De 150 de milioane de ani, capacitatea de zbor a pterosaurilor s-a îmbunătățit

Cu aproximativ 220 de milioane de ani în urmă, au apărut primii pterosauri sau reptile zburătoare, aripile lor membranare fiind primele vertebrate capabile de zbor activ. Un grup legat de dinozauri în triasicul târziu a evoluat din reptile mici, probabil bipede, și a fost format din animale de dimensiuni și stiluri de viață foarte variate. De la formarea lor, au reușit să rămână cu succes timp de aproape 150 de milioane de ani, până când au fost măturați de dispariția Cretacicului, împreună cu dinozaurii non-aviari și aproape trei sferturi din specie.

Pterodactylus antiquus, unul dintre pterosaurii din jurasicul târziu Ilustrație: Mark Witton

Pe de altă parte, nu a fost complet clar până acum modul în care s-a dezvoltat capacitatea de a zbura la pterozauri și cum s-a schimbat în continuare în Evul Mediu în istoria Pământului. Examinarea întrebării este complicată de faptul că nicio fosilă pterosaur rudimentară nu a supraviețuit pentru a ajuta la înțelegerea evoluției timpurii a acestor reptile speciale. Un nou studiu publicat miercuri în revista științifică Nature i-ar putea apropia de răspunsuri și ar putea ajuta la stabilirea bazelor pentru cercetări ulterioare asupra unor schimbări evolutive similare.

Studiul răspunde, de asemenea, la întrebarea cheie a impactului dinozaurilor timpurii asemănători păsărilor și apoi a apariției păsărilor asupra evoluției pterozaurilor. Primii dinozauri asemănători păsărilor s-au format la sfârșitul Jurasicului cu aproape 150 de milioane de ani în urmă. Păsările moderne derivate din acestea sunt dinozauri teropode cu pene care au apărut în a doua jumătate a perioadei Cretacice. Păsările sunt singurul grup de dinozauri care a supraviețuit extincției Cretacic-Paleogen și apoi a umplut cu succes habitatele dominate odinioară de pterozauri.

În noua cercetare, Chris Venditti și colegii săi au combinat modele de zbor biofizice și trăsături fosile într-o bază de date cu 75 de specii care trăiesc în momente diferite, acoperind bine diversitatea pterozaurilor. Pe baza caracteristicilor fosilelor, a fost creat și un arbore evolutiv care relevă relațiile de rudenie ale pterosaurilor mai bine ca niciodată. Toate acestea au dezvăluit că modificările masei pterosaurilor ar fi putut fi grav afectate de apariția dinozaurilor asemănători păsărilor. În timp ce greutatea animalelor nu s-a schimbat semnificativ până în acel moment, dimensiunea lor a început să crească semnificativ de la 150 de milioane de ani în urmă până la dispariția lor.

De asemenea, a devenit clar că, cu excepția unui subgrup mai adaptat stilului de viață terestru, eficiența zborului pterozaurilor a arătat o creștere aproape continuă. Deși acest lucru nu a fost afectat de aspectul păsărilor, pterosaurii târzii au reușit să zboare cu aproximativ 50% mai eficient decât înainte. Metodele utilizate în cercetare, pe lângă dezvăluirea noutăților interesante despre reptilele zburătoare dominate de aer în Evul Mediu, ar putea servi și ca model pentru viitoarele studii evolutive.

Apariția dinozaurilor asemănători păsărilor a avut un efect semnificativ asupra pterozaurilor

Scopul principal al cercetătorilor a fost de a determina modul în care capacitatea pterosaurilor de a zbura sa schimbat în timpul evoluției lor. În acest scop, au fost stabiliți doi indici de performanță a animalelor, pe baza unui model biofizic de zbor activ și de planare.

Primul index caracterizează eficiența zborului, care este inversul „costului de transport” (COT) definit de cercetători. Această valoare arată energia necesară pentru a deplasa o anumită masă pe o distanță dată la viteza cea mai economică în ceea ce privește energia utilizată. Al doilea indice determină rata de scufundare (Vz), care este utilizată pentru a măsura eficiența zborului de alunecare al animalelor. Rata de coborâre mai mică (Vz) permite zborul mai lung și face mai ușor să profite de curenții de decolare.

Experții au calculat costurile de transport și valorile ratei de coborâre (Vz) pentru aceste animale pe baza unei baze de date cu 16 specii de pterosauri, pe baza greutății lor estimate, a anvergurii aripilor și a altor caracteristici. Cu toate acestea, cercetătorii au urmărit să studieze schimbarea acestor indici în timp și nu să le determine doar pentru câteva specii.

