150 millió éven át tökéletesedett a pteroszauruszok repülési képessége

Nincsen jövőnk tudomány nélkül, nincsen Qubit nélkületek. Támogasd a munkánkat!

Mintegy 220 millió évvel ezelőtt jelentek meg az első pteroszauruszok, avagy repülő hüllők, amelyek membrános szárnyaikkal az első aktív repülésre képes gerinces állatok voltak. A dinoszauruszokkal rokon csoport a késő triászban kis méretű, valószínűleg kétlábon járó hüllőkből alakult ki, és nagyon változatos méretű és életmódú állatokból állt. Kialakulásuktól kezdve közel 150 millió éven át sikeresek tudtak maradni, mígnem a kréta-végi kihalás őket is elsöpörte, a nem-madár dinoszauruszokkal és a fajok közel háromnegyedével együtt.

A késő Júrában élt, pteroszauruszok közé tartozó Pterodactylus antiquusIllusztráció: Mark Witton

Az viszont eddig nem volt teljesen világos, hogyan alakult ki a pteroszauruszoknál a repülés képessége, és hogyan változott tovább a földtörténeti középidő során. A kérdés vizsgálatát megnehezíti, hogy nem maradtak fent kezdetleges pteroszaurusz-fosszíliák, amelyek segítenének megérteni ezeknek a különleges hüllőknek a korai evolúcióját. Egy új, a Nature tudományos folyóiratban szerdán megjelent tanulmány ezeknek a megválaszolásához vihet közelebb és segíthet megalapozni a további hasonló evolúciós változásokkal foglalkozó kutatásokat.

A tanulmány emellett arra a kulcsfontosságú kérdésre is választ ad, hogy milyen hatással volt a korai madárszerű dinoszauruszok, majd a madarak megjelenése a pteroszauruszok evolúciójára. Az első madárszerű dinoszauruszok a késő júrában, közel 150 millió éve alakultak ki. A belőlük leszármazó modern madarak a kréta időszak második felében megjelenő tollas theropoda dinoszauruszok. A madarak az egyetlen dinoszauruszcsoport, amely túlélte a kréta-paleogén kihalást, és ezután sikeresen betöltötte az egykor pteroszauruszok által uralt élettereket.

Az új kutatásban Chris Venditti és kollégái biofizikai repülési modelleket és fosszíliák jellemzőit kombinálták, egy a pteroszauruszok változatosságát jól lefedő, 75 különböző időben élő fajt tartalmazó adatbázisban. A fosszíliák jellemzői alapján emellett egy a pteroszauruszok rokonsági kapcsolatait is minden korábbinál jobban feltáró evolúciós törzsfát is létrehoztak. Mindebből kiderült, hogy a pteroszauruszok tömegének változására komoly hatással lehetett a madárszerű dinoszauruszok megjelenése. Míg addig a pontig az állatok tömege nem mutatott jelentős változást, 150 millió évvel ezelőttől kihalásukig méretük jelentős növekedésnek indult. 

Az is világossá vált, hogy egy inkább földfelszíni életmódhoz alkalmazkodott alcsoport kivételével a pteroszauruszok repülési hatékonysága szinte folyamatos növekedést mutatott. Bár erre a madarak megjelenése nem volt hatással, a késői pteroszauruszok a legkorábbiakhoz képest mintegy 50 százalékkal hatékonyabban tudtak repülni. A kutatásban használt módszerek amellett, hogy izgalmas újdonságokat árulnak el a földtörténeti középidőben a levegőt uraló repülő hüllőkről, jövőbeli evolúciós vizsgálatokhoz is mintául szolgálhatnak.

A madárszerű dinoszauruszok megjelenésének jelentős hatása volt a pteroszauruszokra

A kutatók elsődleges célja az volt, hogy meghatározzák, miként változott a pteroszauruszok repülési képessége evolúciójuk során. Ehhez két, az állatok repülési teljesítményét jellemző indexet állítottak fel, amelyeknek tudományos hátteréül az aktív és vitorlázó repülés biofizikai modellje szolgált.

Az első index a repülés hatékonyságát jellemzi, amely a kutatók által definiált „közlekedési költség” (cost of transport, COT) fordítottja. Ez az érték azt az energiát mutatja meg, amely egy adott tömeg mozgatásához szükséges egy adott távolságra, a felhasznált energia szempontjából leggazdaságosabb sebességen. A második index a süllyedési sebességet (sinking rate, Vz) határozz ameg, amely az állatok vitorlázó repülésének hatékonyságát hivatott mérni. Az alacsonyabb süllyedési sebesség (Vz) hosszabb repülésre ad lehetőséget, és könnyebbé teszi felszálló áramlatok kihasználását.

A szakemberek egy 16 pteroszauruszfajt tartalmazó adatbázis alapján számolták ki az ezekre az állatokra jellemző közlekedési költség- és a süllyedési sebesség (Vz)- értékeket, a becsült tömegük, szárnyfesztávjuk és más jellemzők alapján. A kutatók célja azonban az volt, hogy ezeknek az indexeknek az időbeni változását tanulmányozzák, és ne csak néhány fajra határozzák meg azokat.

