Wielu z nas zna konwencjonalną teorię mówiącą o tym, jak dinozaury zginęły 66 milionów lat temu: w ognistym zderzeniu Ziemi z meteorytem i następującej po niej globalnej zimie, gdy kurz i gruz zagłuszyły atmosferę. Ale było wcześniejsze wyginięcie, o wiele bardziej tajemnicze i mniej dyskutowane: to 202 miliony lat temu, które zabiło wielkie gady, które do tej pory rządziły planetą, i najwyraźniej utorowało drogę dinozaurom do przejęcia. Co spowodowało tak zwane wymieranie triasowo-jurajskie i dlaczego dinozaury rozwijały się, gdy inne stworzenia ginęły?
Wiemy, że świat był generalnie gorący i parny w okresie triasu, który poprzedzał wyginięcie, oraz w kolejnej jurze, która zapoczątkowała epokę dinozaurów. Jednak nowe badanie stawia na głowie ideę kochających ciepło dinozaurów: przedstawia pierwsze fizyczne dowody na to, że gatunki dinozaurów triasowych – wtedy mniejsza grupa w dużej mierze zepchnięta w regiony polarne – regularnie znosiły tam mroźne warunki. Charakterystyczne wskaźniki: ślady dinozaurów wraz z dziwnymi fragmentami skał, które mogły zostać osadzone tylko przez lód. Autorzy badania twierdzą, że podczas wymierania, trzaski zimna, które już miały miejsce na biegunach, rozprzestrzeniły się na niższe szerokości geograficzne, zabijając zimnokrwiste gady. Dinozaury, już zaadaptowane, przetrwały ewolucyjne wąskie gardło i rozprzestrzeniły się. Reszta to historia starożytna.
„Dinozaury były w triasie przez cały czas pod radarem” – powiedział Paul Olsen, geolog z Obserwatorium Ziemi Lamont-Doherty na Uniwersytecie Columbia i główny autor badania. „Klucz do ich ostatecznej dominacji był bardzo prosty. Były zasadniczo zwierzętami przystosowanymi do zimna. Kiedy wszędzie zrobiło się zimno, były gotowe, a inne zwierzęta nie”.
Badanie, oparte na niedawnych wykopaliskach na odległej pustyni w północno-zachodnich Chinach Junggar Basin, zostało właśnie opublikowane w czasopiśmie Science Advances.
Uważa się, że dinozaury pojawiły się po raz pierwszy w okresie triasu na umiarkowanych południowych szerokościach geograficznych około 231 milionów lat temu, kiedy większość powierzchni planety została połączona w jeden gigantyczny kontynent, który geolodzy nazywają Pangeą. Dotarli na daleką północ około 214 milionów lat temu. Aż do masowego wyginięcia w wieku 202 milionów lat, bardziej ekspansywne regiony tropikalne i subtropikalne były zdominowane przez gady, w tym krewnych krokodyli i innych przerażających stworzeń.
W triasie i przez większość jury stężenie dwutlenku węgla w atmosferze wahało się na poziomie 2000 części na milion lub więcej – pięciokrotnie w stosunku do dzisiejszego – więc temperatury musiały być wysokie. Nie ma wówczas dowodów na występowanie polarnych czap lodowych, a wykopaliska wykazały, że lasy liściaste rosły w rejonach polarnych. Jednak niektóre modele klimatyczne sugerują, że na wysokich szerokościach geograficznych czasami było chłodno; nawet przy całym tym CO2 przez większość roku otrzymywałyby mało światła słonecznego, a temperatury spadałyby przynajmniej sezonowo. Ale do tej pory nikt nie przedstawił żadnych fizycznych dowodów, że zamarzły.
Pod koniec triasu, geologicznie krótki okres około miliona lat był świadkiem wyginięcia ponad trzech czwartych wszystkich gatunków lądowych i morskich na naszej planecie, w tym stworzeń ze skorupami, koralowców i wszystkich dużych gadów. Niektóre zwierzęta żyjące w norach, takie jak żółwie, przeszły przez nie, podobnie jak kilka wczesnych ssaków. Nie jest jasne, co dokładnie się stało, ale wielu naukowców łączy to z serią potężnych erupcji wulkanicznych, które mogły trwać setki lat. W tym czasie Pangea zaczęła się rozdzielać, otwierając to, co jest teraz Oceanem Atlantyckim, i oddzielając dzisiejsze Ameryki od Europy, Afryki i Azji. Między innymi erupcje spowodowały, że atmosferyczny poziom dwutlenku węgla wzbiłby się ponad i tak już wysoki poziom, powodując śmiercionośne skoki temperatury na lądzie i zakwaszenie wód oceanicznych, aby wiele stworzeń mogło przetrwać.
Autorzy nowego badania przytaczają trzeci czynnik: podczas najostrzejszych faz erupcji wyrzucały aerozole siarki, które odbijały tak dużo światła słonecznego, że powodowały powtarzające się globalne zimy wulkaniczne, które pokonywały wysoki poziom gazów cieplarnianych. Te zimy mogły trwać dekadę lub dłużej; nawet w tropikach można było zaobserwować utrzymujące się mroźne warunki. To zabiło nieizolowane gady, ale przystosowane do zimna, izolowane dinozaury były w stanie wytrzymać, twierdzą naukowcy.
