Den dolda regeln om flygfjädrar och hur den kunde avslöja vilka dinosaurier som kunde flyga

By | February 13, 2024

Den här artikeln har granskats i enlighet med Science X:s redaktionella process och policys. Redaktörerna har lyft fram följande attribut samtidigt som de säkerställer innehållets trovärdighet:

verifierad

peer reviewed publikation

pålitlig källa

korrekt


Vingen, som framhäver flygfjädrarna, på Temmincks Coondra. Kredit: Yosef Kiat

× nära


Vingen, som framhäver flygfjädrarna, på Temmincks Coondra. Kredit: Yosef Kiat

Fåglar kan flyga, åtminstone de flesta. Flyglösa fåglar som pingviner och strutsar har utvecklat livsstilar som inte kräver flygning. Men det finns mycket som forskare inte vet om hur vingarna och fjädrarna hos flyglösa fåglar skiljer sig från sina flygkusiner.

I en ny studie i tidskriften PNAS, forskare undersökte hundratals fåglar i museisamlingar och upptäckte en uppsättning fjäderegenskaper som alla flygande fåglar har gemensamt. Dessa “regler” ger ledtrådar om hur dinosaurier, förfäder till moderna fåglar, först utvecklade förmågan att flyga och vilka dinosaurier som kunde flyga.

Inte alla dinosaurier utvecklades till fåglar, men alla levande fåglar är dinosaurier. Fåglar är medlemmar i gruppen dinosaurier som överlevde när en asteroid träffade jorden för 66 miljoner år sedan. Långt innan asteroidnedslaget började några medlemmar av en grupp dinosaurier kallade Penneraptorans att utveckla fjädrar och förmågan att flyga.

Medlemmar av Penneraptoran-gruppen började utveckla fjädrar innan de kunde flyga; Det ursprungliga syftet med fjädrarna kunde ha varit att isolera eller attrahera en kompis. Till exempel hade Velociraptor fjädrar, men kunde inte flyga.

Naturligtvis kan forskare inte hoppa i en tidsmaskin tillbaka till kritaperioden för att se om Velociraptorer kunde flyga. Istället förlitar sig paleontologer på ledtrådar i djurens fossiliserade skelett, såsom storleken och formen på arm-/vingben och gafflar, tillsammans med formen på bevarade fjädrar, för att avgöra vilka arter som var kapabla att utföra en verklig driven flygning. Till exempel är de långa primära fjädrarna längs fåglarnas vingspetsar asymmetriska hos fåglar som kan flyga, men symmetriska hos de som inte kan flyga.


En pingvins primära fjädrar. Kredit: Yosef Kiat

× nära


En pingvins primära fjädrar. Kredit: Yosef Kiat

Sökandet efter ledtrådar till dinosaurieflyg ledde till ett samarbete mellan Jingmai O'Connor, en paleontolog vid Field Museum i Chicago, och Yosef Kiat, en postdoktor vid Field.

“Yosef, en ornitolog, undersökte egenskaper som antalet olika typer av vingfjädrar i förhållande till längden på armbenet som de fäster vid och graden av asymmetri i fåglarnas svängfjädrar”, sa O. 'Connor, museibiträde. curator för fossila reptiler, specialiserad på tidiga fåglar.

“Genom vårt samarbete kan Yosef spåra dessa egenskaper i fossiler som är mellan 160 och 120 miljoner år gamla och därför studera fjädrars tidiga evolutionära historia.”

Kiat genomförde en studie av fjädrarna hos alla beställningar av levande fåglar och undersökte exemplar av 346 olika arter som finns bevarade på museer runt om i världen. Genom att titta på vingar och fjädrar hos kolibrier och hökar, pingviner och pelikaner, märkte han ett antal konsekventa egenskaper bland arter som kan flyga.

Till exempel, förutom asymmetriska fjädrar, hade alla flygande fåglar mellan nio och 11 primära fjädrar. Hos flyglösa fåglar varierar antalet kraftigt: pingviner har fler än 40, medan emuer inte har några. Det är en bedrägligt enkel regel som tydligen har gått obemärkt förbi av forskare.

“Det är verkligen förvånande att med så många flygstilar som vi kan hitta hos moderna fåglar, delar de alla denna egenskap att ha mellan nio och 11 primära fjädrar,” säger Kiat. “Och jag blev förvånad över att ingen verkade ha hittat det här tidigare.”


