19.01.2021-09:30:00   |   Marek Dzurenko
#Evolúcia
#Pravek
#Longformy
Druhohorná éra – nepredstaviteľne dlhý časový úsek pozostávajúci z troch periód triasu, jury a kriedy – skončila pred 66 miliónmi rokov. Jej záver poznamenalo hromadné vymieranie, ktoré ukončilo vládu pravdepodobne najúspešnejšej skupiny stavovcov v histórii našej planéty. Išlo o evolučnú líniu plazov, ktorej začiatok siaha niekam do stredného triasu, pred asi 240 miliónmi rokov.

Boli to spočiatku pomerne nenápadné a nepočetné tvory, ktoré žili v tieni väčších a nebezpečnejších plazov z príbuzenstva krokodílov. Vo vrchnom triase však už začali dominovať a na samom konci periódy sa stalo niečo, čo im umožnilo celkom ovládnuť pevninu na ďalších 135 miliónov rokov. Väčšina krokodílom podobných plazov vyhynula a uvoľnila miesto odlišnej vývojovej vetve, ktorej zástupcovia v jure a kriede dosiahli nevídaný rozmach a vyvinuli sa do takých úžasných foriem, že sa stali ikonami prehistórie. Tieto plazy dnes nazývame dinosaury.



Pod týmto pojmom si väčšina ľudí predstaví obrovité starodávne plazy, ktoré dávno vyhynuli. Je pritom bežné, že za dinosaury považuje aj iné praveké tvory plávajúce v moriach (napríklad ichtyosaury, plesiosaury a mosasaury) či lietajúce vo vzduchu (pterosaury). Slovo „dinosaurus“ býva v lepšom prípade používané ako univerzálny termín označujúci ľubovoľného fosílneho plaza. V horšom prípade sa v prenesenom význame používa na označenie čohokoľvek, čo je zastarané, rigídne a odsúdené na zánik.


-


Najbližšími príbuznými vtákov boli dinosaury zo skupiny Deinonychosauria. Tieto bystré a aktívne predátory zahŕňajú troodontidy a dromeosauridy. Na obrázku je veľký dromeosaurid Dakotaraptor steini, ktorý žil po boku slávneho tyranosaura.


Odborníci však pod taxonomickou skupinou Dinosauria chápu konkrétnu skupinu živočíchov s jediným spoločným predkom, ktorý žil niekedy počas stredného triasu. Už tento dávny predok sa vyznačoval vzpriamenými končatinami nesenými vertikálne pod telom. Tento pokročilý znak po ňom zdedili všetky dinosaury, vrátane tých, ktorým sa darí dodnes. Hovorím samozrejme o vtákoch. Vtáky sú totiž žijúcimi dinosaurami v pravom zmysle tohto slova. Vďaka záplave nových objavov a neoblomnej snahe vedcov to dnes už vieme povedať s absolútnou istotou. Dinosaury nikdy nevyhynuli. Sú medzi nami a súdiac podľa počtu a bohatstva ich foriem, stále predstavujú extrémne úspešnú skupinu zvierat. Podľa jedného odhadu v tomto okamihu na našej planéte existuje zhruba 400 miliárd individuálnych operencov. Vedci opísali vyše 10 tisíc druhov, čo je takmer dvakrát viac, než známych druhov cicavcov.

Keď si pomyslíme na „klasické“, nevtáčie typy dinosaurov, napríklad na nejakého stegosaura s platňami na chrbte, trojrohého triceratopsa či gigantického dlhokrkého brachiosaura, spojenie medzi dinosaurami a ich vtáčimi potomkami nie je na prvý pohľad zrejmé. Najbližších príbuzných vtákov musíme hľadať medzi inými dinosaurami – dvojnohými a prevažne mäsožravými zástupcami skupiny Theropoda. Práve teropódne dinosaury dali vzniknúť evolučnej línií, ktorá viedla k vtákom. Kontinuita nevtáčí teropód-vták zahŕňa celú škálu foriem s čoraz väčším počtom typických vtáčích znakov. Dnes poznáme množstvo druhov operených teropódnych dinosaurov, pri ktorých nie je celkom jasné, či už ide o vtáky alebo ešte o nevtáčie dinosaury. Niektoré teropódy sa natoľko podobajú na vtáky a naopak, niektoré vtáky sa natoľko podobajú na svojich najbližších teropódnych príbuzných, že hranica nevtáčí dinosaurus/vták je neostrá.



