Każdy ptak, którego kiedykolwiek widziałeś – każdy rudzik, każdy gołąb, każdy pingwin w zoo – to żywy dinozaur. Ptaki to jedyna grupa dinozaurów, która przeżyła masowe wymieranie wywołane przez asteroidę 66 milionów lat temu. Ale nie wszystkim żyjącym wówczas ptakom się udało. Dlaczego przodkowie współczesnych ptaków żyli, podczas gdy tak wielu ich krewnych zmarło, jest tajemnicą, którą paleontolodzy próbują rozwiązać od dziesięcioleci. Dwa nowe badania wskazują na jeden możliwy czynnik: różnice między sposobem linienia piór przez współczesne ptaki i ich starożytnych kuzynów.
Pióra są jedną z kluczowych cech wspólnych dla wszystkich ptaków. Są zbudowane z białka zwanego keratyną, tego samego materiału, co nasze paznokcie i włosy, a ptaki polegają na nich, aby latać, pływać, kamuflować się, przyciągać partnerów, utrzymywać ciepło i chronić przed promieniami słonecznymi. Ale pióra są złożonymi strukturami, których nie można naprawić, więc aby utrzymać je w dobrej kondycji, ptaki zrzucają pióra i hodują zamienniki w procesie zwanym linieniem. Młode ptaki linieją, aby stracić swoje młode pióra i wyhodować dorosłe; dojrzałe ptaki nadal linieją mniej więcej raz w roku.
„Linienie to coś, o czym nie myśli wielu ludzi, ale jest to zasadniczo ważny proces dla ptaków, ponieważ pióra biorą udział w tak wielu różnych funkcjach” – mówi Jingmai O’Connor, współpracownik kuratora gadów kopalnych w Chicago’s Field Museum. „Chcemy wiedzieć, jak ewoluował ten proces? Jak różnił się w różnych grupach ptaków? I jak to ukształtowało ewolucję ptaków, ukształtowało przeżywalność wszystkich tych różnych kladów?” Dwa z ostatnich artykułów O’Connora badają proces linienia u prehistorycznych ptaków.
Artykuł w czasopiśmie Cretaceous Research opublikowany w maju 2023 r. szczegółowo opisuje odkrycie skupiska piór zachowanych w bursztynie pisklęcia, które żyło 99 milionów lat temu.
Obecnie pisklęta ptaków znajdują się w spektrum pod względem tego, jak bardzo są rozwinięte w momencie narodzin i jak bardzo potrzebują pomocy rodziców. Altricial ptaki wykluwają się nagie i bezradne; ich brak piór oznacza, że ich rodzice mogą wydajniej przekazywać ciepło ciała bezpośrednio na skórę niemowląt. Z drugiej strony gatunki przedspołeczne rodzą się z piórami i są dość samowystarczalne.
Wszystkie pisklęta przechodzą przez kolejne wylinki — okresy, w których tracą pióra, które mają i rosną w nowym zestawie piór, zanim ostatecznie osiągną dorosłe upierzenie. Linienie wymaga dużo energii, a utrata wielu piór naraz może utrudnić ptakowi utrzymanie ciepła. W rezultacie pisklęta przedspołeczne mają tendencję do powolnego linienia, dzięki czemu utrzymują stały dopływ piór, podczas gdy pisklęta alternatywne, które mogą polegać na swoich rodzicach w zakresie pożywienia i ciepła, przechodzą „jednoczesne linienie”, tracąc wszystkie pióra mniej więcej w tym samym czasie .
Zachowane w bursztynie pióra w tym badaniu są pierwszym ostatecznym dowodem kopalnym na młodociane linienie i ujawniają pisklę, którego historia życia nie pasuje do żadnego z żyjących obecnie ptaków. “Ten okaz wykazuje całkowicie dziwaczną kombinację cech przedspołecznych i alternatywnych” – mówi O’Connor, który był pierwszym autorem artykułu obok starszego autora Shundonga Bi z Indiana University of Pennsylvania. „Wszystkie pióra ciała są zasadniczo na tym samym etapie rozwoju, więc oznacza to, że wszystkie pióra zaczęły rosnąć jednocześnie lub prawie jednocześnie”. Jednak ten ptak prawie na pewno należał do wymarłej już grupy zwanej Enantiornithines, która, jak pokazała poprzednia praca O’Connora, była wysoce przedspołeczna.
