I 1996 dukker et lille, stribet dyr på størrelse med en kalkun op i en forstenet søbund i Kina. Dyret er en rovdinosaur, der er iført en vamset fjerdragt og en banditmaske som på en vaskebjørn.
Dinosauren har tilbragt 125 millioner år på bunden af søen og rammer forskerverdenen med et brag. For Sinosauropteryx, som dyret bliver døbt, er den første dinosaur med en fjerlignende dragt – men uden vinger.
Fossilet af Sinosauropteryx indeholdt pigmentlommer kaldet melanosomer, som giver forskerne en idé om, hvilken farve dinosauren havde.
Sinosauropteryx afliver dermed en gammel teori: nemlig at fjer opstod med det formål at sende fuglene i luften. De fjerede forfædre til nutidens over 10.000 fuglearter – herunder godt 23 milliarder høns – havde tilsyneladende ingen ambitioner om at lette fra jordens overflade, sådan som palæontologer og ornitologer ellers troede.
Vi er stadig åbne over for, at fjer kan have spillet en vigtig rolle i dinosaurernes samlede historie. Paul Barrett, professor og ekspert i dinosaurernes udvikling
Men hvilken rolle spillede fjeren så? Fundet af to fossile flyveøgler har fået diskussionen om den første fjer til at blusse voldsomt op – og rusket dinosaurernes slægtstræ ved roden.
Rovdinosaurer havde fjer
Den første fossile fjer nogensinde blev fundet i 1861 mellem to kalkstensplader nær den sydtyske by Solnhofen. Fjeren var 150 millioner år gammel og tilhørte formentlig dinosaurfuglen Archaeopteryx, hvis fossil blev fundet i nærheden.
Den første forstenede fjer tilhørte øglefuglen Archaeopteryx, der var på størrelse med en ravn og svævede mellem træerne.
I over 100 år var den forstenede fjer og Archaeopteryx omdrejningspunktet for forskningen i fjerens oprindelse. Og på grund af dem blev fjer og flyvning kædet sammen som to uadskillelige størrelser.
Men det var et vildspor. Med fundet af Sinosauropteryx i den kinesiske søbund står det nu klart, at fjeren havde andre formål end at trodse tyngdekraften.
Sinosauropteryx havde ikke flyvefjer, men var dækket af en slags fjeret pels kaldet “dino fuzz”, som består af såkaldte protofjer – små, primitive, hårlignende fjer. Protofjerens formål var sandsynligvis at virke som isolering og hjælpe krybdyret med at holde varmen.
Fjer hjalp dinosaurerne med at holde varmen
Ring af celler danner et rør
Fjeren begynder på samme måde som et skæl med en celledeling i en sæk i huden. En ring af celler deler sig og danner et rør, som vokser ud af fjersækken i en spids – en såkaldt protofjer. På dinosaurer ligner protofjer små, stride børster.
Protodunets bløde grene opstår
Protofjeren udvikler sig videre til et såkaldt protodun med et kort skaft og lange, bløde forgreninger. Nogle dinosaurer, fx raptorer som Deinonychus, havde sådanne protodun på hele kroppen, hvor de formentlig fungerede som en form for isolering.
Primitiv fjer forgrener sig
I det næste udviklingstrin bliver protodunet til en primitiv fjer, som minder om dem, vi kender fra moderne fugle – dog uden at være aerodynamisk. Den primitive fjer breder sig fra skaftet i stadig mindre forgreninger.
Aerodynamik sender fugle til vejrs
Sidste trin i fjerens udvikling er krogede forgreninger, som griber ind i hinanden og gør strukturen tæt. Den moderne flyvefjer er asymmetrisk, så luften ledes hurtigere op over vingen end under vingen, hvilket giver opdrift.
Da forskerne samtidig i brede kredse blev enige om, at fuglene stammer fra dinosaurerne, tog forskningen i fjerens oprindelse for alvor fart.
Adskillige betydningsfulde fund er blevet gjort inden for de seneste 10-20 år – herunder forhistoriske fugle og mindst fem forskellige rovdinosaurer med en overraskende stor variation af fjer og fjerlignende udvækster.
Opdagelserne er sket takket være et forbedret politisk klima med åbne grænser mod Kinas fossile skatkamre, unge, ihærdige palæontologer og ny teknologi – fx LSF (laserstimuleret fluorescens), hvor laser får ellers usynlige bløddele som skind og fjer til at lyse op.
