I 1996 dukker et lite, stripete dyr på størrelse med en kalkun opp på forsteinet sjøbunn i Kina. Dyret er en rovdinosaur som er iført en varm fjærdrakt og en bandittmaske som på en vaskebjørn.
Dinosauren har tilbrakt 125 millioner år på bunnen av sjøen og treffer forskerverdenen med et brak. For Sinosauropteryx, som dyret blir døpt, er den første dinosauren med en fjærlignende drakt – men uten vinger.
Fossilet av Sinosauropteryx inneholdt pigmentlommer som kalles melanosomer, og som gir forskerne en idé om hvilken farge dinosauren hadde.
Sinosauropteryx avliver dermed en gammel teori, nemlig at fjær oppsto for å sende fuglene opp i luften. De fjærdekkede forfedrene til dagens over 10 000 fuglearter – inkludert vel 23 milliarder høns – hadde tilsynelatende ingen ambisjoner om å lette fra jordens overflate, slik som paleontologer og ornitologer trodde.
Vi er fortsatt åpne for at fjær kan ha spilt en viktig rolle i dinosaurenes samlede historie. Paul Barrett, professor og ekspert på dinosaurenes utvikling
Men hvilken rolle spilte da fjærene? Funnet av to fossile flyveøgler har fått diskusjonen om den første fjæren til å blusse voldsomt opp – og rusket dinosaurenes slektstre ved roten.
Rovdinosaurer hadde fjær
Den første fossile fjæren ble funnet i 1861 mellom to kalksteinsplater nær den sørtyske byen Solnhofen. Fjæren var 150 millioner år gammel og tilhørte antagelig dinosaurfuglen Archaeopteryx, for det ble funnet fossiler av arten i nærheten.
Den første forsteinede fjæren tilhørte øglefuglen Archaeopteryx, som var på størrelse med en ravn og svevde mellom trærne.
I over 100 år var den forsteinede fjæren og Archaeopteryx omdreiningspunkt for forskningen på fjærens opprinnelse. Og derfor ble fjær og flyvning koblet sammen som to uatskillelige størrelser.
Men det var et villspor. Med funnet av Sinosauropteryx i den kinesiske sjøbunnen står det nå klart at fjæren hadde andre formål enn å trosse tyngdekraften.
Sinosauropteryx hadde ikke flyvefjær, men var dekket av en slags fjærpels som noen ganger kalles dinosaurdun, og som består av såkalte protofjær – små, primitive, hårlignende fjær. Protofjærenes formål var sannsynligvis å virke som isolasjon og hjelpe krypdyret med å holde varmen.
Fjær hjalp dinosaurene med å holde varmen
Ring av celler danner et rør
Fjæren begynner på samme måte som et skjell med en celledeling i en sekk i huden. En ring av celler deler seg og danner et rør, som vokser ut av fjærsekken i en spiss – en såkalt protofjær. På dinosaurer ligner protofjær små børster.
Protodunets myke grener oppstår
Protofjæren utvikler seg videre til et såkalt protodun med kort skaft og lange, myke forgreninger. Noen dinosaurer, for eksempel raptorer som Deinonychus, hadde slike protodun på hele kroppen, og de fungerte antagelig som en form for isolasjon.
Primitiv fjær forgrener seg
I det neste utviklingstrinnet blir protodunet til en primitiv fjær som minner om dem vi kjenner fra moderne fugler – men uten å være aerodynamisk. Den primitive fjæren brer seg fra skaftet i stadig mindre forgreninger.
Aerodynamikk sender fugler til værs
Siste trinn i fjærens utvikling er krokete forgreninger som griper inn i hverandre og gjør strukturen tett. Den moderne flyvefjæren er asymmetrisk, slik at luften ledes raskere opp over vingen enn under den, noe som gir oppdrift.
Siden forskerne samtidig ble enige om at fuglene stammer fra dinosaurene, skjøt forskningen på fjærenes opprinnelse for alvor fart.
Mange viktige funn har blitt gjort i løpet av de siste 10–20 årene – inkludert forhistoriske fugler og minst fem ulike rovdinosaurer med en overraskende stor variasjon i fjær og fjærlignende utvekster.
Oppdagelsene har skjedd takket være et forbedret politisk klima med åpne grenser mot Kinas fossile skattkammer, unge, iherdige paleontologer og ny teknologi – for eksempel LSF (laserstimulert fluorescens), der laser får ellers usynlige bløtdeler som skinn og fjær til å lyse opp.
