Archaeopteryx er et ikon for evolutionen og bliver ofte kaldt verdens første fugl.
Forskere har længe diskuteret, præcis hvordan den blev luftbåren fra jorden, men et nyt studie, som mine kolleger og jeg har offentliggjort, har givet ny indsigt i mysteriet.
I vores studie sammenlignede vi Archaeopteryx med moderne fugles anatomi, og vores resultater peger på, at den frembragte den kraft, der skulle til for at lette, ved at foretage flere fremadrettede spring.
Archaeopteryx er et 150 millioner år gammelt fossil fundet i jurassiske bjergarter i Tyskland. Den var dækket af fjer og havde vinger.
Men den bevarede en række tydelige dinosaurtræk som for eksempel en lang hale, tre frie fingre på forlemmerne og tænder i en kæbe uden næb.
Archaeopteryx var et 'missing link'
Charles Darwin forudsagde i førsteudgaven af 'Arternes oprindelse', som blev udgivet i 1859, at man senere ville finde fossiler, der forbandt store grupper af dyr med hinanden.
Et år efter udgivelsen blev en fjer fundet, og inden for to år var et helt skelet af Archaeopteryx blevet opdaget.
Det viste tydelige forbindelser mellem fugle og dinosaurer.
Archaeopteryx er én af de overgangsformer (et 'missing link'), der forbinder én gruppe med en anden.
Den ‘første fugl’ var ikke udviklet på samme måde, som fugle er i dag. Det ville vi heller ikke forvente.
Den havde relativt svage flyvemuskler, den manglede et veludviklet brystben med køl, som de store brystmuskler (flyvemusklerne) hæfter på, og den kunne ikke løfte vingerne højere end til en vandret position.
Det er derfor mere præcist at beskrive Archaeopteryx som den tidligst kendte art på fuglenes udviklingslinje efter, at fuglene skilte sig fra de øvrige dinosaurer for mere end 150 millioner år siden.
150 millioner år gammelt mysterium
I 2016 spurgte min ven Colin Palmer en kollega, Markus Heller, professor i biomekanik, og mig, om vi ville være med til at undersøge et 150 millioner år gammelt mysterium:
»Hvordan lykkedes det de tidlige fugle at slippe jorden og komme på vingerne?«
Colin Palmer havde i mere end 10 år forsket i dinosaurernes flyvende slægtninge, pterosaurerne, og i den særprægede Microraptor, som var en fjerklædt, flyvende dinosaur med fire vinger, som siden har vist sig at være én blandt flere kendte af sin slags.
Pterosaurer er imidlertid ikke dinosaurer, og Microraptor er en dinosaur, der er tættere beslægtet med den lille kødædende dinosaur, Velociraptor, end med fugle.
Der er blevet foreslået en række mekanismer for, hvordan flyvning og afsæt udviklede sig – helt bogstaveligt fra jorden og op eller fra træerne og ned, samt fra vingeslag under løb til vingeslag under løb op ad en skråning.
Forskellen på liv og død
Problemet er, at disse mekanismer er vanskelige at teste eksperimentelt.
Derfor vendte vi os i stedet mod det bedste eksempel på afsæt, der findes: fuglene selv.
Colin Palmer havde allerede af nysgerrighed filmet en række fugle. Som andre forskere også har observeret, men aldrig fulgt op på, så Colin Palmer, at de alle udviste den samme type adfærd umiddelbart før afsættet: De sprang med begge ben.
Vingerne så ud til at bidrage meget lidt til at få fuglen fri af jorden, og det åbnede en række muligheder for forskning i de tidligste fugle.
Fuglenes forfædre, theropod-dinosaurerne, havde kraftige ben. De kunne helt sikkert springe, og evnen til at springe leverede en vigtig evolutionær fordel.
Evnen til at springe væk fra et rovdyr og måske forlænge springet med et par slag med de fjerklædte arme kunne være forskellen på liv og død.
Fra sommerprojekt til ph.d.-projekt
Den første del af denne forskning, som vi gennemførte sammen med den daværende bachelorstuderende Erik Meilak, gik ud på at udvikle en metode til at undersøge, hvor stor kraft fuglenes baglemmer frembringer, når fuglene letter fra jorden.
Vi brugte en kraftplade – en modificeret køkkenvægt – og en Raspberry Pi-computer, der styrede højhastighedsfotografering, samt CT-scanning af skelettet for præcist at se, hvordan knoglerne var forbundet i leddene.
Vi fandt ud af, hvordan skader kom op fra jorden. De brugte benene som den primære kilde til kraft.
Dette sommerprojekt for en bachelorstuderende udviklede sig til et ph.d.-projekt, hvor Erik Meilak undersøgte flere fuglearter som for eksempel stære og krager.
Vi arbejdede sammen med evolutionsbiologen Pauline Provini i Paris, som havde forsket i duer og finker og vist, hvordan alle disse fugle brugte benene under afsættet.
150 millioner års evolution bag nulevende fugles 'spring'
Med detaljerede bevægelsesanalyser og oplysninger om alle de kræfter og momenter, som musklerne omkring baglemmernes led frembragte, tilpassede vi modellen til Archaeopteryx og undersøgte, om den første fugl kunne komme op i luften på en måde, der lignede moderne fugles.
Archaeopteryx befinder sig per definition 150 millioner års evolution bag de moderne fugles ‘spring’ og kunne ikke lette på den måde, vi havde set moderne fugle gøre, når de bliver forskrækkede: eksplosivt, med ét enkelt spring efterfulgt af vingeslag op i luften.
Det kunne Archaeopteryx ikke, og som sagt kunne den heller ikke forlade sig på vingerne til kraftige vingeslag.
Derfor undersøgte vi, hvor meget benene kunne bidrage. Og ligesom moderne fugle kan lette mere roligt med et spring fra begge ben, viste vores resultater, at Archaeopteryx sandsynligvis også kunne komme i luften ved hjælp af spring med begge ben.
Archaeopteryx brugte muligvis tre spring med stigende hastighed, og når den først var i luften, kunne dens vingeslag have opretholdt en flyvehastighed på 7 meter i sekundet.
Hvis Archaeopteryx derimod havde føjet et vingeslag til bevægelsen, ville den have nået denne hastighed – spring-vingeslag-spring – med blot to spring – og alt dette uden den højt udviklede og flyvetilpassede anatomi, som findes hos duer, krager, høge og endda høns.
Måske finder vi en dag et fossil af en endnu tidligere fugl, som er mindre fuglelignende end Archaeopteryx.
I så fald vil den overtage pladsen som den tidligst kendte gren på fuglenes udviklingslinje. Men indtil videre har vi ikke fundet en sådan.
Derfor indtager Archaeopteryx stadig pladsen som den første fugl, vi kender.
Denne artikel er oprindeligt publiceret hos The Conversation og er oversat af Stephanie Lammers-Clark.
\ Kilder