Fundene er betydningsfulde, fordi fjer ikke alene fortæller om dyrenes slægtskab og dermed kaster nyt lys på evolutionære mekanismer, men også fordi de vidner om fysiologi, levevilkår og adfærd.
Et vamset fjerdække som det, Sinosauropteryx havde, kan fx betyde, at dyret var i stand til at opretholde en stabil kropstemperatur ligesom fugle og pattedyr.
Analyser af pigmentlommer, melanosomer, i fjerene afslører desuden, at Sinosauropteryx havde en rødlig farve og lyse striber på halen. Dens camouflage passer med et liv i et åbent landskab, da den mørke ryg og hvide bug danner et mønster kendt som modskygge.
Dyr, som lever i åbne landskaber, har et skarpt skel mellem lys og mørk højt oppe på bugen, mens dyr i skove har et mere diffust skel længere nede på kroppen.
Skillelinjen højt oppe på bugen udvisker noget af den skygge, som sollyset kaster på kroppen, hvilket får dyrene til at fremstå "flade". På den måde har rovdyr haft sværere ved at få øje på Sinosauropteryx i landskabet.
De fjerede rovdinosaurer tilhørte samme gren af rovdinosaurerne, Coelurosauria, som tæller både T. rex og de små, elegante kødædere kendt som “raptorer” fra Jurassic Park-filmene.
Alt tydede derfor på, at fjeren var opstået i en undergruppe af rovdinosaurerne.
Men bedst som forskerne troede, de havde fundet fjerens arnested, ødelagde et lille, hornet væsen deres forestillinger.
Planteædere rejste børster
Et fossil af planteæderen Psittacosaurus afslørede, at den havde børster stikkende ud fra halen. Børsterne var hule og stive og mindede om primitive fjer.
Men Psittacosaurus tilhører gruppen af hornede dinosaurer, som også tæller næsehornsøglen Triceratops, og er dermed langt fra rovøglerne i dinosaurernes slægtstræ.
I 2014 dukkede endnu en planteæder med udvækster op. Kulindadromeus blev fundet i Kulinda i det østlige Sibirien. Dinosauren var på størrelse med en middelstor hund, ekstremt velbevaret og iført en helt særlig “overfrakke”.
Kulindadromeus er den hidtil ældste dinosaur med fjerlignende vækster. Den lille planteæder levede for ca. 168 millioner år siden.
Frakken bestod af tre forskellige slags skæl, en kort, fjeragtig pels og bundter af fiberstrukturer, som lignede små, krøllede bånd.
Desuden havde Kulindadromeus enkelte håragtige børster på hoved, hals og krop, mens overarme og lår havde små, fjerlignende “buketter” med fem til syv børster. Sidstnævnte er særlig interessante, da noget tilsvarende er set hos rovdinosaurer og moderne fugle.
Fundstedet er dateret til at være omkring 168 millioner år gammelt, og dermed er Kulindadromeus den hidtil ældste dinosaur med fjerlignende vækster.
Flere forskere tolkede fundet som tegn på, at en fælles forfader til alle dinosaurer havde fjer, da de anser det som usandsynligt, at et så komplekst fjerdække som det på kødæderen Sinosauropteryx og planteæderen Kulindadromeus var opstået isoleret i de to hovedgrupper af dinosaurer.
Men hypotesen er kontroversiel, især fordi fund af fjer stadig er en stor sjældenhed blandt planteædende dinosaurer. Nogle forskere hælder i stedet til, at fjeren er opstået tilfældigt flere gange i forskellige grene af slægtstræet.
Flyveøgler havde fire slags fjer
For at finde frem til den fælles forfader kiggede forskerne på flyveøglerne, pterosaurerne, der levede samtidig med dinosaurerne for 230 til 66 millioner år siden. Det interessante er, at pterosaurerne tilhører deres helt egen gren af slægtstræet, som går direkte tilbage til en fælles stamform.
Palæontologen Mike Benton mener at have fundet spor efter fire forskellige slags fjer på flyveøgler.
Et internationalt hold af forskere ledet af palæontologen Mike Benton har nærstuderet to 160 millioner år gamle flyveøglefossiler fra Kina og fundet strukturer, de mener stammer fra fire forskellige slags fjer på hoved, hals, krop og vinger.
