceea ce sugerează că și Oviraptor era la fel. „A sta pe un astfel de cuib avea sens doar dacă avea pene” pentru a-și izola ușor puii, spune Sues.

Plumele au devenit, bineînțeles, în cele din urmă un instrument de zbor. Unii paleontologi își imaginează un scenariu în care dinozaurii au folosit penele pentru a-i ajuta să ocupe copacii pentru prima dată. „Deoarece dinozaurii aveau gleznele articulate, nu își puteau roti picioarele și nu se puteau cățăra bine. Poate că penele i-au ajutat să se cațere pe trunchiurile copacilor”, spune Carrano. Puii de păsări din speciile care trăiesc în principal la sol, cum ar fi curcanii, își folosesc aripile în acest fel. Este posibil ca penele să fi devenit din ce în ce mai aerodinamice de-a lungul a milioane de ani, permițând în cele din urmă dinozaurilor să alunece din copac în copac. Indivizii capabili să realizeze o astfel de ispravă ar fi putut să ajungă la noi surse de hrană sau să scape mai bine de prădători – și să transmită această trăsătură generațiilor următoare.

Unul dintre cele mai seducătoare specimene care a ieșit din straturile de șisturi din Liaoning este Microraptor, pe care Xu l-a descoperit în 2003. Bestia cu greutate mică avea o lungime de un metru sau doi și cântărea doar două kilograme. Microraptor, din familia Dromaeosaur, nu a fost un strămoș al păsărilor, dar era, de asemenea, diferit de orice dinozaur cu pene descoperit anterior. Xu îl numește un dinozaur cu „patru aripi”, deoarece avea pene lungi și penibile pe brațe și picioare. Din cauza sternului său fuzionat și a penelor asimetrice, spune Xu, Microraptor putea cu siguranță să alunece din copac în copac, și este posibil chiar să fi fost mai bun la zborul cu propriile puteri decât Archaeopteryx.

Anul trecut, Xu a descoperit o altă specie de dinozaur cu patru aripi, tot la Liaoning. Pe lângă faptul că arată că zborul cu patru aripi nu a fost o întâmplare, noua specie, Anchiornis huxleyi, numită în onoarea lui Thomas Henry Huxley, este cel mai timpuriu dinozaur cu pene cunoscut. Acesta provine din depozite lacustre jurasice vechi de 155 până la 160 de milioane de ani. Descoperirea a eliminat ultima obiecție cu privire la legătura evolutivă dintre păsări și dinozauri. Ani de zile, scepticii au invocat așa-numitul paradox temporal: nu existau dinozauri cu pene mai vechi decât Archaeopteryx, deci păsările nu ar fi putut apărea din dinozauri. Acum, acest argument a fost spulberat: Anchiornis este cu milioane de ani mai vechi decât Archaeopteryx.

Dinozaurii cu patru aripi au fost, în cele din urmă, o ramură moartă în arborele vieții; au dispărut din registrul fosilelor în urmă cu aproximativ 80 de milioane de ani. Dispariția lor a lăsat un singur neam de dinozauri capabili să zboare: păsările.

Când au evoluat dinozaurii în păsări? Greu de spus. „În profunzimea istoriei evoluției, este extrem de dificil de trasat linia de demarcație între păsări și dinozauri”, spune Xu. În afară de diferențe minore în ceea ce privește forma vertebrelor gâtului și lungimea relativă a brațelor, păsările timpurii și rudele lor maniraptoriene, cum ar fi Velociraptor, seamănă foarte mult.

„Dacă Archaeopteryx ar fi descoperit astăzi, nu cred că i s-ar spune pasăre. I-ați spune că este un dinozaur cu pene”, spune Carrano. Este numit în continuare prima pasăre, dar mai mult din motive istorice decât pentru că este cea mai veche sau cea mai bună întruchipare a trăsăturilor asemănătoare păsărilor.

