De vraag of de laat-Jura dino-vogel Archaeopteryx een uitbundig gevederde grondbewoner was, een zweefvliegtuig, of een actieve vlieger fascineert paleontologen al decennia lang. Waardevolle nieuwe informatie verkregen met state-of-the-art synchrotron microtomografie bij de ESRF, de Europese Synchrotron (Grenoble, Frankrijk), stelde een internationaal team van wetenschappers in staat om deze vraag te beantwoorden in Natuurcommunicatie . De vleugelbeenderen van Archaeopteryx werden gevormd voor incidentele actieve vlucht, maar niet voor de geavanceerde vliegstijl die de hedendaagse vogels beheersen.

Was Archaeopteryx in staat om te vliegen, en als het zo is, hoe? Hoewel het algemeen bekend is dat hedendaagse vogels afstammen van uitgestorven dinosauriërs, veel vragen over hun vroege evolutie en de ontwikkeling van de vogelvlucht blijven onbeantwoord. Traditionele onderzoeksmethoden hebben tot nu toe geen antwoord kunnen geven op de vraag of Archaeopteryx vloog of niet. Met behulp van synchrotron-microtomografie op de bundellijn ID19 van de ESRF om in Archaeopteryx-fossielen te sonderen, een internationaal team van wetenschappers van de ESRF, Palacký-universiteit, Tsjechië, CNRS en de Sorbonne-universiteit, Frankrijk, Universiteit van Uppsala, Zweden, en Bürgermeister-Müller-Museum Solnhofen, Duitsland, nieuw licht werpen op deze vroegste vogel.

Het reconstrueren van uitgestorven gedrag stelt paleontologen voor grote uitdagingen, vooral als het gaat om raadselachtige dieren zoals de beroemde Archaeopteryx uit de late Jura-sedimenten van Zuidoost-Duitsland, die wordt beschouwd als de oudste potentieel vrij vliegende dinosaurus. Dit goed bewaarde fossiele taxon toont een mozaïekanatomie die de nauwe familierelaties illustreert tussen uitgestorven roofvogeldinosaurussen en levende dinosaurussen:de vogels. De meeste moderne vogelskeletten zijn zeer gespecialiseerd voor gemotoriseerde vluchten, toch zijn veel van hun karakteristieke aanpassingen in met name de schouder afwezig in de Beierse fossielen van Archaeopteryx. Hoewel zijn gevederde vleugels lijken op die van moderne vogels die elke dag overvliegen, de primitieve schouderstructuur is onverenigbaar met de moderne vleugelslagcyclus van vogels.

"De dwarsdoorsnede-architectuur van ledematenbotten wordt sterk beïnvloed door evolutionaire aanpassing naar optimale sterkte bij minimale massa, en functionele aanpassing aan de krachten die tijdens het leven worden ervaren, ", legt prof. Jorge Cubo van de Sorbonne-universiteit in Parijs uit. "Door de botten van levende dieren die zich bezighouden met waarneembare gewoonten statistisch te vergelijken met die van cryptische fossielen, het is mogelijk om nieuwe informatie in een oude discussie te brengen, " zegt senior auteur Dr. Sophie Sanchez van de Universiteit van Uppsala, Zweden

Archaeopteryx-skeletten worden bewaard in en op kalksteenplaten die slechts een deel van hun morfologie onthullen. Aangezien deze fossielen tot de meest waardevolle ter wereld behoren, invasieve sonderen om verduisterde of interne structuren bloot te leggen wordt daarom ten zeerste afgeraden. "Gelukkig, vandaag is het niet langer nodig om kostbare fossielen te beschadigen, " zegt Dr. Paul Tafforeau, beamline-wetenschapper bij de ESRF. "De uitzonderlijke gevoeligheid van röntgenbeeldvormingstechnieken voor het onderzoeken van grote exemplaren die beschikbaar is bij de ESRF, biedt onschadelijk microscopisch inzicht in fossiele botten en maakt virtuele 3D-reconstructies van buitengewone kwaliteit mogelijk. Er zijn opwindende upgrades aan de gang, inclusief een substantiële verbetering van de eigenschappen van onze synchrotronbron en een gloednieuwe bundellijn bestemd voor tomografie. Deze ontwikkelingen beloven in de toekomst nog betere resultaten te geven op veel grotere exemplaren."

Scangegevens onthulden onverwacht dat de vleugelbeenderen van Archaeopteryx, in tegenstelling tot zijn schoudergordel, deelden belangrijke aanpassingen met die van moderne vliegende vogels. "We hebben ons gericht op het middelste deel van de armbeenderen omdat we wisten dat die secties duidelijke vluchtgerelateerde signalen bevatten bij vogels, " zegt Dr. Emmanuel de Margerie, CNRS, Frankrijk. "We merkten meteen dat de botwanden van Archaeopteryx veel dunner waren dan die van aardgebonden dinosaurussen, maar veel op conventionele vogelbotten leken, " vervolgt hoofdauteur Dennis Voeten van de ESRF. "Gegevensanalyse toonde verder aan dat de botten van Archaeopteryx het dichtst in de buurt komen van die van vogels zoals fazanten die af en toe actief vliegen om barrières over te steken of roofdieren te ontwijken, maar niet voor die van glijdende en zwevende vormen zoals veel roofvogels en sommige zeevogels die zijn geoptimaliseerd voor duurzame vlucht."

"We weten dat de regio rond Solnhofen in het zuidoosten van Duitsland een tropische archipel was, en een dergelijke omgeving lijkt zeer geschikt voor eilandhoppen of vluchtvluchten, " merkt Dr. Martin Röper op, Archaeopteryx curator en co-auteur van het rapport. "Archaeopteryx deelde de Jura-hemel met primitieve pterosauriërs die uiteindelijk zouden evolueren tot de gigantische pterosauriërs van het Krijt. We vonden vergelijkbare verschillen in vleugelbotgeometrie tussen primitieve en geavanceerde pterosauriërs als die tussen actief vliegende en zwevende vogels, ", voegt Vincent Beyrand van de ESRF toe.

Aangezien Archaeopteryx het oudst bekende vliegende lid vertegenwoordigt van de vogellijn die ook moderne vogels omvat, deze bevindingen illustreren niet alleen aspecten van de levensstijl van Archaeopteryx, maar geven ook inzicht in de vroege evolutie van dinosauriërs. "Inderdaad, we weten nu dat Archaeopteryx ongeveer 150 miljoen jaar geleden al actief vloog, wat inhoudt dat de actieve dinosauriërvlucht zelfs eerder was geëvolueerd!" zegt prof. Stanislav Bureš van de Palacký-universiteit in Olomouc. "Echter, omdat Archaeopteryx de borstaanpassingen miste om te vliegen als moderne vogels, de manier waarop het gemotoriseerde vlucht bereikte, moet ook anders zijn geweest. We zullen moeten terugkeren naar de fossielen om de vraag te beantwoorden hoe dit Beierse icoon van de evolutie precies zijn vleugels gebruikte. ’ besluit Voeten.

Het is nu duidelijk dat Archaeopteryx een vertegenwoordiger is van de eerste golf van dinosaurische vluchtstrategieën die uiteindelijk uitstierven, waardoor alleen de moderne aviaire vluchtslag vandaag direct waarneembaar is.