Strukturerne er de samme, som vi ser i fjer på fugle og dinosaurer, hvilket flytter oprindelsen af fjer fra for 160 mio. år siden til for 240 mio. år siden. Palæontolog Mike Benton
Dateringen passer med tiden efter perm-trias-udslettelsen for 252 millioner år siden – den tredje og værste massedød i Jordens historie, hvor op mod 95 procent af alle dyre- og plantearter uddøde efter voldsomme vulkanudbrud.
I tiden efter genopstod livet i nye former. De første dinosaurer og pattedyr opstod, mens øgler blev til havdyr eller fik vinger og lettede.
Forskerne bag undersøgelsen mener, at en fælles forfader til dinosaurer og pterosaurer udviklede protofjer som isolering for 240 millioner år siden, mens fjerens andre funktioner først udviklede sig langt senere.
De hæfter sig bl.a. ved genetiske undersøgelser, som viser en fælles oprindelse af skæl, hår og fjer på tværs af arter.
Det betyder, at alle arter af dinosaurer havde muligheden for at udvikle fjer, men miljømæssige forhold og mutationer afgjorde, om og hvordan generne kom til udtryk. Nogle udviklede aldrig fjer, mens andre havde dem en periode og siden mistede dem igen.
“Fjer” var flossede fibre i forfald
Den udlægning står Mike Benton og co. dog ret alene med, da både palæontologer og supercomputere er lodret uenige i forskerholdets konklusioner.
Dr. David Unwin fra University of Leicester er ekspert i pterosaurer og afviser, at i hvert fald pterosaurnes vinger var dækket af en form for fjer.
Han påpeger, at der er fundet omkring 30 pterosaurer, flere med velbevarede vinger, men at de alle er nøgne og glatte. Til gengæld indeholder vingemembranen nogle strukturer, som i nedbrudt tilstand kan fejlfortolkes, da de kan se dunagtige ud under et mikroskop.
Vi ved, at der findes nogle fiberagtige strukturer inde i vingerne. Når de nedbrydes, vil nogle af dem se flossede ud og derfor ligne dunagtige forgreninger. Pterosaur-ekspert David Unwin
Manglende kendskab til nedbrydningsprocesserne er i øvrigt et kæmpe problem, mener David Unwin, fordi det vanskeliggør palæontologernes arbejde med at identificere strukturer i fossilerne, som både er mast og opvarmet igennem millioner af år dybt under jorden.
Professor og ekspert i dinosaurernes udviklingshistorie Paul Barrett fra det naturhistoriske museum i London har bidraget til en ny bog om “fjerenes oprindelse”.
Barrett har sammen med to andre forskere arbejdet med sandsynligheder og computermodellering og har ad den vej forsøgt at regne sig baglæns mod den første fjer.
Forskerne fodrede computermodellerne med et datasæt bestående af 77 dinosaur-arter, som alle er fundet med en eller anden form for velbevaret skind med spor af skæl, hår eller fjeragtige strukturer.
Dinosaurerne blev placeret i et slægtstræ, og ved de forgreninger, hvor der mangler fossiler, indsatte forskerne hypotetiske fossiler. I én model satte de en pterosaur med protofjer ind og i en anden model en pterosaur uden fjer.
Dinosaurernes slægtstræ skal gentænkes
En computermodel har ud fra 77 fossiler af dinosaurer med hår, fjer eller skæl regnet baglæns for at finde sandsynligheden for en fjeret forfader. Ikke alene afslørede modellen, at forfaderen højst sandsynligt havde skæl – hele slægtstræet skal også ændres.
1. Forfaderen til dinosaurerne havde næppe fjer
Flyveøglerne, pterosaurerne, har deres helt egen gren i slægtstræet og er dermed tættere på dinosaurernes fælles forfader end andre arter. Computersimuleringen tog udgangspunkt i en flyveøgle med en form for fjer på hele kroppen.
Resultatet var, at selv med en fjeret flyveøgle, som går direkte tilbage til forfaderen, var sandsynligheden for en fjeret stamform lille i forhold til en med skæl.
2. Fjerede dinosaurer er opstået flere gange
Computermodellen blev også fodret med de få arter i gruppen af pansrede og hornede dinosaurer, som triceratops og stegosaurus tilhører, der er fundet med fjerlignende vækster.
Det drejer sig bl.a. om Psittacosaurus og Kulindadromeus, som har udvækster, der er meget forskellige fra andre typer fjer. Ifølge computermodellen betyder det enten, at fjerlignende vækster er opstået flere gange uafhængigt af hinanden, eller at de hornede dinosaurer i virkeligheden hører sammen med rovdinosaurerne i slægtstræet.