Niektoré znaky vtáky zdedili ešte od dávnejších predkov, než boli teropódy. Iné sa im v evolučnej histórii vyvinuli pomerne neskoro. Ide o celý rad anatomických, fyziologických, behaviorálnych a dokonca aj genetických adaptácií, ktoré urobili z teropódnych dinosaurov vtáky schopné neuveriteľných leteckých výkonov.


-


Jednoduchý fylogenetický strom zobrazuje pozíciu vtákov v rámci skupiny Theropoda. Vtáky predstavujú podskupinu teropódnych dinosaurov - jediný výhonok kedysi omnoho košatejšieho rodostromu, ktorý prežil do dnešných čias. Vtáky sa však rýchlo rozrôznili a dnes sú druhovo najpočetnejšou skupinou suchozemských stavovcov.


Vtáčie superschopnosti

Vtáky sa vyznačujú viacerými fyziologickými zvláštnosťami. Sú rovnako ako cicavce endotermné (teplokrvné), čo znamená, že si udržiavajú stálu vysokú telesnú teplotu. Vďaka tomu dokázali osídliť všetky kontinenty vrátane Antarktídy a môžu prežiť vo všetkých zemepisných šírkach a nadmorských výškach. Pernatý telesný pokryv slúži ako vynikajúci izolátor brániaci nadmerným stratám tepla.

Odborníci sa stále nezhodujú v tom, či boli aj ich dinosaurí predkovia univerzálne teplokrvní, je však veľmi pravdepodobné, že prinajmenšom dravé teropódy sa vyznačovali skutočnou endotermiou. Z nových nálezov operených nevtáčích teropódov z Číny vieme, že mnohé z nich mali telá pokryté perím. Pernatý integument bol nedávno zistený aj u niektorých dinosaurov z iných skupín. Viacerí vedci sú taktiež presvedčení o tom, že pyknovlákna pterosaurov pripomínajúce srsť predstavujú primitívny typ operenia. To znamená, že perie mohlo byť pôvodným znakom všetkých dinosaurov alebo dokonca spoločného predka dinosaurov a pterosaurov.

V každom prípade je prakticky isté, že perie vzniklo ako tepelný izolant a až neskôr sa uplatnilo aj iným spôsobom. V podmienkach triasu, keď vznikli prvé dinosaury a pterosaury, panovala vo vnútrozemí superkontinentu Pangea drsná klíma s horúcimi letami a chladnými zimami. Perie sa mohlo vyvinúť ako adaptácia na nepriaznivé klimatické podmienky. Jednotlivé perá na predných a zadných končatinách a chvoste sa postupne predlžovali a rozširovali. Primitívne operené dinosaury mohli perie používať na komunikáciu. Svojim súperom či potenciálnym partnerom mohli vysielať signály v podobe farebných vzorov na perí. Niektoré menšie druhy žijúce na stromoch sa neskôr osmelili k niečomu, čo viedlo k letu. Najprv sa z výšok iba spúšťali, pričom perá na roztiahnutých končatinách a chvoste používali ako padáky. Neskôr sa vo vzduchu dokázali udržať o niečo dlhšie a plachtili zo stromu na strom. Tento model evolúcie vtáčieho letu dobre dokladujú nálezy operených dinosaurov s dlhými perami nielen na predných, ale aj na zadných končatinách. Vyzerá to tak, že aktívnym letcom predchádzali dinosaurie „dvojplošníky“.


-


Vtáky sa vyvinuli z malých operených teropódnych dinosaurov, ktoré vyliezli na stromy. V ich korunách sa naučili orientovať v trojrozmernom svete, získali lepší balans a koordináciu. Zo stromov sa začali spúšťať padákovým a neskôr kĺzavým letom. Dlhé predné končatiny používali na lezenie a tie sa nakoniec premenili v krídla. Z fosílneho záznamu vyplýva, že najstarší plachtiaci príbuzní vtákov používali pri kĺzavom lete všetky štyri končatiny. Na obrázku je „štvorkrídly“ dinosaurus Microraptor.


