Skąd się wzięły skrzydła? Pierwsze pióra mogły przydawać się dinozaurom do płoszenia ofiar

Ptaki to najbliżsi współcześni krewni dinozaurów. Skąd się jednak wzięły u nich pierzaste skrzydła? Przecież nie wyrosły im one z dnia na dzień... Od jakiegoś czasu przyjmuje się, że ewolucja skrzydeł rozpoczęła się u dinozaurów. Wiadomo bowiem, że niektóre z tych pradawnych gadów - np. zaliczanych do Pennaraptorów - chociaż nie były jeszcze zdolne do latania, miały sztywne pióra na ogonach i małe pióra przypominające skrzydła na przednich kończynach (ramionach).

Pióra musiały być promowane w ewolucji, bo były dinozaurom do czegoś potrzebne - jeszcze zanim były w stanie unieść zwierzę w powietrze. Nową hipotezę podsuwają teraz w Scientific Reports naukowcy z Korei - w tym prof. Piotr Jabłoński, związany z Muzeum i Instytutem Zoologii PAN.

Badacze pokazują, że dinozaury mogły używać piór na ramionach i ogonie, aby przestraszać owady i wypłaszać je z ich kryjówek.

BU!

Kiedy konik polny siedzi cicho w trawie, świetnie się kamufluje i naprawdę trudno go dostrzec. Dopiero kiedy podskoczy, staje się łatwy do wyśledzenia wzrokiem. Okazuje się, że do takiego przestraszenia zdobyczy świetnie mogą przydawać się właśnie pióra.

Kiedy machnie się czymś obszernym w pobliżu owada, ten może poczuć się dostrzeżony i zmienia strategię przetrwania: zamarcie w bezruchu traci dalszy sens i sensowniejsza wydaje mu się ucieczka. A w pościgu dinozaury miały z owadami większe szanse na zwycięstwo.

Badacze zwrócili uwagę, że niektóre współcześnie żyjące ptaki takie jak przedrzeźniacz północny używają takiej właśnie strategii "wypłoszenia-ścigania". Gwałtownie prezentując pióra na skrzydłach czy ogonie, płoszą ukryte owady, a potem ruszają za nimi w pogoń.

STRASZNY DINOROBOT

Badacze postanowili sprawdzić tę strategię w praktyce. Zbudowali robotycznego dinozaura - “Robopteryksa” - na wzór dinozaura Caudipteryxa - niewielkiego dinozaura, u którego obecne były pióra na ogonie.

Robot wyposażony był w struktury naśladujące pióra na przednich łapach i na ogonie. Mógł gwałtownie rozkładać pióropusz. Badacze zaś sprawdzali, jaka była efektywność takiego wypłaszania na konikach polnych.

Pod uwagę brano akurat koniki polne, bo należą one do prastarej gromady skoczogonków. Jest więc możliwe, że przodkowie koników polnych występowały na Ziemi jednocześnie z dinozaurami z kladu pennaraptora.

CZEGO BOI SIĘ KONIK

Badania pokazały, że rzeczywiście koniki znacznie częściej uciekały, gdy robot rozkładał “proto-skrzydła” na przednich kończynach, niż gdy ich nie miał. Dodatkowo koniki uciekały częściej, gdy “proto-skrzydła” miały białe plamy, w porównaniu do sytuacji, gdy były jednokolorowe. Ponadto koniki częściej uciekały, gdy obecne były pióra ogonowe - zwłaszcza, gdy obszar piór ogonowych był duży.

Prof. Piotr Jabłoński wraz z współpracownikami pierwszy raz wspomnieli o hipotezie "wypłoszenia-ścigania" na konferencji w 2005 roku. Z badań nad ptakami wynikło, że jest kilka gatunków ptaków, które w ramach polowania na owady prezentują skrzydła. Były to choćby pleszówki: białoskrzydła, ciemnogłowa, rdzawołbista a także wilsonka żółtolica.

KONIKI POLNE OGLĄDAJĄ PARK JURAJSKI

Prof. Jabłoński brał również udział w badaniu neuronów owadów wypłaszanych przez ptaki. Okazało się, że istnieją specjalne neurony u owadów, które są aktywowane, kiedy widzą ruch ptasiego pióropusza. Jinseok Park - pierwszy autor publikacji przygotował animacje komputerowe, jak mogło wyglądać prezentowanie piór przez dinozaury. A następnie pokazywał te filmiki konikom polnym w laboratorium. Sprawdzano reakcję neuronów owadów na taki obraz. "Użyłem łatwo dostępnego, niedrogiego sprzętu do rejestracji reakcji neuronów," - tłumaczy Jinseok Park. Badacze stwierdzili, że reakcje neuronów, zwłaszcza szczytowe częstotliwości wyładowań, były wyższe w odpowiedzi na animacje z proto-skrzydłami niż te bez nich.

“Nasza praca proponuje więc, że stosunkowo proste neurony ucieczki owadów kształtowały ewolucję piór i „proto-skrzydeł” u dinozaurów” - komentuje prof. Jabłoński.

DO WYTRWAŁYCH ŚWIAT NALEŻY

Prof. Piotr Jabłoński wspomina, że choć hipotezę o używaniu skrzydeł przy wypłaszaniu wysunął już niemal 20 lat temu, to zabieganie o uznanie tej idei przez innych było drogą przez mękę. Przez lata bezskutecznie próbował pozyskać fundusze na naukową ocenę tego pomysłu - w Polsce, USA i Korei Płd. "Ostatecznie finansowanie udzielone przez Narodowy Uniwersytet Seulski pozwoliło nam zrealizować wspólne badania” - opowiada naukowiec. Pojawiły się jednak problemy z publikacją wyników. Aż 11 czasopism odmówiło wysłania pracy z wynikami badań do recenzji. Upór - oraz coraz lepsze udokumentowanie hipotez - opłaciło się. Wyniki ukazały się w prestiżowym “Scientific Reports”. 

PŁOSZENIE TO DOPIERO POCZĄTEK

Używanie piór do wypłaszania, to tylko jeden z kilku elementów hipotezy zespołu. Cały proces polowania w zaproponowany sposób wymaga sprawnego pościgu za uciekającym owadem, a pióra na ramionach i ogonie mogły w tym pomagać na każdym etapie. Prof. Jabłoński zwraca uwagę w komentarzu dla Nauki w Polsce, że pościg za ofiarą może wymagać szybkich zwrotów, zmian szybkości, podskoków w górę.

“Pióra na ramionach mogły także służyć jak siatka entomologiczna do łapania owadów, lub po prostu do uderzania lecącego owada, aby spadł na ziemię, gdzie drapieżnik mógłby łatwiej go złapać. Możliwe jest też, że jeśli w pogoni i ataku na owada drapieżnik musiał skoczyć w dół na owada (np. z dużego kamienia na ziemię) to pióra na ramionach i ogonie mogły działać jak spadochron. Jeśli ofiara była duża i walczyła po schwytaniu, to pióra na ramionach mogły pomóc w unieruchomieniu ofiary (np. w przyciskaniu owada do podłoża). Wszystkie te mechanizmy były już wcześniej zaproponowane w literaturze. Unikalną cechą naszej hipotezy jest to że integruje ona wszystkie te mechanizmy związane z polowaniem na uciekające owady i inne ofiary” - mówi naukowiec.

Dodaje, że we wszystkich tych mechanizmach im większe powierzchnie piór i im silniejsze mięśnie ramion, tym większa efektywność polowania. “To by prowadziło do ewolucji silniejszych mięśni i większych ‘proto-skrzydeł’, które mogły stać się prekursorami umięśnionych skrzydeł ptaków używanych w aktywnym locie (nie pasywnym szybowcowym locie) tak charakterystycznym dla ptaków” - dodaje naukowiec.

Badania przygotował zespół biologów terenowych i ekologów integracyjnych (Piotr G. Jabłoński, Sang-im Lee, Jinseok Park, Sang Yun Bang i Jungmoon Ha), paleontologów (Yuong-Nam Lee i Minyoung Son) oraz robotyków (Hyungpil Moon i Jeongyeol Park).

Nauka w Polsce, Ludwika Tomala

lt/ agt/