O’Connor wysuwa hipotezę, że presja bycia przedspołecznym pisklęciem, które musiało się ogrzać podczas szybkiego linienia, mogła być czynnikiem decydującym o ostatecznej zagładzie Enantiornithines. “Enantiornithines były najbardziej zróżnicowaną grupą ptaków w okresie kredowym, ale wyginęły wraz ze wszystkimi innymi nie-ptasimi dinozaurami” – mówi O’Connor. „Kiedy asteroida uderzyła, globalne temperatury gwałtownie spadły, a zasoby stałyby się ograniczone, więc ptaki te nie tylko miałyby jeszcze większe zapotrzebowanie na energię, aby się ogrzać, ale nie miałyby zasobów, aby im sprostać”.
Tymczasem dodatkowe badanie opublikowane 3 lipca w Communications Biology przez O’Connora i doktora habilitowanego z Field Museum, Yosefa Kiata, bada wzorce linienia u współczesnych ptaków, aby lepiej zrozumieć, jak ewoluował ten proces.
U współczesnych dorosłych ptaków linienie ma miejsce zwykle raz w roku w sekwencyjnym procesie, w którym wymieniają tylko kilka piór na raz w ciągu kilku tygodni. W ten sposób nadal mogą latać przez cały proces linienia. Jednoczesne wylinki u dorosłych ptaków, podczas których wszystkie lotki wypadają w tym samym czasie i odrastają w ciągu kilku tygodni, są rzadsze i zwykle pojawiają się u ptaków wodnych, takich jak kaczki, które nie muszą koniecznie latać, aby znaleźć pożywienie i unikać drapieżników.
Bardzo rzadko można znaleźć dowody linienia u skamieniałych ptaków i innych pierzastych dinozaurów, a O’Connor i Kiat chcieli wiedzieć, dlaczego. “Mieliśmy hipotezę, że ptaki z równoczesnym linieniem, które występuje w krótszym czasie, będą mniej reprezentowane w zapisie kopalnym” – mówi O’Connor – mniej czasu spędzonego na linieniu oznacza mniej okazji do śmierci podczas linienia i stania się skamielina wykazująca oznaki linienia. Aby przetestować swoją hipotezę, naukowcy zagłębili się w kolekcję współczesnych ptaków w Muzeum Polowym.
„Przetestowaliśmy ponad 600 skór współczesnych ptaków przechowywanych w kolekcji ornitologicznej Field Museum, aby znaleźć dowody aktywnego linienia” – mówi Kiat, pierwszy autor badania. „Wśród ptaków kolejno liniejących znaleźliśmy dziesiątki okazów w aktywnym linieniu, ale wśród jednoczesnych liniejących nie znaleźliśmy prawie żadnego”.
Chociaż są to współczesne ptaki, a nie skamieliny, stanowią przydatne proxy. „W paleontologii musimy wykazać się kreatywnością, ponieważ nie mamy kompletnych zestawów danych. Tutaj wykorzystaliśmy analizę statystyczną losowej próbki, aby wywnioskować, co tak naprawdę mówi nam brak czegoś” – mówi O’Connor. W tym przypadku brak kopalnych ptaków liniejących, mimo że aktywne linienie było tak powszechne w próbce współczesnych okazów ptaków, sugeruje, że skamieniałe ptaki po prostu nie linieły tak często, jak większość współczesnych ptaków. Mogły przejść jednoczesne linienie lub mogły nie linieć co roku, tak jak robi to większość dzisiejszych ptaków.
Zarówno okaz bursztynu, jak i badania linienia współczesnych ptaków wskazują na wspólny motyw: prehistoryczne ptaki i pierzaste dinozaury, zwłaszcza te z grup, które nie przeżyły masowego wymierania, linieły inaczej niż dzisiejsze.
„Wszystkie różnice, które można znaleźć między ptakami koronnymi a ptakami macierzystymi, w zasadzie stają się hipotezami na temat tego, dlaczego jedna grupa przeżyła, a reszta nie” – powiedział O’Connor. „Nie sądzę, aby istniał jakiś konkretny powód, dla którego przetrwały ptaki koronne, grupa obejmująca współczesne ptaki. Myślę, że jest to kombinacja cech. Ale myślę, że staje się jasne, że linienie mogło być znaczącym czynnikiem, w którym dinozaury byli w stanie przeżyć”.