V triase netrápila živočíchy iba nepriaznivá klíma. Nízky bol aj obsah kyslíka v atmosfére, ktorý dosiahol rekordné minimum – podľa modelov iba okolo 12 percent v porovnaní s dnešnými 21 percentami. Viacerí vedci sú presvedčení o tom, že rané dinosaury reagovali na nepriaznivý stav kyslíka vývojom kľúčových adaptácií, ktoré po nich zdedili ich vtáčí potomkovia. Jednou z nich bola bipedalita, čiže pohyb len na dvoch končatinách. Bipedalita je v živočíšnej ríši veľmi vzácna. Z dnešných zvierat sa bipédne pohybujú len vtáky, kengury, niektoré hlodavce a ľudia. Bipedalita sa mohla u dinosaurov vyvinúť ako adaptácia na lepší príjem kyslíka. U dnešných plazov, ktoré sa pohybujú na štyroch do strán smerujúcich končatinách, sa telo prehýba zo strany na stranu, čo spôsobuje kompresiu pľúcnych lalokov. To limituje množstvo kyslíka, ktoré sa dostáva do pľúc. Pri pohybe iba na zadných končatinách hrudný kôš a pľúca neboli limitované, vďaka čomu mohli rané dinosaury efektívne vyhľadávať korisť a unikať pred predátormi bez toho, aby im dochádzal dych. Bipedalita zároveň oslobodzuje predné končatiny, ktoré môžu byť využívané na iný účel. Rané mäsožravé dinosaury sa pomocou predných končatín zmocňovali koristi a neskôr im na nich narástli dlhé perá slúžiace na predvádzanie sa, plachtenie a nakoniec lietanie.



V súvislosti s nízkym obsahom kyslíka v triasovej atmosfére sa zrejme vyvinul aj vtáčí systém dýchania. Na rozdiel od cicavcov, vtáky nemajú dýchací systém, pri ktorom je vzduch vháňaný do pľúc a následne vydychovaný rovnakým smerom, akým prišiel. Vtáčia respirácia je omnoho efektívnejšia – je totiž jednosmerná. Ich relatívne malé pľúca sú napojené na dômyselný systém vzdušných vakov, ktoré prechádzajú do odľahčených dutých kostí naplnených vzduchom. Tomuto znaku hovoríme pneumatizácia. Z fosílií vieme, že už mnohé dravé dinosaury (ale aj obrie sauropódy) mali čiastočne pneumatizovanú kostru. Pneumatizácia kostry odľahčuje telo zvieraťa a nízka hmotnosť je nutnou podmienkou k tomu, aby mohol živočích prekonať gravitáciu a vzlietnuť.

Zmeny v kostre

Ako som už spomenul v úvode, vtáky majú vzpriamený postoj a na zemi sa pohybujú len pomocou dvoch končatín. Nohy vtákov nie sú príliš odlišné od nôh ich nevtáčích predkov z druhohôr. Je to tým, že vtáky sa na zemi pohybujú v podstate rovnakým spôsobom. Kráčajú, bežia a skáču veľmi podobne, ako to robili ich teropódni predchodcovia. Práve preto sú kosti zadnej končatiny vtákov najmenej modifikované. Jediný väčší rozdiel spočíva v redukcii ihlice a zrastení predpriehlavkových a priehlavkových kostí v jednu kosť zvanú tarzometatarzus. Ak sa ale pozrieme na zvyšok kostry, zistíme, že vtáčí skelet prešiel radikálnou prestavbou. A prakticky každý jeden aspekt tejto premeny vznikol ako adaptácia pre let.


-


Dromeosauridy ako Velociraptor predstavujú východziu formu, z ktorej vznikli vtáky. Z tohto základného telesného plánu sa modifikáciou kostry v dôsledku adaptácií pre let dinosaury postupne premenili v operence, ako ich poznáme dnes.


Odľahčená a aerodynamická vtáčia lebka má zväčšenú mozgovňu a obrovské očnice. Najbližší teropódni príbuzní vtákov mali síce na dinosaurie pomery veľké oči aj mozog, vtáky ale tento trend dotiahli oveľa ďalej. Dobrý zrak je pre orientáciu lietajúceho tvora v trojrozmerom priestore nevyhnutný.* Mozog vtákov má vysoko rozvinuté oblasti súvisiace s rovnováhou, reflexami a koordináciou pohybov. Mnohé dnešné vtáky sa vyznačujú vysokým intelektom, dokážu vyrábať nástroje, plánovať a riešiť problémy s prekvapivou vynaliezavosťou. Povestná je inteligencia krkavcovitých, ktoré si vedia poradiť s pomerne komplexnými úlohami.

*Netopiere, ktoré sú na rozdiel od vtákov aktívne v noci, sa orientujú celkom iným spôsobom – echolokáciou.

Ťažké ozubené čeľuste boli nahradené univerzálnym nástrojom – ľahkým bezzubým zobákom s rohovinovým obalom. Spracovanie potravy zabezpečuje špecializovaný vtáčí žalúdok. Dlhý a ohybný krk v tvare písmena „s“ umožňuje vtákom pohodlne zbierať potravu a interagovať s prostredím pomocou zobáka. Ak ste napríklad videli ako šikovne využívajú papagáje pri šplhaní svoje zobáky, vôbec to nevyzerá, že by im chytavé predné končatiny s prstami chýbali.



Hlavné modifikácie predných končatín vtákov zahŕňajú obmedzenie pohyblivosti lakťových a zápästných kĺbov v jednej rovine, redukciu počtu prstov, stratu pazúrov a zrastenie zápästných a záprstných kostí v takzvaný karpometakarpus. Lakťová a vretenná kosť sa spájajú s ramennou kosťou a kosťami ruky takým spôsobom, že lakťový a zápästný kĺb sú automaticky viazané, čo umožňuje skladanie krídel, keď vták nelieta. Rovnakým spôsobom skladali svoje predné končatiny najbližší dinosaurí príbuzní vtákov, vrátane ikonických rodov ako Deinonychus či Velociraptor.

Vtáčí trup je skrátený a kompaktný. Počet krčných stavcov sa zvýšil na úkor nižšieho počtu stavcov hrudníka. Dlhý kostený dinosaurí chvost sa u vtákov zmenil na nepoznanie – tvorí ho len zopár chvostových stavcov a špeciálna kosť nazývaná pygostyl. Hrudná kosť (sternum) je mimoriadne veľká a vyznačuje sa výrazným kýlom na brušnej strane, na ktorý sa upínajú mocné lietacie svaly. Predĺžené a tenké kľúčne kosti sú zrastené vo vidlicu (furkula). Tá pôsobí ako flexibilná pružina medzi dvomi ramennými kĺbmi počas mávania krídel. Modifikáciou prešla aj panva. Panvová, lonová a sedacia kosť zrástli spolu so sériou zrastených stavcov v panvovej oblasti.


-


Keď malé teropódne dinosaury vyliezli do korún stromov, ich predné končatiny prispôsobené na chytanie koristi sa ešte viac predĺžili a eventuálne sa premenili na krídla. Zobrazený Anchiornis vykazuje pokročilé adaptácie na stromový spôsob života a vedci sa domnievajú, že bol schopný plachtiť. Pochádza zo začiatku vrchnej jury spred 160 miliónov rokov, je teda o celých 10 miliónov rokov starší, než ikonický pravták Archaeopteryx.


Správanie, rozmnožovanie a rast

Moderné vtáky sa vyznačujú zaujímavými a zložitými vzorcami správania, ktoré zahŕňajú napríklad dvorenie, stavbu hniezd či starostlivosť o potomstvo. Je pozoruhodné, že mnohé typicky vtáčie aspekty správania nachádzame už u nevtáčích dinosaurov.

Z fosílneho záznamu napríklad vieme, že mnohé dinosaury budovali hniezda a starali sa o potomstvo. Známe sú napríklad skamenené hniezdiská kačicozobých hadrosaurov či nálezy hniezd a vajec operených všežravých teropódov zo skupiny Oviraptorosauria. V niektorých prípadoch boli nájdené dospelé jedince v takej polohe na hniezde, ktorá jasne poukazuje na to, že svoje znášky inkubovali a chránili vlastným telom. Inými slovami, niektoré dinosaury blízke vtákom na svojich vajciach sedeli. Nedávno publikovaná štúdia dokonca ukázala, že farebné vajcia sa prvýkrát objavili u nevtáčích dinosaurov, ktoré svoje znášky nezahrabávali, ale kládli do otvorených hniezd.

V prípade niektorých dinosaurov sa nám podarilo objaviť celé vývinové rady, od čerstvo vyliahnutých mláďat, cez juvenilné a subadultné jedince, až po dospelce. Tieto ontogenetické rady, ako aj rozbory kostného tkaniva, potvrdili, že mladé dinosaury rástli rýchlo, ale zatiaľ nedosahovali až taký stupeň urýchleného vývinu, aký pozorujeme u dnešných operencov. Vtáky sa vyznačujú extrémne rýchlym vývinom, za ktorý pravdepodobne vďačia fenoménu, ktorý biológovia nazývajú pedomorfóza. Ide o typ vývinu, pri ktorom si jedinec udržiava znaky mláďaťa aj po dosiahnutí pohlavnej dospelosti. Túto hypotézu podporuje skutočnosť, že lebky mláďat a dospelých jedincov dnešných vtákov sa od seba ani zďaleka neodlišujú až natoľko, ako lebky mláďat a dospelých jedincov nevtáčích dinosaurov.


