In een dennenbos in het landelijke noordoosten van China zit een ruige leisteenhelling vol met de overblijfselen van uitgestorven wezens van 125 miljoen jaar geleden, toen dit deel van de provincie Liaoning bedekt was met zoetwatermeren. Vulkaanuitbarstingen brachten het gebied destijds regelmatig in beroering, met miljoenen reptielen, vissen, slakken en insecten in as. Ik stap voorzichtig tussen de talloze fossielen, pak een leisteenplaat die niet veel groter is dan mijn hand en beuk de rand ervan met een steenhamer. Een naad splitst een roodbruine vis doormidden en produceert spiegelafdrukken van delicate vinnen en botten die zo dun zijn als mensenharen.
gerelateerde inhoud
- Waar dinosaurussen zwierven
- Dinosaur Shocker
Een van de Chinese paleontologen, Zhou Zhonghe, glimlacht. "Geweldige plek, is het niet?" hij zegt.
In 1995 kondigden Zhou en collega's de ontdekking aan van een fossiel uit deze prehistorische rampzone dat een nieuw tijdperk van paleontologie inluidde. Het fossiel was een primitieve vogel ter grootte van een kraai die mogelijk verstikt was door vulkanische dampen terwijl hij al die miljoenen jaren geleden over de meren reed. Ze noemden de nieuwe soort Confuciusornis, naar de Chinese filosoof.
Tot dan toe was slechts een handvol prehistorische vogelfossielen overal ter wereld opgegraven. Dat komt deels omdat vogels, toen en nu, veel minder vaak voorkwamen dan vissen en ongewervelde dieren, en deels omdat vogels gemakkelijker modderstromen, teerputten, vulkaanuitbarstingen en andere geologische fenomenen ontweken die dieren hebben gevangen en sporen daarvan voor de eeuwen hebben bewaard. Wetenschappers hebben slechts tien intacte gefossiliseerde skeletten van de vroegst bekende vogel, Archaeopteryx, gevonden die aan het einde van de Jura-periode leefde, ongeveer 145 miljoen jaar geleden.
Zhou, die werkt bij het Institute of Vertebrate Paleontology and Paleoanthropology (IVPP) van de Chinese Academie van Wetenschappen in Beijing, geloofde dat de buitengewone botbedden in Liaoning enkele van de vele spaties in het fossielenbestand van de vroegste vogels zouden kunnen aanvullen. Hij had niet profetischer kunnen zijn. In de afgelopen 15 jaar zijn duizenden prachtig bewaarde fossiele vogels voortgekomen uit het oude meer, de Yixian Formation. De regio heeft ook prachtige dinosaurusspecimens opgeleverd, zoals nog nooit eerder gezien. Daarom is China de sleutel geweest tot het oplossen van een van de grootste vragen in de dinosauruswetenschap in de afgelopen 150 jaar: de echte relatie tussen vogels en dinosaurussen.
Het idee dat vogels - de meest diverse groep gewervelde landdieren, met bijna 10.000 levende soorten - rechtstreeks afstammen van dinosauriërs, is niet nieuw. Het werd opgevoed door de Engelse bioloog Thomas Henry Huxley in zijn verhandeling uit 1870, Verder bewijs van de affiniteit tussen de Dinosaurian Reptielen en vogels . Huxley, een gerenommeerde anatoom die misschien het best werd herinnerd vanwege zijn vurige verdediging van de evolutietheorie van Charles Darwin, zag weinig verschil tussen de botstructuur van Compsognathus, een dinosaurus niet groter dan een kalkoen, en Archaeopteryx, die in Duitsland werd ontdekt en in 1861 werd beschreven. Toen Huxley naar struisvogels en andere moderne vogels keek, zag hij kleine dinosaurussen. Als de beenderen van een babykip werden vergroot en gefossiliseerd, merkte hij op: "er zou niets in hun karakter voorkomen dat ons zou verhinderen om hen naar de Dinosauria te verwijzen."
