Jeder Vogel, den Sie jemals gesehen haben – jedes Rotkehlchen, jede Taube, jeder Pinguin im Zoo – ist ein lebender Dinosaurier. Vögel sind die einzige Dinosauriergruppe, die das durch Asteroiden verursachte Massenaussterben vor 66 Millionen Jahren überlebt hat. Aber nicht alle damals lebenden Vögel schafften es. Warum die Vorfahren moderner Vögel lebten, während so viele ihrer Verwandten starben, ist ein Rätsel, das Paläontologen seit Jahrzehnten zu lösen versuchen. Zwei neue Studien weisen auf einen möglichen Faktor hin: die Unterschiede zwischen der Art und Weise, wie moderne Vögel und ihre alten Cousins ihre Federn häuten.
Federn sind eines der wichtigsten Merkmale, die alle Vögel gemeinsam haben. Sie bestehen aus einem Protein namens Keratin, dem gleichen Material wie unsere Fingernägel und Haare, und Vögel sind auf sie angewiesen, um zu fliegen, zu schwimmen, sich zu tarnen, Partner anzulocken, warm zu bleiben und sich vor den Sonnenstrahlen zu schützen.
Aber Federn sind komplexe Strukturen, die nicht repariert werden können. Um sie in gutem Zustand zu halten, werfen Vögel ihre Federn ab und lassen in einem Prozess, der Häutung genannt wird, Ersatzfedern wachsen. Vogelbabys häuten sich, um ihre Babyfedern zu verlieren und erwachsene Federn nachwachsen zu lassen; Ausgewachsene Vögel häuten etwa einmal im Jahr weiter.
„Mausern ist etwas, worüber viele Menschen meiner Meinung nach nicht nachdenken, aber es ist grundsätzlich ein so wichtiger Prozess für Vögel, weil Federn an so vielen verschiedenen Funktionen beteiligt sind“, sagt Jingmai O’Connor, stellvertretender Kurator für fossile Reptilien im Chicagoer Field Museum. „Wir wollen wissen, wie sich dieser Prozess entwickelt hat? Wie unterschied er sich zwischen den Vogelgruppen? Und wie hat das die Vogelentwicklung und die Überlebensfähigkeit all dieser verschiedenen Gruppen beeinflusst?“ Zwei von O’Connors jüngsten Arbeiten untersuchen den Häutungsprozess bei prähistorischen Vögeln.
Ein Artikel in der Zeitschrift Kreideforschung detailliert die Entdeckung eines in Bernstein konservierten Federbüschels eines Vogelbabys, das vor 99 Millionen Jahren lebte.
Heutzutage gibt es bei Vogelbabys ein Spektrum, was ihren Entwicklungsstand bei der Geburt und den Bedarf an Hilfe von ihren Eltern angeht. Altricial-Vögel schlüpfen nackt und hilflos; Da sie keine Federn haben, können ihre Eltern die Körperwärme effizienter direkt auf die Haut der Babys übertragen. Frühzeitige Arten hingegen werden mit Federn geboren und sind weitgehend autark.
Alle Vogelbabys durchlaufen aufeinanderfolgende Häutungen – Perioden, in denen sie ihre vorhandenen Federn verlieren und einen neuen Satz Federn nachwachsen lassen, bevor sie schließlich ihr erwachsenes Gefieder erreichen. Das Häuten kostet viel Energie und der Verlust vieler Federn auf einmal kann es für einen Vogel schwierig machen, sich warm zu halten. Daher neigen frühreife Küken dazu, sich langsam zu häuten, so dass sie einen stetigen Nachschub an Federn haben, während altristische Küken, die sich bei Nahrung und Wärme auf die Nahrung und Wärme ihrer Eltern verlassen können, eine „gleichzeitige Häutung“ durchlaufen und ungefähr zur gleichen Zeit alle Federn verlieren .
Die in Bernstein konservierten Federn in dieser Studie sind der erste definitive fossile Beweis für die Häutung von Jungtieren und enthüllen einen Jungvogel, dessen Lebensgeschichte mit keinem heute lebenden Vogel übereinstimmt.
„Dieses Exemplar zeigt eine völlig bizarre Kombination aus vorsozialen und altristischen Merkmalen“, sagt O’Connor, der neben dem leitenden Autor Shundong Bi von der Indiana University of Pennsylvania der Erstautor der Arbeit war. „Alle Körperfedern befinden sich grundsätzlich im exakt gleichen Entwicklungsstadium, was bedeutet, dass alle Federn gleichzeitig oder nahezu gleichzeitig zu wachsen begannen.“
Allerdings war dieser Vogel mit ziemlicher Sicherheit Teil einer inzwischen ausgestorbenen Gruppe namens Enantiornithines, die O’Connors frühere Arbeiten gezeigt haben, dass sie äußerst frühsozial waren.
O’Connor vermutet, dass der Druck, ein frühkindliches Vogelbaby zu sein, das sich während einer schnellen Häutung warm halten musste, ein Faktor für den endgültigen Untergang der Enantiornithine gewesen sein könnte.