Dowody naukowców: formacje drobnoziarnistego piaskowca i mułowca pozostawione przez osady w płytkim, pradawnym dnie jezior w basenie Junggar. Osady powstały 206 milionów lat temu w późnym triasie, w wyniku masowego wymierania i nie tylko. W tym czasie, zanim masy lądu się zmieniły, basen leżał na około 71 stopni na północ, znacznie powyżej koła podbiegunowego. Ślady stóp znalezione przez autorów i innych pokazują, że dinozaury były obecne wzdłuż linii brzegowych. Tymczasem w samych jeziorach naukowcy znaleźli obfite kamyki o średnicy do około 1,5 centymetra w normalnie drobnych osadach. Z dala od jakiejkolwiek widocznej linii brzegowej, kamyki nie miały tam żadnego interesu. Jedyne wiarygodne wytłumaczenie ich obecności: były to szczątki spływów lodowych (IRD).
Krótko mówiąc, IRD powstaje, gdy lód tworzy się na lądzie przybrzeżnym i zawiera kawałki leżącej pod nim skały. W pewnym momencie lód odrywa się i odpływa do sąsiedniego akwenu. Kiedy topi się, skały opadają na dno, mieszając się z normalnymi drobnymi osadami. Geolodzy intensywnie badali starożytne IRD w oceanach, gdzie jest dostarczany przez lodowce góry lodowe, ale rzadko w dnach jezior; odkrycie Junggar Basin dodaje do skąpego rekordu. Autorzy twierdzą, że kamyki zostały prawdopodobnie zebrane zimą, kiedy wody jeziora zamarzły wzdłuż kamienistych linii brzegowych. Kiedy wróciła ciepła pogoda, kawałki tego lodu odpłynęły wraz z próbkami kamyków, a później je upuściły.
„To pokazuje, że obszary te regularnie zamarzały, a dinozaury radziły sobie dobrze” – powiedział współautor badań Dennis Kent, geolog z Lamont-Doherty.
Jak to zrobili? Od lat 90. gromadzone są dowody na to, że wiele, jeśli nie wszystkie nieptasie dinozaury, w tym tyranozaury, miało prymitywne pióra. Gdyby nie latanie, niektóre pokrycia mogłyby być używane do celów wystawowych, ale naukowcy twierdzą, że ich głównym celem była izolacja. Istnieją również dobre dowody na to, że w przeciwieństwie do gadów zimnokrwistych, wiele dinozaurów posiadało układy stałocieplne o wysokim metabolizmie. Obie cechy pomogłyby dinozaurom w chłodnych warunkach.
„Poważne epizody zimowe podczas erupcji wulkanów mogły doprowadzić do mrozów w tropikach, gdzie wydaje się, że miało miejsce wiele wyginięć dużych, nagich, nieopierzonych kręgowców” – powiedział Kent. „Podczas gdy nasi wspaniali opierzeni przyjaciele przyzwyczaili się do niższych temperatur w wyższych szerokościach geograficznych”.
Odkrycia przeczą konwencjonalnym wyobrażeniom dinozaurów, ale niektórzy wybitni specjaliści twierdzą, że są przekonani. „Istnieje stereotyp, że dinozaury zawsze żyły w bujnych tropikalnych dżunglach, ale nowe badania pokazują, że wyższe szerokości geograficzne byłyby zamarznięte, a nawet pokryte lodem w niektórych częściach roku” – powiedział Stephen Brusatte, profesor paleontologii i ewolucji na Uniwersytet w Edynburgu. „Dinozaury żyjące na dużych szerokościach geograficznych tak się złożyło, że już mają zimowe płaszcze [while] wielu ich triasowych konkurentów wymarło”.
Randall Irmis, kustosz paleontologii w Muzeum Historii Naturalnej w Utah i specjalista od wczesnych dinozaurów, zgadza się z tym. „To pierwszy szczegółowy dowód z wysokich paleolat, pierwszy dowód na ostatnie 10 milionów lat triasu i pierwszy dowód na naprawdę lodowate warunki” – powiedział. „Ludzie są przyzwyczajeni do myślenia o tym jako o czasach, gdy cały świat był gorący i wilgotny, ale tak nie było”.
Olsen mówi, że kolejnym krokiem w kierunku lepszego zrozumienia tego okresu jest poszukiwanie przez większą liczbę badaczy skamielin w dawnych obszarach polarnych, takich jak basen Junggar. „Zapis kopalny jest bardzo zły i nikt nie prowadzi poszukiwań” – powiedział. „Te skały są szare i czarne i znacznie trudniej je znaleźć [for fossils] w tych warstwach. Większość paleontologów pociąga późna jura, gdzie, jak wiadomo, istnieje wiele dużych szkieletów. Paleo-Arktyka jest w zasadzie ignorowana”.
Badanie było współautorami Jingeng Sha i Yanan Fang z Nanjing Institute of Geology and Paleontology; Clara Chang i Sean Kinney z Obserwatorium Ziemi Lamont-Doherty; Jessica Whiteside z Uniwersytetu w Southampton; Hans-Dieter Sues z Smithsonian Institution; Morgan Schaller z Rensselaer Polytechnic Institute; oraz Vivi Vajda ze Szwedzkiego Muzeum Historii Naturalnej.