Toch hebben onderzoekers die twijfelden aan de link dinosaurus-vogel in de loop van de decennia ook goede anatomische argumenten. Ze zeiden dat dinosauriërs een aantal functies missen die duidelijk aviair zijn, waaronder wishbones of versmolten sleutelbeenderen; botten bezaaid met luchtzakken; flexibele polsgewrichten; en drietandsvoeten. Bovendien leek de gestelde link in tegenspraak met wat iedereen dacht te weten: dat vogels kleine, intelligente, snelle, warmbloedige sprites zijn, terwijl dinosaurussen - uit het Grieks voor "angstig grote hagedis" - koudbloedige, saaie, ploeterende, reptielachtige wezens waren .
In de late jaren 1960 begon een gefossiliseerd dinosaurusskelet uit Montana die veronderstelling te ondermijnen. Deinonychus, of "vreselijke klauw" na de sikkelvormige klauw op elke achterpoot, stond ongeveer 11 voet van kop tot staart en was een lenig roofdier. Bovendien was de botstructuur vergelijkbaar met die van Archaeopteryx . Al snel verzamelden wetenschappers ander intrigerend fysiek bewijs, en ontdekten dat gefuseerde sleutelbeenderen toch algemeen in dinosaurussen voorkomen. Deinonychus- en Velociraptor- botten hadden luchtzakken en flexibele polsgewrichten. Dinosauruskenmerken zagen er steeds meer vogelachtig uit. "Al die dingen werden uit de definitie van een vogel getrokken", zegt paleontoloog Matthew Carrano van het Smithsonian National Museum of Natural History.
Maar er was een belangrijk kenmerk dat niet was gevonden in dinosaurussen, en weinig experts zouden zich volledig op hun gemak voelen beweren dat chickadees en triceratops verwant waren totdat ze bewijs hadden voor deze ontbrekende anatomische link: veren.
Een arme Chinese boer, Li Yingfang, maakte een van de grootste fossiele vondsten aller tijden, in augustus 1996 in het dorp Sihetun, op een uur rijden van de plek waar ik fossiele vissen had gezocht. "Ik was gaten aan het graven voor het planten van bomen", herinnert Li zich, die nu een voltijdbaan heeft in een dinosaurusmuseum dat op diezelfde locatie is gebouwd. Uit een gat haalde hij een twee meter lange leisteenplaat op. Li was een ervaren fossielenjager. Hij splitste de plaat en zag een wezen zoals hij nog nooit had gezien. Het skelet had een vogelachtige schedel, een lange staart en indrukken van wat veerachtige structuren leken te zijn.
Vanwege de veren veronderstelde Ji Qiang, toen de directeur van het National Geological Museum, dat een van de platen van Li kocht, dat het een nieuwe soort primitieve vogels was. Maar andere Chinese paleontologen waren ervan overtuigd dat het een dinosaurus was.
Tijdens een bezoek aan Beijing in oktober zag Philip Currie, een paleontoloog nu aan de Universiteit van Alberta, het exemplaar en besefte dat het paleontologie op zijn kop zou zetten. De volgende maand liet Currie, een oude Chinese hand, een foto ervan zien aan collega's tijdens de jaarlijkse bijeenkomst van de Society of Vertebrate Paleontology. De foto heeft de show gestolen. "Het was zo een geweldig fossiel", herinnert paleontoloog Hans-Dieter Sues van het National Museum of Natural History. "Sensationeel." Westerse paleontologen maakten al snel een bedevaart naar Beijing om het fossiel te zien. "Ze kwamen versuft terug", zegt Sues.
Ondanks de veren liet het skelet er geen twijfel over bestaan dat de nieuwe soort, genaamd Sinosauropteryx, wat 'Chinese hagedisvleugel' betekent, een dinosaurus was. Het leefde ongeveer 125 miljoen jaar geleden, gebaseerd op de datering van radioactieve elementen in de sedimenten die het fossiel omhulden. Zijn integumentaire filamenten - lange, dunne structuren die uit zijn schilferige huid steken - overtuigden de meeste paleontologen dat het dier de eerste gevederde dinosaurus was die ooit is opgegraven. Sindsdien zijn op die plek een tiental dinosaurussen met filamenten of veren ontdekt.
Door monsters uit China te analyseren, hebben paleontologen hiaten in het fossielenbestand opgevuld en de evolutionaire relaties tussen verschillende dinosauriërs getraceerd. De fossielen hebben eindelijk, op een paar sceptici na, bevestigd dat vogels afstammen van dinosauriërs en de levende vertegenwoordigers zijn van een dinosaurusstam die de Maniraptorans wordt genoemd.