Ennek megoldásához szükségük volt egy a pteroszauruszok rokonsági, vagyis evolúciós kapcsolatait és időbeni változását kifejező, megbízható törzsfára. Filogenetikai fákat jellemzően genetikai adatok (például DNS-bázissorrend vagy fehérjeaminosav-sorrend) alapján készítenek szakemberek, de erre a paleontológusoknak általában nincs lehetőségük. Ezért ezeket a törzsfákat fosszíliák jellemzői alapján kell felállítaniuk, ahogy ez ebben az esetben is történt, egy 128 pteroszauruszt tartalmazó adatbázis segítségével.

Az hamar kiderült az adatokból, hogy a szárnyfesztávolság felelős az állatok formájában és tömegében megjelenő változatosság legnagyobb részéért. A törzsfa segítségével a meglévő 16 mellett még további 59 pteroszauruszfaj esetén kaptak a kutatók a tömegre, az állatok feji részének valamint a szárny felületének méretére becsült adatokat. A végső adatbázisba így 75 pteroszaurusz került be, ami a csoport változatosságának nagyobb részét lefedi. A kutatók emellett 1000 adatpontot határoztak meg a korábban tárgyalt közlekedési költség (COT) és a süllyedési sebesség (Vz) indexekre.

Az Archaeopteryx (a képen) és más, a késő Júrában megjelent madárszerű-dinoszauruszok jelentős hatással voltak a pteroszauruszok evolúciójára.Fotó: H. Raab

Mivel az állatok tömege mindkét indexszel összefüggésben van, a kutatóknak ennek változását is figyelembe kellett venniük az állatok evolúciójának vizsgálatakor. Arra jutottak, hogy a pteroszauruszok tömege a várakozásoknak megfelelően valóban növekedést mutatott az idők során. Talán még fontosabb, hogy a növekedés ütemében fontos eltérések vannak. Míg nagyjából 220 millió évvel ezelőtti megjelenésüktől 150 millió évvel ezelőttig a kutatók nem találtak szignifikáns változást, az ezután következő 65 millió évben az állatok tömege közel tízszeresére növekedett. Mindez egybevágni látszik a madárszerű dinoszauruszok késő júrakori, illetve később a madarak krétakori megjelenésével.

Folyamatosan nőtt a repülésük hatékonysága, kivéve egy csoportot

A kutatók ezután a repülési teljesítmény változását vizsgálták. Ehhez egy inkább földfelszíni életmódot folytató alcsoportot, az Azhdarchoidokat hasonlították össze a többi pteroszaurusszal, feltételezve, hogy előbbiek számára nem volt annyira fontos a hatékony repülés képessége. Az Azhdarchoidok nagy méretű, krétakori pteroszauruszok voltak – ennek a csoportnak a tagja volt többek közt a hatalmas Quetzalcoatlus is. (Ugyanide tartozó fosszíliákat tárt fel Ősi Attila kollégáival a 2010-es években Magyarországon, Iharkút közelében, egy késő Kréta kori lelőhelyen.) Az régóta viták kereszttüzében áll, hogy az ebbe az alcsoportba tartozó állatok képesek voltak-e egyáltalán repülésre. A kutatók most arra jutottak, hogy ezek is tudtak repülni, de a repülési hatékonyságuk egyik indexe sem változott jelentősen az idők során – valószínűleg azért, mert életmódjuk miatt erre nem volt szükségük.

A hatalmas Quetzalcoatlus northropi szárnyfesztávja egy kisebb repülégével egyezett megIllusztráció: Mark Witton és Darren Naish

Ezzel ellentétben a többi pteroszaurusznál szignifikánsan javult a repülési hatékonyság, az állatok megnőtt tömegének figyelembe vételével is. Ugyanakkor űgy tűnik, hogy a madárszerű dinoszauruszok megjelenése erre nem volt szignifikáns hatással. Az is kiderült, hogy a 200 millió évvel ezelőtti pteroszauruszokhoz képest a kréta végén, 70 millió évvel ezelőtt élők 50 százalékkal hatékonyabban tudtak repülni, legalábbis a közlekedési költség- indexet tekintve. Ugyanez látszik a süllyedési sebességet kifejező Vz értéken is, amely a pteroszauruszevolúció során 46 százalékos csökkenést mutat, azaz a repülési hatékonyság ekkora mértékű növekedését jelenti.

Az új kutatás eredményei arra utalnak, hogy a pteroszauruszok egy alcsoport kivételével az idő előrehaladtával egyre hatékonyabb repülésre voltak képesek. A természetes szelekció elválasztotta egymástól testméretük és szárnyfesztávjuk változását, így végül hatékony és hosszú repülésekre képes állatokká váltak. Bár úgy tűnik, hogy a madárszerű dinoszauruszok megjelenése erre nem volt jelentős hatással, az állatok tömegének növekedésére viszont igen. A tanulmányban használt módszer, amikor is a kutatók a biofizikai modelleket kombináltak az állatok rokonsági kapcsolatait feltáró törzsfával, más, jövőbeli evolúciós kutatások során is nagyon hasznos lehet.

Járvány, klímaváltozás, forradalmak – mindez csak három dermesztő arca annak a felbolydult világnak, ami ránk vár. Lesz még neki jó pár. Ha teheted, segítsd a munkánkat, mi megháláljuk a bizalmadat, és ebben a nagy zavarodottságban hitelesen, alaposan és közérthetően magyarázzuk el, hogy a legégetőbb kérdésekre milyen válaszokat adnak a sárgolyó legnagyobb elméi. Maradj velünk. Támogatom a Qubit szerkesztőségét!

Kapcsolódó cikkek a Qubiten: