Mersul alergător al unui dinozaur poate dezvălui informații despre istoria zborului păsărilor

Un dinozaur înaripat timpuriu nu putea zbura, dar putea alerga. Acum, cu ajutorul unui dinozaur robot și struți tineri purtând aripi artificiale, un studiu sugerează că mersul alergător al dinozaurului i-a făcut să bată aripile, în ceea ce ar fi putut fi un precursor evolutiv al zborului.

Caudipteryx a fost un dinozaur de mărimea unui păun, cu membrele anterioare cu pene și aripi, care a trăit acum aproximativ 125 de milioane de ani. Alergarea la viteze de aproximativ 2,5 până la 5,8 metri pe secundă a trimis vibrații prin corpul său, făcându-i să bată puternic aripile, au raportat oamenii de știință online, 2 mai, PLOS Biologie Computațională. Dacă sunt adevărate, rezultatele sugerează că unii dinozauri au trebuit să alerge înainte de a putea zbura – adăugând o nouă zbârcire unei dezbateri de lungă durată asupra faptului dacă cei mai timpurii zburători au fost flapper sau planoare.

Caudipteryx
DINO SIMPLIFICAT Pentru a calcula tipurile de vibrații pe care alergarea le-ar fi putut produce în interior Caudipteryxcorpul lui, cercetătorii și-au imaginat dinozaurul ca pe un sistem simplu de mase (cutii albe) reprezentând membrele și corpul acestuia și arcuri (colaci). YS Talori et al/PLOS Biologie Computațională 2019

Unii cercetători au sugerat că tijele delicate și subțiri din penele păsărilor primitive, cum ar fi Archaeopteryxcare a trăit în urmă cu aproximativ 150 de milioane de ani, nu ar fi rezistat la batai riguroase, așa că acele animale probabil au alunecat printre copaci (SN: 6/5/10, str. 12). Alți cercetători care analizează lungimea aripilor, corpurile ușoare și membrele posterioare puternice ale dinozaurilor înaripați timpurii, cum ar fi Microraptorcare a trăit în urmă cu aproximativ 120 de milioane de ani, sugerează că acești zburători timpurii s-ar fi putut lansa în aer mai degrabă decât să trebuiască să alunece ușor (SN: 26.10.16, str. 9). Și un studiu recent al aripilor lui Archaeopteryx a constatat că, lăsând pene deoparte, oasele brațelor sale erau suficient de puternice pentru a rezista la explozii scurte de zbor activ și zdruncinat (SN: 14/04/18, str. 9).

Noul studiu adoptă o altă direcție, trecând de la anatomia primilor zburători la cea a unui dinozaur incapabil să zboare, deși avea o formă timpurie de aripi. Caudipteryx seamănă cam la fel de mult Archaeopteryx la fel ca un struț o vrabie, cu un corp mult prea mare pentru membrele sale anterioare mici, ca aripi. Dar ca Archaeopteryxera un maniraptoran, un grup de dinozauri care include păsări și câțiva dinozauri nonaviani. Caudipteryx avea, de asemenea, mai multe trăsături asemănătoare unei păsări, inclusiv pene penacee pe membrele sale anterioare, precum penele păsărilor moderne, cu ghimpe răspândite în lateral dintr-o pană centrală.

La fel ca struții sau emuii moderni, Caudipteryx a fost probabil un alergător destul de rapid, spune coautorul studiului Jing-Shan Zhao, inginer mecanic la Universitatea Tsinghua din Beijing. Acești factori l-au făcut pe dinozaur candidatul potrivit pentru a examina modul în care alergarea ar fi putut juca un rol în evoluția zborului.

În special, Zhao și colegii săi au vrut să vadă cum Caudipteryxmersul alergător al lui s-ar fi putut împinge membrele anterioare, poate făcându-le să bată involuntar. Ipotetic, cu vibrații suficient de puternice – și dacă aripile ar fi suficient de mari și de puternice – o astfel de bătaie ar putea genera suficientă portanță pentru a părăsi pământul.

