Kaip Archaeopteryx pakildavo: pirmiausia kojos, paskui sparnai

Fosilinis plunksnas žeidžia paprastą skrydžio įvaizdį. Įsivaizduokite būtybę ne didesnę už šiandieninį varną, jos skeletas – roplio ir paukščio mozaika. Ji negalėjo pakelti sparnų taip kaip šiandieniniai paukščiai. Ji neturėjo gilaus, 'kylio' tipo krūtinkaulio, kuriuo būtų pritvirtintos galingos skrydžio raumenys. Ir vis dėlto ji pakildavo į orą.

Archaeopteryx buvo plunksnuotas, paukščio primenantis dinozauras, gyvenęs prieš maždaug 150 milijonų metų ir turėjęs tiek dinozaurų, tiek šiuolaikinių paukščių bruožų. 

Pirmiausia kojos, paskui sparnai

Sautamptono universiteto tyrėjai teigia, kad Archaeopteryx pakilimo paslaptis nebuvo vienkartinis sprogstamasis sparno mostas. Vietoj to, jų modeliai rodo, kad reikšmingiausi buvo kartotiniai, galingi galinių kojų stumtelėjimai, du ar trys dviejų kojų šuoliai, kurie sukomponuodavo reikiamą greitį ilgalaikiam skrydžiui. Sparnai, apriboti peties mechanikos ir gilaus 'kylio' tipo krūtinkaulio nebuvimo, suteikdavo pakėlimo jėgą ir palaikydavo nuolatinį plazdėjimą tik po tų pradinių impulsų.

Archaeopteryx iliustracija.

Šis gyvūnas stovi evoliucijos kryžkelėje, kurioje dinozaurinis kūno išplanavimas ir paukštinės adaptacijos persidengia. Paleobiologas Neil Gostling, priklausantis komandai, atkreipia dėmesį, kad Archaeopteryx išlaikė dinozaurams būdingus bruožus, tokius kaip ilgas kaulinis uodegos stiebas, atskiros pirštų nagų struktūros ir žandikaulis su dantimis. Šie požymiai, kartu su plunksnuotais sparnais, daro jį evoliuciniu tiltu. Tačiau judėjimo mįslė išliko: kaip jis galėjo pasiekti skrydžio greitį be modernių skraidymo raumenų architektūros?

Priešistorinio pakilimo testavimas

Tyrimas naudojo praktišką požiūrį. Stebėjimai iš gyvų paukščių – žuvėdrų, kėkštų, varnų, zylių – buvo derinami su biomechaniniu modeliavimu ir ankstesniais vėliau mirusio dr. Colino Palmerio darbais. Komanda pritaikė pamatuotas jėgas ir raumenų pajėgas klubo, kelio ir kulkšnies lygyje prie Archaeopteryx skeletinės geometrijos, apskaičiuodama, kiek pagreitėjimo galėjo suteikti kojos.

Iliustracija, kaip Archaeopteryx galėjo pakilti. 

Atsiskleidė siurpriziškai efektyvi seka. Vidutinio dydžio Archaeopteryx, svėręs apie 400 gramų, galėjo pasiekti apytikslį pastovų skrydžio greitį maždaug septyni metrai per sekundę po dviejų ar trijų iš eilės šuolių. Arba du šuoliai, kuriuos skyrė vienas žemyn nukreiptas sparno mostas, galėjo duoti tą patį efektą. Paprastai tariant: trumpi šuoliai, kiekvienas laiku suteikiantis papildomą greitį, o tada nuolatinis sparnų valdomas skrydis.

Modeliavimas parodė, kad kojos suteikdavo didžiąją dalį paleidimo jėgos – daugeliu atvejų net iki 90 procentų – o sparnai perimdavo vaidmenį, kai buvo pasiektas pakankamas priekinis greitis ir oro srautas per plunksnas. Toks elgesys atkartoja elgesį keliuose šiuolaikiniuose rūšyse, kurios vis dar renkasi kelių šuolių strategiją, kai nori taupyti energiją arba kai nėra skubos greitai bėgti. Varnos, kėkštai ir žuvėdros dažnai naudoja du ar daugiau stumtelėjimų prieš pradedant nuolatinį plazdėjimą.

Archaeopteryx modelis.

Pasekmės skrydžio kilmei

Ši kojomis varoma hipotezė keičia mūsų suvokimą apie perėjimą nuo žemėje gyvenusių dinozaurų prie ore gyvų paukščių. Ji silpnina griežtą naratyvą, kad ankstyvasis paukščių skrydis reikalavo staigaus modernių sparnų varomo pakilimo mechanikos įsisavinimo. Vietoj to, pakilimas galėjo evoliucionuoti palaipsniui: didesnė kojų galia ir suderinti sparnų pagalbiniai šuoliai padėjo peržengti spragą, kol krūtis išsivystė didesniu kyliu ir peties judrumas padidėjo.

Metodologiškai tyrimas parodo esamų gyvūnų biomechanikos ir fosilijų anatomijos derinimo vertę. Kai tiesioginis stebėjimas neįmanomas, gyvi paukščiai suteikia pamatuojamus analogus raumenų našumui ir galūnių koordinacijai, kuriuos galima perkelti į praeitį. Šis požiūris taip pat pabrėžia konkrečius fosilijų požymius, kurių reikėtų ieškoti kituose pereinamuosiuose egzemplioriuose: santykiniai galūnių proporcijų skirtumai, dubens mechanika ir peties sąnario artikuliacija, leidžianti arba ribojanti sparno pakėlimą.

Ekspertų įžvalga

Dr. Anna Ruiz, paleobiomechanikė iš Gamtos istorijos muziejaus, kuri nebuvo tiesiogiai susijusi su tyrimu, teigia, kad šis darbas prideda svarbios niuansų skrydžio kilmės diskusijai. Ji pažymi, kad kelių šuolių pakilimai yra energetiškai prasmingi mažiems gyvūnams ir dera tiek su medžių, tiek su sausumos ekologijomis. "Šis modelis sujungia elgesį ir anatomiją. Jis pateikia testuojamas prognozes kitiems ankstyviems paukščiams ir plunksnuotiems dinozaurams", – priduria ji.

Išvada

Archaeopteryx neturėjo imituoti vienkartinių, sprogstamų šuolių, būdingų daugeliui šiuolaikinių skraidančių rūšių, kad pakiltų į orą. Serija stiprių kojų stumtelėjimų, padedama laiku atliktų sparnų mostų, galėjo būti pakankama. Šis vaizdas ne tik išsprendžia paleontologinę mįslę; jis nupiešia evoliucinį kelią, kuriame mažos inovacijos kojų galiai ir sparnų kontrolei palaipsniui atvėrė dangų.