Funnene er betydningsfulle fordi fjær ikke bare forteller om dyrenes slektskap og dermed kaster nytt lys over evolusjonære mekanismer, men også fordi de vitner om fysiologi, livsvilkår og atferd.
Et varmt fjærdekke som det Sinosauropteryx hadde, kan for eksempel innebære at dyret kunne opprettholde en stabil kroppstemperatur, akkurat som fugler og pattedyr.
Analyser av pigmentlommer, melanosomer, i fjærene avslører dessuten at Sinosauropteryx hadde en rødlig farge og lyse striper på halen. Kamuflasjen passer med et liv i et åpent landskap, ettersom den mørke ryggen og hvite buken danner et mønster kjent som motskygge.
Dyr som lever i åpne landskaper, har en skarp grense mellom lyst og mørkt høyt oppe i buken, mens dyr i skog har en mer diffus grense lenger nede på kroppen.
Skillelinjen høyt oppe på buken visker ut litt av den skyggen som sollyset kaster på kroppen, noe som får dyrene til å framstå «flate». Dermed har rovdyr hatt problemer med å få øye på Sinosauropteryx i landskapet.
De fjærdekkede rovdinosaurene tilhørte samme gren av rovdinosaurene, Coelurosauria, som teller både T. rex og de små, elegante kjøttetere kjent som «raptorer» fra Jurassic Park-filmene.
Alt tydet derfor på at fjærene hadde oppstått i en undergruppe av rovdinosaurene.
Men akkurat da forskerne trodde de hadde funnet fjærens opphav, ødela et lite, hornete vesen forestillingene deres.
Planteetere reiste bust
Et fossil av planteeteren Psittacosaurus avslørte at den hadde børster stikkende ut fra halen. Børstene var hule og stive og minnet om primitive fjær.
Men Psittacosaurus tilhører gruppen av hornete dinosaurer, som også teller neshornøglen Triceratops, og er dermed langt fra rovøglene i dinosaurenes slektstre.
I 2014 dukket enda en planteeter med utvekster opp. Kulindadromeus ble funnet i Kulinda i det østlige Sibir. Dinosauren var på størrelse med en mellomstor hund, ekstremt godt bevart og iført en helt spesiell «ytterfrakk».
Kulindadromeus er den hittil eldste dinosauren med fjærlignende utvekster. Den lille planteeteren levde for om lag 168 millioner år siden.
Frakken besto av tre ulike typer skjell, en kort, fjæraktig pels og bunter av fiberstrukturer som lignet små krøllete bånd.
Dessuten hadde Kulindadromeus enkelte håraktige børster på hode, hals og kropp, mens overarmer og lår hadde små fjærlignende «buketter» med fem til sju børster. Sistnevnte er spesielt interessante fordi noe tilsvarende er sett hos rovdinosaurer og moderne fugler.
Funnstedet er datert til å være omkring 168 millioner år gammelt, og dermed er Kulindadromeus den hittil eldste dinosauren med fjærlignende utvekster.
Flere forskere tolket funnet som tegn på at en felles stamfar til alle dinosaurer hadde fjær, siden de anser det som usannsynlig at et så komplekst fjærdekke som det på kjøtteteren Sinosauropteryx og planteeteren Kulindadromeus hadde oppstått isolert i de to hovedgruppene av dinosaurer.
Men hypotesen er kontroversiell, særlig fordi funn av fjær fortsatt er en stor sjeldenhet blant planteetende dinosaurer. Noen forskere heller i stedet til at fjæren har oppstått tilfeldig flere ganger i ulike grener av slektstreet.
Flyveøgler hadde fire typer fjær
For å finne fram til den felles stamfaren så forskerne på flyveøglene, pterosaurene, som levde samtidig med dinosaurene for 230 til 66 millioner år siden. Det interessante er at pterosaurene tilhører sin helt egen gren av slektstreet, som går direkte tilbake til en felles stamform.
En internasjonal forskergruppe ledet av paleontologen Mike Benton mener å ha funnet spor etter fire ulike typer fjær på flyveøgler.
Et internasjonalt team av forskere ledet av paleontologen Mike Benton har finstudert to 160 millioner år gamle flyveøglefossiler fra Kina og funnet strukturer de mener stammer fra fire ulike typer fjær på hode, hals, kropp og vinger.
Strukturene er de samme som vi ser i fjær på fugler og dinosaurer, noe som flytter opprinnelsen av fjær fra for 160 millioner år siden til for 240 millioner år siden. Paleontolog Mike Benton
Dateringen passer med tiden etter perm-trias-utslettelsen for 252 millioner år siden – den tredje og verste massedøden i jordens historie, da opp mot 95 prosent av alle dyre- og plantearter døde ut etter voldsomme vulkanutbrudd.
I tiden etter gjenoppsto livet i nye former. De første dinosaurene og pattedyrene oppsto, mens øgler ble til havdyr eller fikk vinger og lettet.
Forskerne bak studien mener at en felles stamfar til dinosaurer og pterosaurer utviklet protofjær som isolasjon for 240 millioner år siden, mens de andre funksjonene til fjærene først utviklet seg mye senere.
De merker seg blant annet genetiske studier som viser en felles opprinnelse av skjell, hår og fjær på tvers av artsskiller.
Det innebærer at alle dinosaurarter hadde mulighet til å utvikle fjær, men miljømessige forhold og mutasjoner avgjorde om og hvordan genene kom til uttrykk. Noen utviklet aldri fjær, mens andre hadde dem en periode og senere mistet dem igjen.
«Fjær» var frynsete fibre i forfall
Den versjonen står Mike Benton og co. imidlertid ganske alene med, ettersom både paleontologer og superdatamaskiner er loddrett uenige i forskergruppens konklusjoner.
Dr. David Unwin ved University of Leicester er ekspert på pterosaurer og avviser at i hvert fall vingene til pterosaurene var dekket av en form for fjær.
Han påpeker at det er funnet omkring 30 pterosaurer, flere med godt bevarte vinger, men at alle er nakne og glatte. Til gjengjeld inneholder vingemembranen noen strukturer som i nedbrutt tilstand kan feiltolkes, ettersom de kan se dunaktige ut under et mikroskop.
Vi vet at det finnes noen fiberaktige strukturer inne i vingene. Når de brytes ned, vil noen av dem se frynsete ut og derfor ligne dunaktige forgreninger. Pterosaur-ekspert David Unwin
Manglende kjennskap til nedbrytningsprosessene er for øvrig et enormt problem, mener David Unwin, fordi det vanskeliggjør paleontologenes arbeid med å identifisere strukturer i fossilene, som både er presset sammen og varmet opp gjennom millioner av år dypt under bakken.
Paul Barrett er ekspert på dinosaurenes utviklingshistorie og professor ved det naturhistoriske museet i London. Han har bidratt til en ny bok om «fjærenes opprinnelse».
Barrett har sammen med to andre forskere arbeidet med sannsynligheter og datamodellering og dermed forsøkt å regne seg baklengs mot den første fjæren.
Forskerne fôret datamodellene med et datasett som består av 77 dinosaurarter, som alle er funnet med en eller annen form for godt bevart skinn med spor av skjell, hår eller fjæraktige strukturer.
Dinosaurene ble plassert i et slektstre, og ved de forgreningene der det mangler fossiler, satte forskerne inn hypotetiske fossiler. I én modell satte de inn en pterosaur med protofjær og en pterosaur uten fjær.
Dinosaurenes slektstre må bygges på nytt
En datamodell har ut fra 77 fossiler av dinosaurer med hår, fjær eller skjell regnet baklengs for å finne sannsynligheten for en stamfar med fjær. Ikke bare avslørte modellen at stamfaren høyst sannsynlig hadde skjell – hele slektstreet må også endres.
1. Stamfaren til dinosaurene hadde neppe fjær
Flyveøglene, pterosaurene, har sin helt egen gren i slektstreet og er dermed nærmere dinosaurenes felles stamfar enn andre arter. Datasimuleringen tok utgangspunkt i en flyveøgle med en form for fjær på hele kroppen.
Resultatet var at selv med en flyveøgle med fjær som går direkte tilbake til stamfaren, var sannsynligheten for en stamform med fjær liten i forhold til en med skjell.
2. Dinosaurer med fjær har oppstått flere ganger
Datamodellen ble også fôret med de få artene i gruppen av pansrede og hornete dinosaurer som triceratops og stegosaurus tilhører, som er funnet med fjærlignende vekster.
Det dreier seg blant annet om Psittacosaurus og Kulindadromeus, som har utvekster som er veldig ulike andre typer fjær. Ifølge datamodellen betyr det enten at fjærlignende utvekster har oppstått flere ganger uavhengig av hverandre, eller at de hornete dinosaurene i virkeligheten hører sammen med rovdinosaurene i slektstreet.
