150 millió éven át tökéletesedett a pteroszauruszok repülési képessége

Nincsen túlélhető és fenntartható jövőnk tudomány nélkül, ahogy nekünk sincsen nélkületek. Támogasd a Qubit munkáját!

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.

Ha tetszik, amit csinálunk, ha te is fontosnak tartod, hogy magyar nyelven legyen egy okos és közérthető lap, ami nem a politikai barikádok csatazajáról tudósít, hanem a ránk váró – bátran mondjuk ki, ez az év is megmutatta, mennyire nem túlzás ez – civilizációs kihívásokkal foglalkozik, ami fel meri tenni a jövőnkkel kapcsolatos igazi kérdéseket, és meg is mutatja a modern tudomány válaszait mindezekre, nos ha ez szerinted is olyan égetően fontos, ahogy mi gondoljuk: heroikus munkát végző hat újságíróval, sok tucatnyi kutatóval és csak egy egészen kicsi kiadóval a hátunk mögött, akkor támogasd a munkánkat rendszeresen – számít a segítséged!

Kapcsolódó cikkek a Qubiten: