De raadselachtige take-off van de dino

Vroege vogels - De enige, levende nakomelingen van de dinosauriërs zijn de vogels. Het is nog altijd een raadsel hoe hun vroege voorouders van de grond zijn gekomen.

Op een dag, 150 miljoen jaar geleden, schreef een dinosauriër geschiedenis. Het was geen vervaarlijk monster als Tyrannosaurus rex, eerder een klein exemplaar dat nogal eens de bomen in vluchtte om aan zijn belagers te ontsnappen. Maar die dag bood ook een hoge boom geen bescherming. In opperste nood waagde de dino toen maar de gok. Hij spreidde zijn ledematen en sprong. En hij viel niet te pletter, maar zeilde langzaam naar beneden. Met dank aan zijn voorouders die hun donzen poten hadden verruild voor gevederde vleugels.


Dat was althans lange tijd het verhaal. Maar moderne geschiedenisboekjes vertellen een andere versie van die eerste vogelvlucht. De dino klom niet in bomen, hij klapwiekte tijdens het rennen, met vleugels die zich hadden ontwikkeld om mee te pronken of te vechten. Dat fladderend rennen doen jonge vogels nog steeds, als ze een hellinkje op moeten en wat meer grip op de ondergrond willen houden. Het is veel logischer om dit evolutionaire pad te volgen, luidde de nieuwe theorie. Van klapwiekend hardlopen naar daadwerkelijk opstijgen is immers maar een klein sprongetje.


Tenminste, dat was tot voor kort de heersende gedachte. Inmiddels zijn paleontologen ook daar weer van afgestapt. De evolutie van de vogelvlucht verliep chaotisch, schijft Steve Brusatte van de Universiteit van Edinburgh in vakblad Science.


"Om eerlijk te zijn: we weten het niet", licht Brusatte desgevraagd per e-mail toe. "We weten dat vogels afstammen van de dinosauriërs. Maar hoe die evolutie gegaan is? We staan met ons begrip ervan aan het begin."


De oorzaak van deze verwarring zijn, paradoxaal genoeg, de vele fossielen die de afgelopen jaren zijn gevonden. Met name China is een goudmijn gebleken: sinds midden jaren negentig zijn daar duizenden fossielen opgegraven van dinosauriërs met vogeltrekjes. Vleugels, veren, slagpennen, holle, lichte botjes.


Doodlopende zijtakken


"Ooit zagen we de stamboom van de vogels als een vrij rechte lijn. Een evolutie met een duidelijk beginpunt die doorliep naar de moderne vogels", zegt de Nederlandse paleontoloog Leon Claessens, als hoogleraar verbonden aan het College of the Holy Cross, een universiteit in Massachusetts. "Nu zijn er vele zijtakken bijgekomen die vrijwel allemaal doodlopen. Maar we weten nog niet precies welke. Het beeld is complexer geworden, maar daardoor ook veel interessanter." Aan dat beginpunt is niet veel veranderd. Nog altijd geldt Archaeopteryx - letterlijk: oude veer of vleugel - als de oervogel. Het fossiel is een icoon uit de evolutietheorie. Toen het eerste exemplaar in 1861 werd ontdekt, had Charles Darwin juist zijn 'On the Origin of Species' gepubliceerd. Archaeopteryx was een dinosauriër uit de lijn van de theropoden, waartoe ook T. rex en de snelle Velociraptor behoren. Deze dino met gevederde vleugels gaf voeding aan Darwins idee dat het moderne leven uit primitieve vormen was voortgekomen. "En Archaeopteryx kon vliegen", zegt Claessens. "Dat staat nog steeds buiten kijf."


Maar Archaeopteryx stond anderhalve eeuw lang in zijn eentje aan de voet van de stamboom van het vogelrijk. Totdat de rijke Chinese vindplaatsen werden ontdekt en het fossielenbestand uit die periode - late Jura, begin van het Krijt, 130 tot 140 miljoen jaar geleden - begon uit te puilen met theropoden die wel vleugels en veren hadden, maar waarvan niet meteen duidelijk was of ze konden vliegen.


De evolutie bevond zich met allerlei gekke dino's in een zeer experimentele fase, zegt Claessens. Caudipteryx bijvoorbeeld, die het model had van een pauw, maar dan op hoge poten, en was uitgerust met een imposante verenstaart. Of Microraptor die behalve een flinke staart ook twee paar vleugels had en waarschijnlijk goed kon zweven.


Claessens: "Het was een soort Wilde Westen. Mozaïek-evolutie zeggen we in mijn vak. Dat zie je wel vaker bij overgangsperiodes. Dan is het niet zo dat het ene dier een eigenschap verwerft en dat er later weer andere eigenschappen bijkomen, maar dan loopt het meer door elkaar. Tijdens de overgang van Jura naar Krijt nam de evolutie een hoge vlucht. Alsof het ene dier een uitvinding deed en de andere dieren dachten: 'Dat wil ik ook!' Zo gaat het natuurlijk niet in de natuur, er zit geen gedachte achter evolutie. Maar gevoelsmatig ervaar ik de plasticiteit uit die periode wel zo."


De belangrijkste 'uitvinding' uit de late Jura waren de veren. Vroege dino's ontwikkelden eerst een donzen vacht, ter isolatie of camouflage. Het dons groeide uit tot veren en kreeg kleurtjes zodat hun eigenaren met de pracht konden pronken. Ook vleugels zijn vermoedelijk in fases geëvolueerd. Wellicht gebruikten de eerste dino's hun gevederde poten om indruk te maken op hun sekspartners of rivalen. Of vochten ze ermee.


Vanuit een heel andere lijn begonnen de dino's te krimpen. Eerder genoemde Steve Brusatte uit Edinburgh liet een paar jaar geleden in vakblad Current Biology zien hoe een groep theropoden in diezelfde periode kleiner werd en ook een ander bouwplan kreeg waardoor ze als het ware werden klaargestoomd om het luchtruim te kiezen.


Intussen was elders in het dierenrijk het holle botje uitgevonden. Stevig en toch lekker licht. Dat kwam goed van pas toen de dino's gingen vliegen, maar het was geen vooropgezet plan. Ook T. rex had holle botten, net als de mens overigens - denk aan de voorhoofdsholtes. Maar nergens is deze ontwikkeling zo ver doorgevoerd als bij vogels.


Claessens: "En dan lijkt het, zeker vanuit ons perspectief, alsof al die lijntjes erop gericht waren dat deze dieren ooit zouden vliegen. Maar je moet het zo zien dat aan de voet van de stamboom van vogels allerlei ontwikkelingen op gang kwamen. Dat er meer vogellijnen ontstonden, allemaal met verschillende fysiologieën en anatomieën, en dat daarvan de meeste doodliepen. Jammer genoeg hebben we van zo'n dode tak zelden meer dan één unieke vertegenwoordiger. Daar zou ik graag meer van willen weten. Zodat we een beter beeld krijgen welke ontwikkelingen het gehaald hebben en welke niet. En waardoor niet."


Liftkracht


Kun je aan zo'n fossiel exemplaar eigenlijk zien of dit kon vliegen? Ja, beweerden Canadese paleontologen vorig jaar in het vakblad PeerJ. Dat kun je zien. En het antwoord is: nee, al die dinosauriërs uit de late Jura, met hun veren en vleugels, kwamen niet van de grond.


De grote vraag is vervolgens: wat dreef deze vroege vogels de lucht in? De onderzoekers gingen uit van een aantal gedragslijnen waarlangs een dino het vliegen zou kunnen leren, zoals het fladderend rennen of springen, of met hulp van vleugels tegen een heuvel op rennen. Ze lieten er een biomechanisch model op los en concludeerden dat al die voorvogels niet genoeg liftkracht konden genereren. Alleen voor Microraptor - met zijn vier vleugels - hielden ze een slag om de arm; die kon zijn zweefvluchten misschien wat verlengen. "Maar voor de rest geldt: als we zien hoe moderne vogels hun spieren gebruiken, dan haalde de rest de minimumdrempel bij lange na niet."


Spierkracht


Zo'n conclusie maakt Claessens een beetje sceptisch. "Je moet bij dit soort studies altijd uitkijken dat je die prehistorische dieren niet met een moderne bril bekijkt. Je maakt snel de fout dat je zegt: een vogel voldoet aan bepaalde vereisten om te vliegen: spierkracht, aanhechtingen, vleugelgrootte. Eens kijken of een dino ook aan die criteria voldoet. En dan valt die door de mand. Bedenk wel, Archaeopteryx was vast niet zo'n kunstenaar in de lucht als een moderne zwaluw. Maar in die tijd was hij wel de meest geavanceerde vliegmachine."


Je kunt het wel omdraaien, vervolgt hij. "Meestal kun je met behoorlijke zekerheid vaststellen wat met een bepaald skelet niet kon. Toen de theropoden bijvoorbeeld nog het formaat van een paard of schaap hadden, konden ze niet vliegen. Op die manier houd je een paar kandidaten over. En misschien kunnen we daar dan met hulp van computermodellen of windtunnels iets zinnigs over zeggen."


Zoiets geldt ook voor het evolutionaire pad dat de vogels zouden hebben gevolgd. Sprongen ze uit bomen of renden ze klapwiekend? "Voor beide scenario's geldt dat ik er het evolutionaire voordeel in zie. Een dino die de sprong waagde, had profijt van de veren die hij als warmtekleed had gekregen. Grotere veren met meer draagkracht selecteren zichzelf zo uit. Dat gaat ook voor het rennen op. De dino met betere veren had een grotere overlevingskans."