3. Langhalse og T. rex skal skilles ad
Saurischia er en gruppe med to undergrupper, som ikke minder særlig meget om hinanden: rovdinosaurerne, som også fuglene hører til, og så de store, langhalsede planteædere, sauropoderne. Oprindeligt er de sat sammen i slægtstræet pga. deres hoftestruktur, som har fælles træk. Men forskerne finder nu flere forskelle.
Ifølge computermodellen bør saruopodmorferne skilles ud i en selvstændig gruppe, bl.a. fordi der er fundet masser af fjerlignende vækster hos rovdinosaurerne, men ingen hos sauropodomorferne.
På den måde kunne de genskabe forskellige udviklingslinjer og beregne sandsynligheden for, at de enkelte linjer stemmer overens med virkeligheden.
Modellerne afslørede, at en fælles forfader til dinosaurer og pterosaurer kun med lille sandsynlighed var udstyret med fjer.
“Jeg havde forventet, at når vi modellerede ud fra en pterosaur med protofjer, ville det resultere i, at alle dinosaurer havde fjer. Det overraskede mig, at det ikke var tilfældet,” siger Paul Barrett.
Fjeret puslespilsbrik mangler
Resultatet af computermodellerne afspejler, at der trods de mange fund i de senere år stadig mangler vigtige informationer. Og selvom undersøgelsen afviser en fjeret fælles forfader, mener Paul Barrett, at billedet kan ændre sig.
“Vi er stadig åbne over for, at fjer kan have spillet en vigtig rolle i dinosaurernes samlede historie. Og bare et eller et par fund af tidlige dinosaurer eller slægtninge til dinosaurer med fjer ville ændre vores tilgang afgørende,” siger han.
Tre fund ændrede dinosaurernes udseende
T. rex’ fætter var en dunet dræber
Forskerne mente tidligere, at store dinosaurer ikke havde fjer, da store dyr ikke så let taber varme som små dyr, men i 2012 blev en ni meter lang forgænger til T. rex, Yutyrannus, der levede for ca. 125 millioner år siden, fundet i Kina. Den store rovdinosaur havde primitive, dunagtige fjer, og selvom der endnu ikke er fundet fjeragtige strukturer på T. rex, tyder alt på, at den også havde en form for fjer.
Raptor-fødder var dækket af fjer
Mens fjer ikke kan opstå fra skæl, er det modsatte faktisk muligt. Små rovdinosaurer bliver ofte fremstillet med skællede fødder, men høns, som er dinosaurernes nærmeste nulevende slægtninge, har to slags skæl på fødderne: små, runde krybdyrskæl og nogle større skæl, som har udviklet sig fra fjer. Fossiler fra Liaoning i Kina viser, at blandt andre raptorerne havde fjer helt ud på tæerne.
Triceratops havde børster
Palæontologerne var længe overbeviste om, at den store hornede dinosaur Triceratops var fri for hår eller fjer, men da den er i familie med den langt mindre Psittacosaurus, som havde nogle lange børster på halen, er de nu knap så sikre. Et aftryk af Triceratops’ skind tyder på, at den kan have været udstyret med lignende børster. Forskerne er dog ikke sikre på, at børsterne har noget med fjer at gøre.
Dinosaurernes stamfader opstod i triastiden for 251-200 millioner år siden, og ifølge palæontolog Bent Lindow fra Statens Naturhistoriske Museum i København vil det kræve en solid portion held at finde så gammel en fjer.
”Det bliver svært at finde så gamle fossiler, for der skal helt særlige forhold til at bevare blødt væv. Men det er ikke umuligt – og vi kan jo starte med at lede målrettet efter dem,” siger han til Illustreret Videnskab.
Den nærmeste slægtning til fugle, dinosaurer og flyveøgler er krokodillerne, da de alle tilhører gruppen archosaurer. De første krokodiller opstod netop i triastiden, og selvom de ikke er udstyret med fjer, ligger evnen til at kunne udvikle en fjerpragt i generne på de moderne krokodiller.
Så måske gemmer der sig en fjern, fjeret slægtning til krokodillerne i en aflejring, et fossil, som bare venter på at blive fundet – ligesom Sinosauropteryx for 25 år siden. Der mangler bare en enkelt fjer.