De meeste dinosauriërs maakten geen deel uit van het geslacht dat aanleiding gaf tot vogels; ze bezetten andere takken van de dinosaurus-stamboom. Sinosauropteryx was eigenlijk wat paleontologen een niet-aviaire dinosaurus noemen, ook al had hij veren. Dit inzicht heeft paleontologen ertoe aangezet hun kijk op andere niet-aviaire dinosaurussen, zoals de beruchte vleeseter Velociraptor en zelfs sommige leden van de tyrannosaur-groep, te herzien. Ook zij waren waarschijnlijk versierd met veren.
De overvloed aan gevederde fossielen heeft paleontologen in staat gesteld een fundamentele vraag te onderzoeken: Waarom zijn veren ontstaan? Tegenwoordig is het duidelijk dat veren veel functies vervullen: ze helpen vogels lichaamswarmte vast te houden, water af te weren en een partner aan te trekken. En natuurlijk helpen ze de vlucht - maar niet altijd, zoals struisvogels en pinguïns, die veren hebben maar niet vliegen, demonstreren. Veel gevederde dinosaurussen hadden geen vleugels of waren te zwaar, in verhouding tot de lengte van hun gevederde ledematen, om te vliegen.
Ontcijferen hoe veren door de eeuwen heen veranderden van spichtige vezels tot delicate vluchtinstrumenten zou licht werpen op de overgang van dinosaurussen naar vogels, en hoe natuurlijke selectie deze complexe eigenschap heeft gesmeed. Weinig wetenschappers kennen oude veren meer intiem dan Xu Xing van IVPP. Hij heeft 40 dinosaurussoorten ontdekt - meer dan elke andere levende wetenschapper - uit heel China. Zijn kantoor in IVPP, aan de overkant van de dierentuin van Beijing, is vol met fossielen en afgietsels.
Xu ziet veerevolutie als een incrementeel proces. Veren in hun meest primitieve vorm waren enkele filamenten, die op schachten leken, die uit reptielenhuid staken. Deze eenvoudige structuren gaan ver terug; zelfs pterodactylen hadden soorten filamenten. Xu suggereert dat de evolutie van veren is begonnen bij een gemeenschappelijke voorouder van pterodactylen en dinosaurussen - bijna 240 miljoen jaar geleden, of ongeveer 95 miljoen jaar vóór Archaeopteryx .
Na het verschijnen van enkele filamenten kwamen meerdere filamenten aan de basis samen. Naast het verschijnen in het fossielenbestand schoten gepaarde weerhaken van een centrale schacht. Uiteindelijk vormden dichte rijen in elkaar grijpende weerhaken een plat oppervlak: de basisblauwdruk van de zogenaamde pennaceous veren van moderne vogels. Al deze soorten veren zijn gevonden in fossiele indrukken van theropoden, de dinosaurus-onderorde die Tyrannosaurus rex omvat, evenals vogels en andere Maniraptorans.
Filamenten worden ook elders in de stamboom van de dinosaurus gevonden, in soorten ver verwijderd van theropoden, zoals Psittacosaurus, een herbivoor met papegaaiengezichten die ongeveer 130 miljoen jaar geleden ontstond. Het had dunne losse filamenten langs zijn staart. Het is niet duidelijk waarom filamenten voorkomen in sommige dinosauriërs maar niet in andere. "Een mogelijkheid is dat veerachtige structuren zich heel vroeg in de geschiedenis van de dinosauriërs hebben ontwikkeld", zegt Xu, en sommige groepen hebben de structuren behouden, terwijl andere groepen ze hebben verloren. "Maar uiteindelijk in Maniraptorans, veren gestabiliseerd en geëvolueerd tot moderne veren, " zegt hij. Of filamenten kunnen op verschillende tijdstippen onafhankelijk zijn geëvolueerd. Zoals Sues opmerkt: "Het lijkt genetisch gezien geen geweldige truc om van een schaal een filament te maken."