Fossil som visar vinge och fjädrar av den förhistoriska fågeln Confuciusornis. Kredit: Yosef Kiat

× nära


Fossil som visar vinge och fjädrar av den förhistoriska fågeln Confuciusornis. Kredit: Yosef Kiat

Genom att tillämpa informationen om antalet primära fjädrar på det allmänna släktträdet av fåglar, fann Kiat och O'Connor också att det tar lång tid för fåglar att utveckla ett annat antal primära fjädrar. “Denna funktion ändras bara under riktigt långa perioder av geologisk tid,” säger O'Connor. “Det tar lång tid för evolutionen att agera på denna egenskap och förändra den.”

Förutom moderna fåglar undersökte forskarna även 65 fossila exemplar representerande 35 olika arter av fjäderbeklädda dinosaurier och utdöda fåglar. Genom att tillämpa fynden på moderna fåglar kunde forskarna extrapolera information om fossilerna. “I grund och botten kan du titta på överlappningen av antalet primära fjädrar och formen på dessa fjädrar för att avgöra om en fossil fågel kan flyga och om dess förfäder kunde,” säger O'Connor.

Forskare tittade till exempel på den befjädrade dinosaurien Caudipteryx. Caudipteryx hade nio primära fjädrar, men dessa fjädrar är nästan symmetriska och proportionerna på dess vingar skulle ha gjort flygning omöjlig. Forskarna sa att det är möjligt att Caudipteryx hade en förfader som kunde flyga, men den egenskapen hade gått förlorad när Caudipteryx kom till platsen.

Eftersom antalet primära fjädrar tar lång tid att förändras, behöll den flyglösa Caudipteryx sina nio primära fjädrar. Samtidigt verkade vingarna på andra befjädrade fossiler vara redo att flyga, inklusive de av den äldsta kända fågeln, Archeopteryx och Microraptor, en liten fyrvingad dinosaurie som inte är en direkt förfader till moderna fåglar.


Black Warbler från Field Museums samlingar som används i denna studie. Kredit: Yosef Kiat

× nära


Black Warbler från Field Museums samlingar som används i denna studie. Kredit: Yosef Kiat


Fossil som visar vingar och fjädrar av dinosaurien Microraptor. Kredit: Yosef Kiat

× nära


Fossil som visar vingar och fjädrar av dinosaurien Microraptor. Kredit: Yosef Kiat







Om man tar det ett steg längre kan dessa data bidra till samtalet mellan forskare om ursprunget till dinosaurieflyg. “Forskare har först nyligen insett att fåglar inte är de enda flygande dinosaurierna”, säger O'Connor.

“Och det har förekommit debatter om huruvida flygning har utvecklats i dinosaurier bara en gång eller flera separata gånger. Våra resultat här verkar tyda på att flygning bara utvecklats en gång hos dinosaurier, men vi måste verkligen inse att vår förståelse av flygning hos dinosaurier “Det börjar bara bli började, och vi saknar förmodligen fortfarande några av de tidiga stadierna av utvecklingen av fjädervingar.”

“Vår studie, som kombinerar paleontologiska data baserade på fossiler av utdöda arter med information från fåglar som lever idag, ger intressant information om fjädrar och fjäderdräkt, en av de mest intressanta evolutionära nyheterna bland ryggradsdjur. Därför hjälper oss att lära oss om utvecklingen av dessa dinosaurier och lyfter fram vikten av att integrera kunskap från olika källor för en bättre förståelse av evolutionära processer, säger Kiat.

“Theropoddinosaurier, inklusive fåglar, är en av de mest framgångsrika ryggradsdjurslinjerna på vår planet”, säger O'Connor.

“En av anledningarna till att de är så framgångsrika är deras flygning. En av de andra anledningarna är förmodligen deras fjädrar, eftersom de har väldigt mångsidiga strukturer. Så all information som kan hjälpa oss att förstå hur dessa två viktiga egenskaper som ledde till “Denna enorma framgång är verkligen viktigt.”

Mer information:
Kiat, Yosef et al, Funktionella begränsningar på antalet och formen på svängfjädrar, National Academy of Sciences (2024). DOI: 10.1073/pnas.2306639121

Tidningsinformation:
National Academy of Sciences

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *