Forskarna har länge funderat över hur flygödlorna kunde bli de första ryggradsdjuren som kunde flyga. Vissa arter av flygödlor, som Quetzalcoatlus, var de största kända djuren som någonsin flugit, med vingspann på över tio meter (i nivå med militärflygplan som Spitfire). Mitt teams nya studie kan bidra till att lösa det evolutionära mysteriet och avslöja hur en vinge på spetsen av deras stjärt kan ha hjälpt dessa forntida djur att flyga mer effektivt. Våra resultat publiceras i tidskriften eLife.
Det tog tid för aktiv flygning att utvecklas i naturen. De första flygande djuren var insekter som liknade trollsländor, som flaxade med vingarna över sumpiga skogar under karbonperioden (för över 300 miljoner år sedan). Omkring 100 miljoner år senare (under en period som kallas trias) steg de första beniga djuren, ryggradsdjuren, upp i luften. Dessa ryggradsdjur var pterosaurier, som dominerade himlen under den mesozoiska eran för cirka 251-66 miljoner år sedan och svepte över dinosauriernas huvuden.
Pterosaurierna liknade inget annat djur som vi känner till idag. Föreställ dig en flygande ekorre som hybridiserats med en ödla. Alla kända medlemmar av denna djurgruppsordning dog ut för 66 miljoner år sedan och lämnade inga överlevande ättlingar efter sig.
Deras vingar var gjorda av ett dynamiskt membran som hissades upp på ett långsträckt fjärde finger och var förmodligen täckta av ett pälsliknande yttre skyddslager. Du kanske tycker att det är svårt att veta hur djur som föregick mänskligheten med hundratals miljoner år såg ut. Ändå kan tekniken hjälpa oss att resa tillbaka i tiden och bildligt talat sätta kött på benen på utdöda djur.
I vår forskning använde vi en ny teknik, laserstimulerad fluorescens (LSF), som hjälper oss att se fossila vävnader som är osynliga för det mänskliga ögat. Lasern stimulerar olika mineraler och kemiska spår i fossilen, vilket gör att den avger färgstark fluorescens och sticker ut mot den gråa klippan som den är innesluten i. Det kan avslöja klor, näbbar, hud, fjädrar, till och med känsliga tåhudar hos djur som dinosaurier som annars skulle vara osynliga. Den slutliga bilden ser ut som ett fotografi av ett överkört djur från Juratiden.
Vårt team av paleontologer från University of Edinburgh och Chinese University of Hong Kong samlade in flygödlefossil från museer (t.ex. Natural History Museum i London eller National Museum of Scotland i Edinburgh) och fotograferade dem i mörkrum, där den långa exponeringen fångades under lasern.
Till vår förvåning dök detaljerade bilder av svansmembran upp i en handfull exemplar, tillsammans med ett gitter av stödstrukturer som aldrig tidigare setts. De pterosaurier vi studerade kommer från samma art, Rhamphorhynchus. Rhamphorhynchus var en medelstor flygödla, i nivå med, om inte en aning mindre än en modern albatross. Den hade en smal näbbförsedd käke fylld med nålliknande tänder, perfekt för bläckfiskätning. Den svävade över lagunerna i Centraleuropa från juratiden för nästan 150 miljoner år sedan.
Insikter från juratiden
Fåglar flög upp någon gång under jura, tiotals miljoner år senare än de första pterosaurierna (för cirka 130 miljoner år sedan). Fladdermössen var sist ut i racet. Dessa flygande däggdjur tog fart efter dinosauriernas död och dök upp under epoken eocen för 50 miljoner år sedan.
De flesta flygande ryggradsdjur utvecklade kortare beniga svansar när de tog till himlen. De tidiga pterosaurierna skilde sig från andra flygande djur genom att ha långa, tunna, beniga svansar med en paddelliknande ”vinge” som ändrade form beroende på djurets art och ålder. Hos den tidiga pterosaurien Rhamphorhynchus har till exempel bebisar droppformade stjärtfenor . I tonåren får stjärtfenan en drakliknande form och i vuxen ålder liknar den ett triangulärt hjärta.
De exemplar som studerades i vår forskning hade en drakformad stjärtvinge, som var fylld med korsande strukturer, som liknade revben och sparrar i en flygplansvinge. Det inre gitteret kan ha gjort det möjligt för membranet att spännas upp dynamiskt, som segel på ett fartyg, och begränsa fladder som skulle hindra flygprestanda.
I takt med att flygödlorna utvecklades och blev lättare och större blev deras stjärtar mindre och försvann så småningom.
Att förstå svansens funktion kan hjälpa oss att förstå flygningens utveckling, vilket i sin tur kan inspirera framtida teknik, som flygplan, drönare och till och med tältdesign. Vi kan också lära oss mer om beteendet och utseendet hos djur som vi aldrig kommer att kunna observera levande.
Pterosaurier var pionjärer inom flygning, för alltid borta i en massutrotning. Det är möjligt att flygödlorna hade många anpassningar som hjälpte dem att flyga, men som i fossilmaterialet är osynliga för det mänskliga ögat. Men med utvecklad teknik som LSF kan vi kanske hitta fler ledtrådar till deras framgångar och utseende i luften. Vi kan nu se hur denna utdöda varelse skulle kunna se ut, leva och fungera. En säkrare version av Jurassic Park-filmerna.
För mer information: Natalia Jagielska et al, New soft tissue data of pterosaur tail vane reveals sophisticated, dynamic tensioning usage and expands its evolutionary origins, eLife (2024). DOI: 10.7554/eLife.100673.2