Oorspronkelijk waren enkele filamenten misschien te zien, het dinosaurus-equivalent van het iriserende verenkleed van een pauw. Levendig bewijs voor die theorie verscheen toen wetenschappers de ware kleuren onthulden van 125 miljoen jaar oude veren. Vogelveren en reptielenweegschalen bevatten melanosomen - kleine zakjes met variëteiten van de pigmentmelanine. Veel paleontologen vermoedden dat dinosaurusveren ook melanosomen bevatten. In het laboratorium van Mike Benton aan de Universiteit van Bristol heeft Zhang Fucheng van IVPP meer dan een jaar gezocht naar melanosomen in foto's van fossielen van vogels en dinosauriërs die met een elektronenmicroscoop zijn genomen. De ijver van Zhang wierp zijn vruchten af in 2009 toen hij melanosomen in Confuciusornis ontdekte die eumelanine bevatten, wat veren een grijze of zwarte tint geeft, en pheomelanine, waardoor ze een kastanje tot roodbruine kleur krijgen. De veren van het dier hadden vlekken van witte, zwarte en oranje-bruine kleuren.
Sinosauropteryx was nog indrukwekkender. Zhang ontdekte dat de filamenten die over zijn rug en staart liepen, de dinosaurus eruit moeten hebben gezien als een oranje-wit gestreepte kapperspaal. Zo'n levendige patroon suggereert dat "veren eerst ontstonden als middelen voor kleurweergave", zegt Benton.
Vroege veren hadden andere doelen kunnen dienen. Holle filamenten kunnen warmte hebben afgevoerd, net zoals de franjes van sommige moderne hagedissen dat tegenwoordig doen. Andere paleontologen speculeren dat veren zich eerst ontwikkelden om warmte vast te houden . Een sprekend voorbeeld is afkomstig van fossielen van Oviraptor - een theropod opgegraven in Mongolië die ongeveer 75 miljoen jaar geleden leefde - gehurkt over met eieren gevulde nesten. Oviraptors staken hun benen in het midden van de koppeling en omhelsden de omtrek met hun lange voorpoten - een houding die een griezelige gelijkenis vertoont met broedende vogels die hun eieren warm houden. Dinosaurussen gerelateerd aan Oviraptor waren bedekt met naaldveren, wat suggereert dat Oviraptor dat ook was. "Zittend op zo'n nest had alleen zin als het veren had" om zijn jongen zacht te isoleren, zegt Sues.
Veren zijn natuurlijk uiteindelijk een vlieginstrument geworden. Sommige paleontologen stellen zich een scenario voor waarin dinosaurussen veren gebruiken om voor het eerst bomen te bezetten. "Omdat dinosaurussen enkels hadden scharnierd, konden ze hun voeten niet roteren en konden ze niet goed klimmen. Misschien hielpen veren hen om boomstammen op te klauteren, " zegt Carrano. Babyvogels van voornamelijk op de grond levende soorten zoals kalkoenen gebruiken hun vleugels op deze manier. Veren kunnen in de loop van miljoenen jaren steeds aerodynamischer zijn geworden, waardoor dinosaurussen uiteindelijk van boom naar boom konden glijden. Individuen die in staat zijn om zo'n prestatie uit te voeren, hebben mogelijk nieuwe voedselbronnen kunnen bereiken of beter kunnen ontsnappen aan roofdieren - en de eigenschap doorgeven aan volgende generaties.
Een van de meest verleidelijke exemplaren die uit de schaliebedden van Liaoning tevoorschijn komen, is Microraptor, die Xu in 2003 ontdekte. Het bantamgewichtbeest was een voet of twee lang en kantelde de schubben op slechts twee pond. Microraptor, uit de familie Dromaeosaur, was geen voorouder van vogels, maar het was ook anders dan elke eerder ontdekte gevederde dinosaurus. Xu noemt het een "viervleugelige" dinosaurus omdat hij lange, veerachtige veren aan zijn armen en benen had. Vanwege zijn versmolten borstbeen en asymmetrische veren, zegt Xu, kon Microraptor zeker van boom naar boom glijden, en het was misschien zelfs beter om op eigen kracht te vliegen dan Archaeopteryx .
