Fuglenes fjerne fætter

Et to meter langt og udsultet krybdyr søger ind mod kysten. Med sine stærke forben og lange kløer graver det runde dyr desperat rundt i mudderet efter føde.

Hovedet minder om en skildpaddes med den forreste del af kæbepartiet formet som et næb, men i modsætning til skildpadder har krybdyret ikke et skjold. Efter flere dages forgæves søgen synker dyret udmattet ned i det mørke mudder.

228 mio. år senere er en gruppe palæontologer på ekspedition i den kinesiske Guizhou-provins. Begejstringen er stor, da krybdyret atter ser dagens lys i form af et ekstremt velbevaret fossil.

Dyret er nemlig en forgænger til nulevende skildpadder – en såkaldt stamskildpadde – og den passer perfekt ind i det evolutionære forløb, forskerne mener, skildpadderne har gennemgået. Forskerne døber den Eorhynchochelys sinensis, som groft oversat betyder “den første skildpadde med næb fra Kina”.

Som budbringer fra fortiden skal E. sinensis vise sig både at ruske op i slægtstræet, give et bedre indblik i skildpadders udvikling og afsløre, at vejen til nutidens skildpadder har været betydelig mere kringlet end tidligere troet.

Fossiler vælter frem

Skildpaddernes evolution og plads i dyreriget har længe været et mysterium. Selvom de er koldblodede krybdyr, bærer de karakteristiske kendetegn, der adskiller dem markant fra de andre reptiler – med skjoldet som det mest åbenlyse.

Men siden årtusindskiftet er et væld af informationer dukket frem fra de underjordiske fossilarkiver. Og med fundet af E. sinensis er forskerne nu tættere end nogensinde på at løse gåden.

Ifølge den traditionelle forståelse tilhører skildpadder de klassiske reptiler. Skjoldet udviklede sig fra benet skæl, en slags pladeagtige dannelser i huden bestående af knoglevæv, som bl.a. ses hos krokodiller.

I løbet af millioner af år udvidede de benede skæl sig og smeltede sammen med ribbenene og rygsøjlen for at danne et solidt skjold.

Men den teori er udviklingsbiologer med speciale i fosterudvikling ikke enige i. Undersøgelser af skildpaddefostre indikerer, at skjoldet udvikler sig fra ribben, som udvider sig og bliver bredere, indtil de til sidst smelter sammen via knogleplader.

I 2008 blev et fossil, der indeholdt vigtige spor i forhold til skjoldets oprindelse, opdaget i Kina. Fossilet tilhørte arten Odontochelys semitestacea – et cirka 220 mio. år gammelt dyr, der mindede om skildpadder med et beskyttende skjold på undersiden, men ikke på oversiden.

Fundet af Odontochelys fik i 2010 forskere til at genundersøge en anden ældgammel art kaldet Eunotosaurus africanus, som blev opdaget i 1892. Eunotosaurus levede for omkring 260 mio. år siden i Sydafrika og havde en rund krop som følge af brede ribben.

Eunotosaurus var i første omgang ikke anset for at være en forfader til nulevende skildpadder, fordi den var skjoldløs, men pga. ligheder med Odontochelys kunne den muligvis være en meget tidlig forfader og en vigtig brik i overgangen fra den klassiske reptilkrop til nutidens skildpadder.

I 2015 blev den idé yderligere bekræftet af et fossilfund i Tyskland, hvor en 240 mio. år gammel art kaldet Pappochelys rosinae dukkede op. Pappochelys var uden et rygskjold og var kun så småt begyndt at udvikle bugskjoldet på undersiden – altså et perfekt mellemled mellem Eunotosaurus og Odontochelys.

Det nye fund af E. sinensis er endnu en brik, der passer i puslespillet – i hvert fald hvad angår skjoldet. Dateret til at være 228 mio. år gammel eksisterede arten midt imellem Pappochelys og Odontochelys og er dermed et “missing link”, der passer ind i skjoldets udviklingsstadie. Tilsammen bekræfter fossilerne teorien om, at skjoldet er udviklet fra brede ribben og ikke benet skæl.

Næbbet forbavser

Det mest overraskende ved E. sinensis er, at selvom den var skjoldløs, mindede den på andre måder mere om nulevende skildpadder end den yngre Odontochelys, som havde et bugskjold.

På trods af dens mere normale reptilkrop havde E. sinensis et tandløst næb, som er et karakteristisk træk blandt alle nulevende skildpadder, men som først ses igen hos langt yngre arter af stamskildpadder.

