Solen steker over ørkenlandskapet i La Buitrera i det nordlige Patagonia i Argentina, mens tre paleontologer leter etter fossiler. Alle tre kravler mens de skanner overflatens grus og stein for tegn på knokler.
Plutselig finner den ene en rullestein som viser seg å være et fossilert slangekranium. Det er bare få centimeter langt og nesten perfekt bevart i 3D-struktur, noe som er interessant av to grunner.
Forskere har lenge manglet de nødvendige brikkene til å kartlegge slangens utviklingshistorie, dels fordi det bare finnes få og fragmenterte spor av slangekranier, dels fordi mange fossiler som regel er lettere ødelagte eller ofte blir funnet i 2D etter mange års press på bunnen av et fossilleie. Men etter funnet i La Buitrera endrer det seg.
Nå har de det best bevart fossilkraniet fra noen fortidsslanger og ytterligere sju fossiler som ble funnet i samme område.
Tilbake i laboratoriet viser fossilet seg å stamme fra slangen Najash rionegrina. Funnene forteller at slanger mistet forbeina vesentlig tidligere enn forskerne hittil hadde trodd, men også at de holdt på bakbeina i millioner av år. Dermed forbinder Najash slangenes fortid som firbeint med nåtiden.
Fossilkraniet er en videreutvikling av kraniene til firbeinte krypdyr, men i et mellomstadium og fortsatt uten alle de fleksible kjeveleddene som dagens slanger har. Og så hadde Najash bakbein da den levde for 93–100 millioner år siden – en levning fra forfedrene med fire bein.
Magert fossilarkiv skaper tvil
Slanger tilhører en gruppe reptiler, såkalte squamater, som også inkluderer firfisler og øgler. Selv om det er vanskelig å få øye på, er slanger og firfisler tett beslektet. Begge nedstammer fra en gruppe av eldgamle firfisler.
Så langt er forskerne enige, men bortsett fra det er slangenes opprinnelse og evolusjonære historie omgitt av mystikk.
To konkurrerende teorier foreslår at de første slangene enten oppsto i havet eller stammet fra landlevende firfisler som spesialiserte seg som gravere. Usikkerheten skyldes blant annet at de aller fleste slangene har vært smådyr med skrøpelige skjelett som raskt forgår, noe som betyr at fossilarkivene er mangelfulle og først og fremst består av spredte biter av ryggradstykker.
Dessuten kan en stor andel av forhistoriske slanger være forsvunnet for evig uten å etterlate seg spor, da de fleste slangefossilene over tid er erodert.
Slangenes utvikling
170 millioner år siden: Slanger hadde fire bein
Svært få godt bevarte fossiler eksisterer av de eldste slangene, men funnet av rester fra Tetrapodophis amplectus, som levde for 110–115 millioner år siden, viser at slanger skilte seg markant fra firfisler, øgler og varaner. På bildet kan bakbein og forbein anes.
115–110 millioner år siden: Forbeina forsvinner
For 110–115 millioner år siden levde det fortsatt slanger med alle fire bein, men så begynte forbeina å forsvinne. Slanger som dukket opp for omkring 90–100 millioner år siden, hadde for eksempel bare bakbein, noe slangen Najash rionegrina er et eksempel på.
100–90 millioner år siden: Bakbeina svinner inn
De siste slangene med bakbein levde i havet for 90–100 millioner år siden. Når slangene mistet bakbeina fullstendig, er uvisst, men de begynner å skrumpe inn på denne tiden. Slangene kvittet seg med beina i takt med at de søkte inn i huler for å jakte.
I dag: Anlegg for bakbein eksisterer fortsatt
Dagens slanger har kvittet seg med beina, men utvikler fortsatt bein i de tidlige fosterstadiene. Pytonslanger og kongeboaen har i genene gjemt synlige anlegg for bakbein som ifølge forskere kan «skrus på» igjen.
Utforskningen av slangers evolusjon tok en viktig dreining i 1997, da forskere fra University of Alberta i Canada og The University of Sydney i Australia publiserte funn av et eldgammelt slangefossil fra Midtøsten. Slangen fikk navnet Pachyrhachis.
For første gang hadde forskerne funnet et slangefossil med tegn på relativt velutviklede bakbein. Like etter ble to andre slanger med bakbein, Hassiophis og Eupodophis, også oppdaget i Midtøsten.
Alle de tre slangene ble funnet i et geologisk lag var under vann som for 100 millioner år siden. Det førte til en teori om at de første slangene utviklet seg fra en gruppe vannlevende reptiler, antagelig fra gruppen av såkalte mosasaurer.
Najash brakte slanger på land
Teorien gikk imidlertid på en smell da forskere for første gang fant rester av Najash, som eksisterte på noenlunde samme tid som slangene fra Midtøsten. Den hadde også bakbein, og fordi den ble funnet i et område som ikke var under vann i fortiden, var forskernes teori at den levde på land.
Funnet ble støttet av et 110–115 millioner år gammelt fossil av en slange med fire bein som ble funnet i Brasil. Slangen, som har fått navnet Tetrapodophis amplectus, var relativt liten, bare 20 centimeter i lengden, og hodet var på størrelse med en tommelfingernegl. De to forbeina var omtrent en centimeter i lengden, med små albuer, håndledd og hender som ikke var lenger enn fem millimeter.
Bakbeina var lenger enn forbeina og hadde føtter, som var større enn hendene på forbeina. Gjennom millioner av år har slanger gjennomgått en rekke enestående tilpassinger, slik at de i dag skiller seg markant fra sine firfislelignende forfedre. Lemmene har forsvunnet, kroppen har blitt avlang og strømlinjeformet, og gapet kan åpnes 180 grader takket være endringer i kraniet og kjever holdt sammen av elastiske leddbånd. Forskjellene har gjort det vanskelig for forskere å bygge opp et stamtre og bestemme slangenes plass i forhold til andre squamater.
Fortidsslanger hadde trekk fra firfisler og slanger
Særlig fire deler av fortidsslangen Najash illustrerer tydelig hvordan slangen har utviklet seg fra firfisler til et liv på magen. Den lange kroppen og kraniet avslører at den allerede skilte seg markant fra firfisler og øgler.
Kranium var mellomstadium
Najashs kranium hadde, akkurat som firfislene, et kjeveben. I dag er slangenes munn mindre, men fordi evolusjonen har fjernet kjevebenet, kan slangene gape over større dyr. Forbeina var en levning fra slangenes forfedre, og det er uklart hva lemmene har blitt brukt til. De var bare noen få centimeter lange. En teori går på at de har blitt brukt til å holde på byttedyr.
Kropp ble lenger
Najash hadde, akkurat som andre oldtidens slanger, en lengre kropp enn firfisler. Dermed kunne den sno seg om byttet sitt og bevege seg i bølgebevegelser, noe som fungerte bra i i underjordiske kanaler.
Bakbein til paring
Bakbeina har høyst sannsynlig ikke hjulpet Najash til jakt eller til å bevege seg raskere. Forskere spekulerer i at de få centimeter lange bakbeina snarere har vært praktiske under paring.
Bakbeina hang på i millioner av år
Slangenes forvandling til de lemmeløse dyrene vi kjenner i dag, strakte seg over en periode på minst 70 millioner år. Paleontologer har gravd ut fossiler fra fire ulike familier av slanger som alle hadde små, avstumpede bakbein. Ifølge analyser beholdt slanger med bakbein kroppsformen i flere millioner år.
Det stemmer overens med at fossiler fra Najash og andre slanger med bakbein, men helt uten spor etter forbein. Dermed tyder mye på at tapet av forbein allerede var gammelt nytt da Najash levde for 90–100 millioner år siden.
Tapet av forbein har antagelig vært den første store begivenheten i slangenes evolusjonshistorie.
At flere eldgamle linjer over en lang periode bevarte bakbeina, antyder at det ikke bare var en midlertidig overgangsfase på veien mot beinløse slanger.
Forskere mener at den avlange kroppen med et par små bakbein må ha hatt en evolusjonær fordel siden den overlevde i flere millioner år. Slangene brukte antagelig ikke de små bakbeina til å bevege seg framover, men de kan ha spilt en viktig rolle under paring.
Bakbeina kan ha hjulpet slangene med å holde kjønnsåpningene tett mot hverandre helt til overføringen av sædceller var fullført.
Slangekraniet er overlegent
Selv om slanger først og fremst er kjent for sine avlange kropper uten bein, er det ikke den beinløse kroppen som gjør slangene enestående i dyreriket. Det finnes både reptiler og ormer uten bein. Derimot er slangekraniene utrolig fleksible, noe som gir en klar fordel. Kraniet mangler en rekke knokler, blant annet kinnbein, noe som betyr at slangenes munn kan gape over store byttedyr.
Forskerne har lenge undret seg over hvordan slangene fikk et så radikalt annerledes kranium enn andre reptiler, men med funnet av det nesten fullt intakte kraniet fra Najash er gåten løst.