Pe de altă parte, Confuciusornis, care a posedat primul cioc și cel mai timpuriu pygostyle, sau vertebrele fuzionate ale cozii care susțineau penele, arată cu adevărat ca o pasăre. „Trece testul mirosului”, spune Carrano.

De la dispariția ultimilor dinozauri neavioși în urmă cu 65 de milioane de ani, în timpul extincției în masă care a închis cortina asupra perioadei cretacice, păsările au evoluat și alte caracteristici care le diferențiază de dinozauri. Păsările moderne au un metabolism mai mare decât a avut vreodată chiar și cel mai agil Velociraptor. Dinții au dispărut la un moment dat în istoria evolutivă a păsărilor. Coada păsărilor a devenit mai scurtă, abilitățile lor de zbor au devenit mai bune, iar creierul lor a devenit mai mare decât cel al dinozaurilor. Iar păsările moderne, spre deosebire de strămoșii lor maniraptorieni, au un deget mare care se îndepărtează de celelalte degete, ceea ce le permite păsărilor să se cocoțeze. „Treci treptat de la brațele lungi și mâinile uriașe ale maniraptorienilor non-aviari la ceva care arată ca o aripă de pui pe care o primești la KFC”, spune Sues. Având în vedere amploarea acestor adaptări aviare, nu este de mirare că legătura evolutivă dintre dinozauri și păsări, așa cum le cunoaștem noi, a rămas ascunsă până când paleontologii au început să analizeze bogata arhivă fosilă din China.

Chaoyang este un oraș chinezesc monoton, cu străzi prăfuite; în colțurile sale mai întunecate, amintește de orașele miniere de cărbune americane din secolul al XIX-lea. Dar pentru colecționarii de fosile, Chaoyang este un paradis, la doar o oră de mers cu mașina de unele dintre cele mai productive straturi ale Formațiunii Yixian.

O stradă este străjuită de magazine care vând yuhuashi, sau fosile de pește. Fosilele înrămate încorporate în șisturi, adesea în perechi în oglindă, pot fi cumpărate pentru un dolar sau doi. Un articol popular este un mozaic în care câteva zeci de plăci mici formează o hartă a Chinei; peștii fosile par să înoate spre capitală, Beijing (și nicio hartă nu este completă fără un pește care să reprezinte Taiwanul). Comercianții vând insecte, crustacee și plante fosilizate. Ocazional, în ciuda legilor care interzic comerțul cu fosile cu valoare științifică, se știe că negustori mai puțin scrupuloși au vândut fosile de dinozauri. Cele mai importante specimene, spune Zhou, „nu sunt descoperite de oamenii de știință în magazinele de fosile din oraș, ci în casele comercianților sau ale fermierilor care le-au dezgropat.”

Pe lângă Sinosauropteryx, alte câteva specimene revelatoare au ieșit la iveală prin intermediul unor amatori, mai degrabă decât în urma unor săpături științifice. Provocarea pentru Zhou și colegii săi este de a găsi specimene fierbinți înainte ca acestea să dispară în colecții private. Astfel, Zhou și colegul său Zhang Jiangyong, un specialist în pești antici de la IVPP, au venit în provincia Liaoning pentru a verifica toate fosilele pe care comercianții prieteni ai cauzei lor au pus mâna în ultima vreme.

Cei mai mulți dintre stocurile din magazinele de fosile provin de la fermierii care taie în paturile de fosile atunci când nu-și îngrijesc câmpurile. Un mic specimen de pește bine conservat poate aduce găsitorului său echivalentul a 25 de cenți, suficient pentru o masă caldă. Un dinozaur cu pene poate aduce câteva mii de dolari, adică venitul pe un an sau mai mult. Oricât de distructivă ar fi pentru zăcămintele de fosile, această paleoeconomie a ajutat la rescrierea preistoriei.

Zhou ia o placă și se uită la ea prin ochelarii săi cu rame de sârmă. „Domnule președinte, veniți aici și uitați-vă”, îi spune Zhou lui Zhang (care și-a câștigat porecla jucăușă ca președinte al sindicatului angajaților de la IVPP). 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.