„Enantiornithine waren die vielfältigste Vogelgruppe der Kreidezeit, aber sie starben zusammen mit allen anderen Nicht-Vogel-Dinosauriern aus“, sagt O’Connor. „Als der Asteroid einschlug, wären die globalen Temperaturen stark gesunken und die Ressourcen wären knapp geworden. Diese Vögel hätten also nicht nur einen noch höheren Energiebedarf, um sich warm zu halten, sondern verfügten auch nicht über die Ressourcen, um diesen Bedarf zu decken.“
Unterdessen wurde am 3. Juli eine weitere Studie veröffentlicht Kommunikationsbiologie von O’Connor und dem Postdoktoranden Yosef Kiat vom Field Museum untersucht Häutungsmuster bei modernen Vögeln, um besser zu verstehen, wie sich dieser Prozess ursprünglich entwickelt hat.
Bei modernen erwachsenen Vögeln erfolgt die Häutung normalerweise einmal im Jahr in einem aufeinanderfolgenden Prozess, bei dem sie im Laufe einiger Wochen jeweils nur einige ihrer Federn austauschen. Auf diese Weise sind sie während des gesamten Häutungsprozesses weiterhin flugfähig. Gleichzeitige Häutungen bei erwachsenen Vögeln, bei denen alle Schwungfedern gleichzeitig ausfallen und innerhalb weniger Wochen nachwachsen, sind seltener und treten eher bei Wasservögeln wie Enten auf, die nicht unbedingt fliegen müssen, um Nahrung zu finden und Raubtieren aus dem Weg gehen.
Es ist sehr selten, bei fossilen Vögeln und anderen gefiederten Dinosauriern Hinweise auf eine Häutung zu finden, und O’Connor und Kiat wollten wissen, warum. „Wir hatten die Hypothese, dass Vögel mit gleichzeitiger Häutung, die in kürzerer Zeit stattfinden, im Fossilienbestand weniger vertreten sein werden“, sagt O’Connor – weniger Zeit für die Häutung bedeutet weniger Möglichkeiten, während der Häutung zu sterben und ein Tier zu werden Fossil mit Anzeichen einer Häutung. Um ihre Hypothese zu testen, untersuchten die Forscher die Sammlung moderner Vögel des Field Museum.
„Wir haben mehr als 600 Häute moderner Vögel, die in der ornithologischen Sammlung des Field Museum aufbewahrt werden, getestet, um nach Hinweisen auf eine aktive Häutung zu suchen“, sagt Kiat, der Erstautor der Studie. „Unter den sequenziell häutenden Vögeln fanden wir Dutzende Exemplare in aktiver Häutung, aber unter den gleichzeitig häuternden Vögeln fanden wir kaum welche.“
Obwohl es sich hierbei um moderne Vögel und nicht um Fossilien handelt, stellen sie einen nützlichen Ersatz dar. „In der Paläontologie müssen wir kreativ werden, da wir keine vollständigen Datensätze haben. Hier haben wir die statistische Analyse einer Zufallsstichprobe verwendet, um abzuleiten, was uns das Fehlen von etwas tatsächlich sagt“, sagt O’Connor.
In diesem Fall deutet das Fehlen häutender fossiler Vögel, obwohl die aktive Häutung in der Stichprobe moderner Vogelexemplare so weit verbreitet ist, darauf hin, dass fossile Vögel einfach nicht so häufig häuten wie die meisten modernen Vögel. Möglicherweise haben sie gleichzeitig gehäutet, oder sie haben sich nicht jedes Jahr gehäutet, wie es bei den meisten Vögeln heute der Fall ist.
Sowohl das Bernsteinexemplar als auch die Untersuchung der Häutung moderner Vögel weisen auf ein gemeinsames Thema hin: Prähistorische Vögel und gefiederte Dinosaurier, insbesondere solche aus Gruppen, die das Massenaussterben nicht überlebten, häuteten sich anders als heutige Vögel.
„Alle Unterschiede, die man zwischen Kronenvögeln und Stammvögeln finden kann, werden im Wesentlichen zu Hypothesen darüber, warum eine Gruppe überlebt hat und der Rest nicht“, sagte O’Connor. „Ich glaube nicht, dass es einen bestimmten Grund gibt, warum die Kronenvögel, die Gruppe, zu der moderne Vögel gehören, überlebt haben. Ich denke, es ist eine Kombination von Merkmalen. Aber ich denke, es wird klar, dass die Häutung ein wesentlicher Faktor bei der Entstehung der Dinosaurier gewesen sein könnte.“ konnten überleben.“
Mehr Informationen:
Yosef Kiat et al.: Die Seltenheit von Häutungsnachweisen bei frühen Pennaraptoran-Dinosauriern deutet darauf hin, dass sich die jährliche Häutung später bei Neornithes entwickelte. Kommunikationsbiologie (2023). DOI: 10.1038/s42003-023-05048-x
Jingmai O’Connor et al., In Burmite konservierte unreife Federn liefern Hinweise auf eine schnelle Häutung in Enantiornithinen. Kreideforschung (2023). DOI: 10.1016/j.cretres.2023.105572