Najash ble undersøkt av forskerne i laboratoriet ved en rekke CT-skanninger og mikroskopiundersøkelser for å få innblikk i knokkelstrukturen i kraniet. Deretter ble strukturen i kraniet sammenlignet med kranier hos nålevende slanger og firfisler.
Og akkurat som forskerne forventet, avslørte kraniet en perfekt overgangsfase fra de mer rigide kraniene på firfisler til de fleksible kraniene i nålevende slanger. Najash har bare noen av de fleksible leddene som finnes i kraniet på moderne slanger, mens mellomøret er en mellomting mellom det som finnes i firfisler og slanger.
Den giftigste: innlandstaipanen (Oxyuranus microlepidotus)
Verdens giftigste slange befinner seg i den australske ødemarken, der den nedlegger gnagere med en potent cocktail av giftstoffer. Giften består av nervegiftstoffer som lammer nerver og muskler, og blodgiftstoffer som skaper indre blødninger. Et enkelt bitt fra innlandstaipanen inneholder nok gift til å sende 100 mennesker i døden.
Den lengste: nettpytonen (Python reticulatus)
I Sørøst-Asia lever verdens lengste slange. Nettpytonslangen kan bli opptil ti meter lang. Det svarer til at den i utstrakt tilstand kunne nå fra den enden til den andre i en vanlig buss. Den lengste slangen noensinne, Titanoboa, kunne bli omkring 15 meter lang.
Den tyngste: Grønn anakonda (Eunectes murinus)
I søramerikanske sumpområder ligger kjempestore anakondaer på lur. De enorme kvelerslangene veier helt opp mot 250 kilo. Hunner er betydelig større enn hanner, noe de noen ganger utnytter ved å overmanne hannene etter paring og spise dem. Sammenlignet med fortidens kjempeslanger er anakondaen imidlertid lett som en fjær. Som pytonslangen må anakondaen bøye seg for Titanoboa, som veide omkring 1135 kilo.
Den raskeste: svart mamba (Dendroaspis polylepis)
På sør- og østafrikanske savanner og fjellsider glir den svarte mambaen over jordens overflate med en toppfart på om lag 20 km/t. Den opp mot 4,5 meter lange giftslangen har også det raskeste slangehogget. Den svarte mambaen bruker blant annet farten sin til å fange inn små pattedyr, flaggermus og fugler.
De omfattende studiene av kraniet har vært med på å endre biologenes forestillinger om slangenes opphav. Ut fra knokkelstrukturen i kraniet og sammenligninger med både utdøde og nålevende arter av firfisler og slanger testet forskerne en rekke muligheter for å komme fram til det sannsynligste stamtreet, og det endrer biologenes forestillinger om slangenes opphav.
For eksempel har den mest primitive formen av nålevende slanger som kalles blindslanger fått en litt senere posisjon på stamtreet. De ormelignende blindslangene er, som navnet indikerer, blinde og dessuten dyktige gravere. Tidligere molekylære studier har plassert dem som den tidligste avstammingen, men basert på studiene av de nye funnene tilhører Najash en enda tidligere forgrening.
Det foreløpig eldste tegnet på slanger ble beskrevet så sent som i 2015 i tidsskriftet Nature. Fossilet stammer fra slangen Eophis underwoodi som ble funnet litt utenfor Oxford i England. Det om lag 25 centimeter lange fossilet kan dateres til juratiden for omkring 170 millioner år siden og er den tidligste slangearten som har blitt funnet. Analyser av Eophis underwoodi viser at slanger faktisk kan ha eksistert i minst 190 millioner år.
Beina kan gjøre comeback
I dag er beina fullt og helt forsvunnet, men potensialet gjemmer seg fortsatt dypt inne i DNA-et på arter av nålevende slanger. For eksempel utvikler pytonslangers fostre bakbein i egget. I opp mot et døgn etter at egget er lagt, gror bakbeina, før prosessen stopper og de små knoppene igjen krymper inn.
Men selv hos voksne pytonslanger og kvelerslanger som kongeboaen sitter det et par bitte små knopper mot haleenden – dypt begravet i muskler. Forskere har undersøkt pytonslangers DNA og oppdaget at de har bevart hele det molekylære maskineriet som skal til for å danne bakbein. Det eneste som avholder pytonslanger fra å gjendanne beina, er en form for genetisk bryter som stenger for maskineriet.
Skrus den på igjen, kan pytonslanger og andre slangearter potensielt få tilbake beina og på den måten i framtiden ta en snarvei tilbake til fortiden.