Aceasta este o problemă de mecanică, așa că cercetătorii au adoptat o abordare mecanică. Condusă de Yaser Saffar Talori, inginer mecanic tot la Universitatea Tsinghua, echipa a considerat dinozaurul ca un sistem simplificat de mase și izvoare. Cercetătorii au împărțit dino-ul în diferite părți de masă – corp, aripi drepte și stângi, picioare drepte și stângi, gât și cap și coadă – și apoi și-au imaginat că fiecare dintre acele bucăți de masă era atașată de celelalte prin arcuri. Soclurile cauzate de alergare ar produce vibrații în tot corpul.

Pe baza proporțiilor sale scheletice, echipa a estimat acest lucru Caudipteryx ar putea atinge o viteză maximă de alergare de aproximativ 8 metri pe secundă. Dar simulările au sugerat că, chiar și la viteze mai mici, de la aproximativ 2,5 până la 5,8 metri pe secundă, mersul dinozaurului ar fi creat vibrații suficient de puternice care i-au făcut să bată aripile.

Robo-dino și struții vii au pus această concluzie la încercare. După ce a construit un robot în mărime naturală Caudipteryx, cercetătorii l-au pus să lucreze pe o bandă de alergare. Și au îmbrăcat câțiva struți tineri – fiecare aproximativ aceeași greutate ca un mijlociu Caudipteryx, la 5 kilograme — cu aripi artificiale echipate cu senzori care puteau detecta forțele de susținere și împingere, sau de tragere, și priveau păsările alergând. Echipa a încercat, de asemenea, cinci dimensiuni diferite de pene pe aripi.

Aceste teste suplimentare, spune Zhao, au validat rezultatele simulării: Caudipteryx ar fi bătut din aripi în timp ce alerga. Iar testele cu aripile artificiale de struț au arătat că, cu cât penele erau mai lungi, cu atât o ridicau mai mare pe care o puteau obține struții, deși nu au primit niciodată suficientă susținere pentru a se ridica efectiv de pe sol. Rezultatele sugerează că această batătură pasivă a aripilor ar fi putut fi un precursor evolutiv al bătăii active ale aripilor mai târziu, spune Zhao.

Robotul Caudipteryx
A FACE EXERCIŢII FIZICE Un în mărime naturală Caudipteryx robotul pe o bandă de alergare le-a permis cercetătorilor să investigheze dacă o mișcare de alergare ar putea face ca aripile dinozaurului să bată pasiv.YS Talori et al/PLOS Biologie Computațională 2019

Alți cercetători nu sunt atât de siguri. Caudipteryx a trăit la aproximativ 25 de milioane de ani după primii strămoși ai păsărilor, cum ar fi Archaeopteryx, a început să zboare, așa că dinozaurul nu este un strămoș direct al păsărilor. „Nu putem considera morfologia sa ca un model 100% valid pentru pasărea ancestrală”, spune Andrea Cau, un paleontolog de vertebrate care este colaborator cu Muzeul Paleontologic Giovanni Capellini din Bologna, Italia. Dar, adaugă el, „ar fi interesant să se aplice acest model la un eșantion mare de dinozauri cu pene”.

Rolul batatului pasiv în evoluția zborului este într-adevăr o întrebare nouă, iar suita de metode pe care echipa a folosit-o este „ambițioasă și creativă”, spune John Hutchinson, biomecanic evoluționist la Royal Veterinary College din Londra.

Dar, spune el, nu a fost convins de studiu că Caudipteryx trebuie să fi bătut din aripi în timp ce alerga. În primul rând, spune el, simplificarea studiului a unei păsări în mase și izvoare ridică întrebarea „cât de relevante din punct de vedere biologic sunt mișcările, deoarece animalele sunt mult mai complexe decât atât”. De exemplu, animalul ar fi putut evita tragerea din cauza bateilor pasive folosind mușchii pentru a-și ține membrele anterioare mai aproape de corp.

Iar floarea pasivă poate reprezenta doar un pas modest între două etape mai mari printre strămoșii păsărilor: alergarea bipedă și floarea activă, adaugă Hutchinson. „Cu toate acestea, acest studiu pune bazele pe care ar putea fi construite și testate mai riguros. Deci, poate că va inspira o perspectivă mai profundă în viitor.”


Nota editorului: Această poveste a fost actualizată la 3 mai 2019, pentru a clarifica dinozaurii incluși printre maniraptoran.