Pentru a rezolva acest lucru, aveau nevoie de un arbore genealogic de încredere care să exprime rudenia, adică relațiile evolutive și schimbarea temporală a pterosaurilor. Arborii filogenetici sunt de obicei realizați de profesioniști pe baza datelor genetice (de exemplu, secvența bazei ADN sau secvența de aminoacizi proteici), dar paleontologii nu au în general capacitatea de a face acest lucru. Prin urmare, trebuie să înființeze acești copaci pe baza caracteristicilor fosilelor, ca în acest caz, folosind o bază de date de 128 de pterozauri.

Curând a devenit evident din datele că întinderea aripii este responsabilă pentru cea mai mare parte a variabilității formei și greutății animalelor. Folosind arborele, pe lângă cele 16 și 59 de alte specii de pterosauri existente, cercetătorii au obținut date despre greutatea, dimensiunea capului și suprafața aripii animalelor. Astfel, 75 de pterozauri au fost incluși în baza de date finală, acoperind cea mai mare parte a diversității grupului. Cercetătorii au determinat, de asemenea, 1000 de puncte de date pentru indicii de cost de transport (COT) și rata de coborâre (Vz) discutate anterior.

Archaeopteryx (în imagine) și alți dinozauri asemănători păsărilor care au apărut la sfârșitul Jurasicului au avut un impact semnificativ asupra evoluției pterozaurilor. Foto: H. Raab

Deoarece masa animală este legată de ambii indici, cercetătorii au fost nevoiți să ia în considerare și această schimbare atunci când studiază evoluția animalelor. Au concluzionat că masa pterosaurilor, așa cum era de așteptat, a crescut într-adevăr în timp. Poate mai important, există diferențe importante în ritmul de creștere. În timp ce cercetătorii nu au găsit o schimbare semnificativă de la aspectul lor cu aproximativ 220 de milioane de ani în urmă la 150 de milioane de ani în urmă, greutatea animalelor a crescut de aproape zece ori în următorii 65 de milioane de ani. Toate acestea par să coincidă cu apariția jurasicului târziu și mai târziu în cretacic a dinozaurilor asemănători păsărilor.

A existat o creștere constantă a eficienței zborului lor, cu excepția unui grup

Cercetătorii au analizat apoi schimbarea performanței zborului. Pentru aceasta, un subgrup cu un stil de viață mai terestru, Azhdarchoids, a fost comparat cu alți pterosauri, presupunând că abilitatea de a zbura eficient nu era atât de importantă pentru primii. Azhdarchoids erau pterosauri mari, cretacici - membrii acestui grup includeau puternicul Quetzalcoatlus. (A descoperit fosile aparținând aceluiași loc cu colegii săi Attila Ősi în 2010 în Ungaria, lângă Iharkút, într-un sit cretacic târziu.) S-a aflat în focul dezbaterilor de lungă durată dacă animalele aparținând acestui subgrup au putut zbura. deloc. Cercetătorii au ajuns acum la concluzia că au reușit și ei să zboare, dar niciunul dintre indicii lor de eficiență a zborului nu s-a schimbat semnificativ în timp - probabil pentru că nu aveau nevoie din cauza stilului lor de viață.

Aripa Northropi a uriașului Quetzalcoatlus se potrivea cu un zbor mai mic Ilustrație: Mark Witton și Darren Naish

În schimb, alți pterozauri au îmbunătățit semnificativ eficiența zborului, luând în considerare și greutatea crescută a animalelor. Cu toate acestea, apariția dinozaurilor asemănători păsărilor nu pare să fi avut un efect semnificativ asupra acestui lucru. De asemenea, s-a dovedit că, comparativ cu pterosaurii de acum 200 de milioane de ani, cei care trăiau la sfârșitul Cretei, acum 70 de milioane de ani, au reușit să zboare cu 50% mai eficient, cel puțin în ceea ce privește indicele costurilor de transport. Același lucru poate fi observat și pentru valoarea lui Vz, care exprimă rata de coborâre, care arată o scădere de 46% în timpul evoluției pterosaurilor, adică înseamnă o astfel de creștere a eficienței zborului.

Rezultatele noii cercetări sugerează că pterozaurii, cu excepția unui subgrup, au reușit să zboare mai eficient în timp. Selecția naturală a separat modificările dimensiunii corpului și a aripii, devenind în cele din urmă animale eficiente și cu zbor lung. Deși apariția dinozaurilor asemănători păsărilor nu pare să fi avut un efect semnificativ asupra acestui fapt, a crescut greutatea animalelor. Metoda utilizată în studiu, în care cercetătorii au combinat modele biofizice cu un arbore genealogic pentru a explora relațiile de rudenie, ar putea fi, de asemenea, foarte utilă în alte cercetări evolutive viitoare.