3. Langhalser og T. rex må skilles ut
Saurischia er en gruppe med to undergrupper som ikke minner særlig mye om hverandre: rovdinosaurene, som også fuglene hører til, og de store, langhalsede planteeterne, sauropodene. Opprinnelig er de satt sammen i slektstreet på grunn av hofteoppbygningen, som har felles trekk. Men forskerne finner nå flere forskjeller.
Ifølge datamodellen bør saruopodmorfene skilles ut i en selvstendig gruppe, blant annet fordi det er funnet massevis av fjærlignende utvekster hos rovdinosaurene, men ingen hos sauropodomorfene.
Dermed kunne de gjenskape ulike utviklingslinjer og beregne sannsynligheten for at de enkelte linjene stemmer overens med virkeligheten.
Modellene avslørte at en felles stamfar til dinosaurer og pterosaurer bare med liten sannsynlighet var utstyrt med fjær.
«Jeg hadde ventet at når vi modellerte ut fra en pterosaur med protofjær, ville det resultere i at alle dinosaurer hadde fjær. Det overrasket meg at det ikke var tilfellet», sier Paul Barrett.
En brikke mangler
Resultatet av datamodellene avspeiler at det tross de mange funnene de siste årene fortsatt mangler viktige opplysninger. Og selv om studien avviser en felles stamfar med fjær, mener Barrett at det bildet kan endre seg.
«Vi er fortsatt åpne for at fjær kan ha spilt en viktig rolle i dinosaurenes samlede historie. Og bare ett eller et par funn av tidlige dinosaurer eller slektninger av dinosaurer med fjær ville endret tilnærmingen vår», sier han.
Tre funn endret dinosaurenes utseende
Fetter til T. rex var dekket av dun
Forskerne mente tidligere at store dinosaurer ikke hadde fjær, siden store dyr ikke taper varme like lett som små dyr, men i 2012 ble en ni meter lang forgjenger til T. rex, Yutyrannus, som levde for om lag 125 millioner år siden, funnet i Kina. Den store rovdinosauren hadde primitive, dunaktige fjær, og selv om det fortsatt ikke er funnet fjæraktige strukturer på T. rex, tyder alt på at den også hadde en form for fjær.
Raptor-føtter var dekket av fjær
Mens fjær ikke kan oppstå fra skjell, er det motsatte faktisk mulig. Små rovdinosaurer blir ofte framstilt med skjelldekkede føtter, men høner, som er dinosaurenes nærmeste nålevende slektninger, har to typer skjell på føttene: små, runde krypdyrskjell og noen større skjell som har utviklet seg fra fjær. Fossiler fra Liaoning i Kina viser at blant andre raptorene hadde fjær helt ut på tærne.
Triceratops hadde børster
Paleontologene var lenge overbevist om at den store hornete dinosauren Triceratops ikke hadde verken hår eller fjær, men ettersom den er i familie med den mye mindre Psittacosaurus, som hadde noen lange børster på halen, er de nå ikke like sikre. Et avtrykk av skinn fra en triceratops tyder på at den kan ha blitt utstyrt med lignende børster. Forskerne er imidlertid ikke sikre på at børstene har noe med fjær å gjøre.
Dinosaurenes stamfar oppsto i triastiden for 251–200 millioner år siden, og ifølge paleontolog Bent Lindow fra Statens Naturhistoriske Museum i København vil det kreve en solid porsjon flaks å finne en så gammel fjær.
«Det blir vanskelig å finne så gamle fossiler, for det må helt spesielle forhold til å bevare mykvev. Men det er ikke umulig – og vi kan jo begynne med å lete målrettet etter dem», sier han til Illustrert Vitenskap.
Den nærmeste slektningen til fugler, dinosaurer og flyveøgler er krokodillene, siden alle fire tilhører gruppen archosaurer. De første krokodillene oppsto nettopp i triastiden, og selv om de ikke er utstyrt med fjær, ligger evnen til å kunne utvikle en fjærprakt i genene på de moderne krokodillene.
Så kanskje skjuler det seg en fjern fjærkledd slektning til krokodillene i en avleiring, et fossil som bare venter på å bli funnet – akkurat som Sinosauropteryx for 25 år siden. Det skal bare en eneste fjær til.