Alt tyder derfor på, at stamskildpadderne tilegnede sig de forskellige træk: Nogle udvidede ribbenene og udviklede skjold, mens andre fik næb. Med tiden endte trækkene i den succesfulde kombination, der er udbredt blandt skildpadderne i dag.

Gravere står bag skjoldet

I 2016 afslørede detaljerede undersøgelser af Eunotosaurus-fossiler endelig, hvorfor stamskildpadderne udviklede de brede ribben, som i sidste ende førte til skjoldet.

Eunotosaurus havde et lille, fladt hoved formet som en spade, dens forben var større og mere robuste end bagbenene, mens skulderblade og forben var solidt fæstnet til store tricepsmuskler, hvilket gjorde dyret i stand til at trække armene tilbage med ekstrem styrke.

Derudover havde Eunotosaurus lange kløer og enormt tykke knogler – alt sammen noget, der kendetegner en mestergraver. De brede ribben gav med andre ord en bred og flad krop, som stabiliserede krybdyret, mens det gravede.

Men i perioden, fra ribbenene begyndte at udvide sig, til de formede et fuldkomment skjold flere millioner år senere, har stamskildpadder som Eunotosaurus og Pappochelys måttet finde sig i en række fysiologiske begrænsninger.

Ribbenenes opgave er normalt at støtte lungerne sammen med de tilhørende muskler, så de brede ribben har med garanti påvirket reptilernes evne til at trække vejret optimalt.

Også bevægelsen blev påvirket, for hvor nulevende krybdyr som varaner effektivt benytter hele kroppen, når de bevæger sig, forhindrede de brede ribben stamskildpaddernes kroppe i at bøje. Samtidig blev benenes bevægelsesfrihed begrænset, hvilket gjorde dyrene langsommere.

Den manglende fart og fleksibilitet gjorde stamskildpadderne til lette ofre for rovdyr og lagde enormt pres på dem for at udvikle et forsvar.

Heldigvis skabte frigørelsen af ribbenene helt nye muligheder, og de videreudviklede sig til en integreret del af et solidt skjold. Med det hårde skjold blev skildpadderne beskyttet mod rovdyr, hvilket opvejede ulemperne ved den ekstra vægt og manglende fleksibilitet.

De langsomme bevægelser er faktisk blevet til en velsignelse, da de sænker energiforbruget og dermed også stofskiftet, hvilket i kombination med skjoldets beskyttelse er hovedårsagen til, at skildpadder lever længe.

En anden årsag findes i nogle særlige gener, der lader til at beskytte mod sygdom. Genetiske analyser af kæmpeskildpadder har afsløret, at de besidder en række genvarianter, som ikke findes i dyr med kortere levetid, og som er forbundet med immunforsvaret, gendannelse af beskadiget dna og beskyttelse mod kræft.

Manglende hul i hovedet forvirrer

Skildpaddernes sidste store mysterium er deres plads på stamtræet. Forskerne har i årevis bakset med at placere de langsomme reptiler, fordi de ikke har huller i kraniet omkring tindingen som andre krybdyr.

De manglende huller gør skildpadderne til såkaldte anapsider og muligvis tættere beslægtet med parareptiler – en gruppe ældgamle, uddøde reptiler uden huller i kraniet – end krybdyr. Stamskildpadden Odontochelys havde ligesom nulevende arter ikke huller i kraniet, men det havde Pappochelys til gengæld, som med to huller ved hver tinding var en såkaldt diapsid.

Nu fejer opdagelsen af E. sinensis dog al tvivl af bordet, da fossilet perfekt illustrerer en gradvis overgang fra diapsider til anapsider ved kun at have et enkelt par huller i kraniet i stedet for to. E. sinensis beviser dermed, at skildpadder ligesom alle andre nulevende krybdyr stammer fra diapsider.

Forskerne har også kæmpet med at forstå, hvilke nulevende dyr skildpadderne er tættest beslægtede med. En undersøgelse fra 2011 pegede på, at de har haft en forfader tilfælles med moderne firben og dermed er tæt beslægtede med lepidosaurer, som ud over firben inkluderer slanger.

Men ved at sammenligne skildpaddernes arvemateriale med andre nulevende reptiler har senere undersøgelser vist, at skildpadder har mere end tusind bevarede områder i dna’et, som er unikke for både skildpadder og archosaurer – en gruppe reptiler, der inkluderer fugle, krokodiller og dinosaurer – mens ingen af områderne findes i lepidosaurerne.

Resultatet var så slående, at forskerne foreslog en helt ny gruppering på slægtstræet kaldet archelosaurer. Grupperingen afslører, at skildpadderne højst overraskende er tættere i familie med fugle og dinosaurer end med firben og padder.