Vorig jaar ontdekte Xu een andere soort viervleugelige dinosaurus, ook bij Liaoning. Naast het aantonen dat de viervleugelige vlucht geen toevalstreffer was, is de nieuwe soort, Anchiornis huxleyi, genoemd ter ere van Thomas Henry Huxley, de vroegst bekende gevederde dinosaurus. Het kwam uit Jurassic lakebed-afzettingen van 155 miljoen tot 160 miljoen jaar oud. De vondst elimineerde het laatste bezwaar tegen de evolutionaire link tussen vogels en dinosaurussen. Jarenlang hadden sceptici de zogenaamde tijdelijke paradox naar voren gebracht: er waren geen gevederde dinosauriërs ouder dan Archaeopteryx, dus vogels konden niet zijn ontstaan uit dinosaurussen. Nu werd dat argument weggeblazen: Anchiornis is miljoenen jaren ouder dan Archaeopteryx .
Viervleugelige dinosaurussen waren uiteindelijk een dode tak aan de levensboom; ze verdwijnen ongeveer 80 miljoen jaar geleden uit het fossielenbestand. Hun ondergang liet slechts één dinosaurus achter die in staat was om te vliegen: vogels.
Wanneer evolueerden dinosaurussen tot vogels? Moeilijk te zeggen. "Diep in de evolutionaire geschiedenis is het uiterst moeilijk om de grens tussen vogels en dinosaurussen te trekken", zegt Xu. Afgezien van kleine verschillen in de vorm van nekwervels en de relatieve lengte van de armen, lijken vroege vogels en hun Maniraptoran-verwanten, zoals Velociraptor, erg op elkaar.
"Als Archaeopteryx vandaag wordt ontdekt, denk ik niet dat je het een vogel zou noemen. Je zou het een gevederde dinosaurus noemen", zegt Carrano. Het wordt nog steeds de eerste vogel genoemd, maar meer om historische redenen dan omdat het de oudste of beste belichaming is van vogelachtige eigenschappen.
Aan de andere kant lijkt Confuciusornis, die de eerste bek en de vroegste pygostyle bezat, of gefuseerde staartwervels die veren ondersteunden, echt op een vogel. "Het slaagt voor de snuiftest, " zegt Carrano.
Sinds de laatste van de niet-aviaire dinosauriërs 65 miljoen jaar geleden stierf tijdens het massale uitsterven dat het gordijn voor het Krijt dichtmaakte, hebben vogels andere kenmerken ontwikkeld die hen van dinosaurussen onderscheiden. Moderne vogels hebben hogere metabolismen dan zelfs de meest behendige Velociraptor ooit gehad. Tanden verdwenen op een bepaald punt in de evolutionaire geschiedenis van vogels. De staarten van vogels werden korter, hun vliegvaardigheden werden beter en hun hersenen werden groter dan die van dinosaurussen. En moderne vogels hebben, in tegenstelling tot hun Maniraptoran-voorouders, een grote teen die uitsteekt van de andere tenen, waardoor vogels kunnen zitten. "Je gaat geleidelijk van de lange armen en enorme handen van niet-aviaire Maniraptorans naar iets dat lijkt op de kippenvleugel die je krijgt bij KFC", zegt Sues. Gezien de omvang van deze vogelaanpassingen, is het geen wonder dat de evolutionaire link tussen dinosauriërs en vogels zoals we die kennen verborgen bleef totdat paleontologen het rijke fossielenbestand uit China begonnen te analyseren.
Chaoyang is een saaie Chinese stad met stoffige straten; in zijn donkere hoeken doet het denken aan zanderige 19e-eeuwse Amerikaanse mijnbouwsteden. Maar voor fossiele verzamelaars is Chaoyang een paradijs, op slechts een uur rijden van enkele van de meest productieve bedden van de Yixian Formation.
Eén straat is vol met winkels die yuhuashi verkopen, of visfossielen. Ingelijste fossielen ingebed in schalie, vaak in spiegelbeeldparen, kunnen worden gekocht voor een dollar of twee. Een populair item is een mozaïek waarin enkele tientallen kleine platen een kaart van China vormen; fossiele vissen lijken naar de hoofdstad Beijing te zwemmen (en geen kaart is compleet zonder een vis die Taiwan vertegenwoordigt). Kooplieden verkopen versteende insecten, schaaldieren en planten. Af en toe, ondanks wetten die de handel in fossielen van wetenschappelijke waarde verbieden, is het bekend dat minder nauwgezette dealers dinosaurusfossielen verkopen. De belangrijkste exemplaren, zegt Zhou, "worden niet ontdekt door wetenschappers in fossiele winkels van de stad, maar bij de dealers of boeren die ze hebben gegraven."