-


Oviraptorosaury ako napríklad Nemegtomaia sedeli na hniezdach a inkubovali svoje vajcia vlastným telesným teplom. Toto správanie teda pravdepodobne predchádzalo vzniku samotných vtákov.


Viaceré evolučne pokročilé línie teropódnych dinosaurov mali dlhé perá na predných končatinách a na chvoste, boli však príliš krátke a ich nositelia príliš veľkí na to, aby sa uplatnili pri plachtení či lietaní. Vedci sa domnievajú, že tieto perá mali ozdobnú funkciu a slúžili na vnútrodruhovú komunikáciu. Nevtáčie dinosaury nemali vyvinutý hlasový orgán vtákov (syrinx) a ich zvukové prejavy tak pravdepodobne pozostávali z nízkofrekvenčných tónov.

Zmenšený genóm

Podobnosť medzi dinosaurami a vtákmi je ešte hlbšia – zasahuje až na genetickú úroveň. Vtáky majú redukovaný genóm, čo znamená, že sa vyznačujú nižším celkovým počtom génov, než väčšina ostatných stavovcov. Túto vlastnosť zdieľajú s ďalšou skupinou lietajúcich stavovcov – s netopiermi. Podľa jednej hypotézy je menší genóm užitočná vlastnosť pre let, pretože menšia veľkosť bunkového jadra vedie k menším bunkám. Menšie bunky majú väčší povrch v pomere k svojmu objemu, čo umožňuje lepšiu výmenu plynov. Hypotézu podporuje skutočnosť, že kolibríky, ktoré sa vyznačujú najrýchlejším metabolizmom zo všetkých vtákov, majú zároveň najmenší genóm. A vyzerá to tak, že redukcia genómu nastala už u ich dinosaurích predkov. Získanie genetickej informácie nevtáčích dinosaurov, ktoré vyhynuli pred desiatkami až stovkami miliónov rokov, asi navždy zostane doménou vedeckej fantastiky, existuje však spôsob ako porovnať veľkosť genómu vtákov a ich dinosaurích predkov.



Vedci prišli na to, že veľkosť genómu nevtáčích dinosaurov je možné vyvodiť na základe veľkosti buniek. Preskúmali lakúny v kostiach – otvory pre kostné bunky osteocyty – 31 dinosaurov a zistili, že redukcia genómu nastala už niekedy v triase, v čase prvých dinosaurov. Taktiež zistili, že aj pterosaury mali zmenšený genóm, čo znamená, že redukcia genómu takmer určite súvisí s adaptáciami pre let.

Ak ste sa pri čítaní dostali až sem, možno sa pýtate, prečo je evolučný vzťah medzi dinosaurami a vtákmi pomerne novým poznaním. Ako je možné, že na to vedci prišli až nedávno? Nuž, niektorí to tušili už niekedy na konci 60. rokov minulého storočia. A zopár z nich videlo v dinosauroch predkov vtákov dokonca ešte sto rokov predtým, v čase Darwina! Z historických dôvodov bolo ale spojenie dinosaury-vtáky kontroverznou záležitosťou. Prečo? Čoskoro sa to dozviete, pretože historický kontext objavovania pôvodu vtákov vám podrobne predstavím v ďalšom článku.

Tento článok sme Vám mohli priniesť vďaka podpore na Patreone. Aj symbolický príspevok nám pomôže zverejňovať viac kvalitných článkov.


Zdroje
Alexander, D. E. (2015). On the wing: Insects, pterosaurs, birds, bats and the evolution of animal flight. Oxford University Press, USA.
Chang, M. M. (2011). The Jehol fossils: the emergence of feathered dinosaurs, beaked birds and flowering plants. Academic Press.
Chatterjee, S. (2015). The rise of birds: 225 million years of evolution. JHU Press.
Dyke, G., & Kaiser, G. (Eds.). (2011). Living dinosaurs: the evolutionary history of modern birds. John Wiley & Sons.
Fastovsky, D. E., & Weishampel, D. B. (2016). Dinosaurs: A concise natural history. Cambridge University Press.
Mayr, G. (2016). Avian evolution: the fossil record of birds and its paleobiological significance. John Wiley & Sons.
Pickrell, J. (2014). Flying Dinosaurs: How Fearsome Reptiles Became Birds. Columbia University Press.

Obrázky: Sergey Krasovskiy (perex), Emily Willoughby, Benson et al., Durbed, Jaime A. Headden, FunkMonk
Páčia sa Vám naše články? Podporte nás

Zdieľajte článok







Pridať e-mail