"Daar wordt al decennia een fel welles-nietes-debat over gevoerd. Beide partijen halen allerlei anatomische bewijzen voor hun stelling aan. Maar dan vraag ik me af: moeten we wel kiezen? Misschien gebeurde er in die late Jura wel zo veel dat beide opties succes hadden. En moeten we constateren dat wat er nu aan vogels rondvliegt, een beperkt overblijfsel is van de enorme diversiteit van toen. En zijn er veel takken gestopt met groeien, niet omdat ze inferieur waren, maar door stom toeval."

De uitvinder van het vliegen

De vliegkunst is niet door dinosauriërs of vogels uitgevonden. Miljoenen jaren voordat Archaeopteryx ten tonele verscheen, heersten de pterosauriërs al over het luchtruim. Dat waren niet alleen de eerste gewervelde dieren die konden vliegen - insecten waren er natuurlijk nog eerder bij, het waren ook de grootste ooit. Sommige hadden een spanwijdte van tien meter, drie keer het formaat van de grootste vogel nu, de koningsalbatros.


Pterosaurus had een heel ander bouwplan. Het was een reptiel en zijn vleugels waren huidmembranen die in model werden gehouden door één, erg lange vinger - de vierde. En zoals de dinosauriërs gedurende de Jura en het Krijt de heersers op het land waren, zo waren de pterosauriërs dominant in de lucht. Aan beider heerschappij kwam 66 miljoen jaar geleden een einde toen de aarde werd getroffen door een reusachtige meteoriet.


Wellicht hadden ze toen al een deel van hun macht moeten afstaan aan de vogels die veelal kleiner en flexibeler waren. Hoe die overdracht precies is verlopen is niet duidelijk.


Vermoedelijk hebben ook veel vogelsoorten de meteorietinslag niet overleefd. Enkele in ieder geval wel: de groep waartoe nu de eenden behoren, heeft bijvoorbeeld zijn oorsprong in het Krijt (vóór de inslag dus). Maar stamboom van de vogels kwam na die massa-extinctie, 66 miljoen jaar geleden, pas echt tot grote bloei.

Stamboom van de dino's

Britse paleontologen schudden onlangs flink aan de stamboom van de dinosauriërs. Sinds het midden van de negentiende eeuw heeft de wetenschap de dino's in twee groepen ingedeeld. Tot de Saurischia, die een heupgewricht hadden als een hagedis, hoorden klassieke langnekken als Diplodocus en Brontosaurus. De andere groep, de Ornithischia, werd gekenmerkt door een vogelachtige heup en kende vertegenwoordigers als de Stegosaurus. Daar waren in de loop der jaren de theropoden, zoals T. rex, bijgekomen. Die werden, vanwege hun hagedisseheup, bij de Saurischia gerekend.


De Britten legden talloze fossiele botjes naast elkaar en kwamen, in vakblad Nature, tot de conclusie dat de langnekken een aparte groep waren. En dat de theropoden meer verwant waren aan de Ornithischia. Die herschikking betekende dat de natuur het heupgewricht twee keer had uitgevonden. De theropoden waren immers met hun hagedissenheup in die groep terechtgekomen, maar zij vormden ook de lijn waaruit later de echte vogels voortkwamen.


Het betekende ook dat de oorsprong van de dino's een paar miljoen jaar eerder kwam te liggen - plusminus 247 miljoen jaar geleden - en dat de wieg niet in het huidige Zuid-Amerika zou liggen maar ergens op het Noordelijk Halfrond.


Het artikel in Nature werd welwillend ontvangen, maar veel paleontologen willen eerst meer bewijs zien voor ze hun catalogi gaan herschrijven.


Hoe dan ook, deze week werd een dino gevonden die heel dicht bij die wieg moet hebben gestaan. Deze week werd in Nature Teleocrater gepresenteerd, 245 miljoen jaar oud. Teleocrater had niet het formaat van een dikke kip, zoals paleontologen altijd van de eerste dino's dachten. Hij was twee, drie meter lang en liep als een krokodil op vier poten. Wat wel weer logisch klinkt, want hij liep op aarde net nadat de dinosauriërs zich hadden afgesplitst van de krokodillen.

Meer over

Wilt u iets delen met Trouw?

Tip hier onze journalisten

Op alle verhalen van Trouw rust uiteraard copyright. Linken kan altijd, eventueel met de intro van het stuk erboven.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar copyright@trouw.nl.
© 2020 DPG Media B.V. - alle rechten voorbehouden