Naast Sinosauropteryx, kwamen verschillende andere onthullende exemplaren aan het licht door amateurs in plaats van bij wetenschappelijke opgravingen. De uitdaging voor Zhou en zijn collega's is om hete exemplaren te vinden voordat ze in privécollecties verdwijnen. Zo zijn Zhou en zijn collega Zhang Jiangyong, specialist op het gebied van oude vissen bij IVPP, naar de provincie Liaoning gekomen om fossielen te bekijken die dealers die vriendelijk zijn voor hun zaak, de laatste tijd in handen hebben gekregen.
Het grootste deel van de voorraad in de fossielenwinkels is afkomstig van boeren die hun fossielen afhakken als ze hun velden niet onderhouden. Een klein goed bewaard vismonster kan zijn vinder het equivalent van 25 cent opleveren, genoeg voor een warme maaltijd. Een gevederde dinosaurus kan duizenden dollars, een jaarinkomen of meer verdienen. Destructief als het is voor de fossiele bedden, heeft deze paleo-economie de prehistorie helpen herschrijven.
Zhou pakt een plaat en tuurt ernaar door zijn draadomrande bril. "Voorzitter, kom hier en kijk", zegt Zhou tegen Zhang (die zijn speelse bijnaam als voorzitter van de werknemersvereniging van IVPP verdiende). Zhang onderzoekt het exemplaar en voegt het toe aan een stapel die terug naar Beijing wordt getrokken voor studie - en, als ze geluk hebben, een andere verborgen tak van de levensboom onthullen.
Richard Stone heeft geschreven over een Stonehenge-begrafenis, een zeldzame antilope en mysterieuze Tibetaanse torens voor Smithsonian .
Een belangrijke Chinese ontdekking was een primitieve vogel genaamd Confuciusornis, geïdentificeerd door Zhou Zhonghe. (Stefen Chow) 
Xu Xing, ontdekker van meer dinosaurussoorten dan elke andere levende wetenschapper, met een cast van Psittacosaurus met papegaaiengezichten, zegt dat sommige dinosauriërs vogelachtige eigenschappen hebben, waaronder veren. (Stefen Chow) 
De Yixian Formation leverde ook Sinosauropteryx op , het eerste fysieke bewijs van een gevederde dinosaurus. (IVPP, Beijing) 
Sommige van zijn fossielen zijn zo goed bewaard gebleven dat wetenschappers sporen van celstructuren kunnen zien die pigmenten bevatten. De vondst leidde tot een kleurrijk beeld van het katachtige dier, tot aan zijn gestreepte staart. (Chuang Zhao en Lida Xing) 
De auteur, Richard Stone, op de fossiele site. (Hoffelijkheid van Richard Stone) 
Handboeken zeggen dat Archaeopteryx, die zo'n 150 miljoen jaar geleden leefde, de eerste vogel was. (Roger Peterson / National Geographic Stock) 
Sommige paleontologen zeggen nu dat Archaeopteryx een gevederde niet-vogel dinosaurus is geweest. (Kim Amos / Science Photo Library / Photo Researchers) 
Sommige dinosaurussen hebben duidelijk ander vogelachtig gedrag, zoals nestelen en broeden. Hier wordt een gedeeltelijk gereconstrueerd fossiel van Oviraptor uit Mongolië getoond met 20 eieren. (Getty Images) 
Een van de meest onverwachte Chinese fossielen in Microraptor . Het had vier gevederde ledematen en kon vrijwel zeker vliegen. Maar in tegenstelling tot vogels, ontsnapte het niet aan uitsterven. (Matt Cashore / Universiteit van Notre Dame) 
In de afgelopen 15 jaar zijn duizenden prachtig bewaarde fossiele vogels voortgekomen uit het oude meer, de Yixian Formation. (Guilbert Gates)
