دایناسورها چگونه به پرندگان امروزی تبدیل شدند؟ - تصاویر روند تدریجی پر و دست در آرکیوپتریکس

آکایران :مجله دیجی کالا - مهدی مومن زاده: احتمالا بارها شنیده اید که پرندگان امروزی، در حقیقت از نوادگان دایناسور ها هستند. دایناسور های غول پیکری که برای میلیون ها سال بر زمین حکمرانی می کردند و در یک فاجعه ی بزرگ منقرض شدند.
 ولی چگونه آن جانوران عظیم الجثه آب رفتند و تبدیل به پرنده های کوچک و زیبای رنگارنگی شدند که نه تنها در جنگل و حیات وحش، بلکه در شهرها با ما زندگی می کنند؟ فرایند تکامل و انتخاب طبیعی، چرا و چگونه این پرندگان را بوجود آورد؟

تصاویر روند تدریجی پر و دست در آرکیوپتریکس

برگزیده ها: ها چگونه به پرندگان امروزی تبدیل شدند؟

پرندگان امروزی، از گروهی از دایناسور ها به نام «تراپودها» (Therapods) بوجود آمدند. از جمله اعضای مشهور این گروه می توان به «تیرانوزاروس رکس» (Tyrannosaurus Rex) و «ولوسیراپتورها» (Velociraptors) اشاره کرد.
بنا به گزارش برگزیده ها :  تراپودها بیشتر به گروهی از دایناسور های پرنده به نام «ایوین ها» (Avians) نزدیک هستند که بین ۴۵ تا ۲۳۰ کیلوگرم وزن داشتند.
این دایناسور ها که نسبت به پرندگان امروزی کاملا غول پیکر بودند، پوزه ی بلند و دندان های بزرگ داشتند و البته مغز آن ها خیلی کوچک بود. برای مثال، ولوسیرپتور جمجمه ای به اندازه ی جمجمه ی یک کایوت و مغزی به زحمت به اندازه ی مغز یک کبوتر داشته است.
برای دهه ها، از نظر دیرینه شناسان تنها حلقه ی اتصال فسیلی بین دایناسور ها و پرندگان، «آرکئوپتریکس» (Archaeopteryx) بود. یک موجود ترکیبی با بال های پردار مثل پرندگان امروزی، ولی دارای دندان و دم شبیه به دایناسور ها. به نظر می رسد که این حیوانات، ویژگی های شبیه به پرندگان امروزی، یعنی پر، بال و پرواز را تنها در عرض ۱۰ میلیون سال کسب کرده باشند. در مقیاس تکامل و انتخاب طبیعی، این زمانی کوتاه به حساب می آید.
 «مایکل بنتون» (Michael Benton)، که یک دیرینه شناس از دانشگاه بریستول در انگلیس است می گوید: «زمانی به نظر می رسید که آرکئوپتریکس به صورت تمام عیار با ویژگی های پرندگان امروزی بوجود آمده باشد.»
برای توضیح این دگردیسی شگفت انگیز، دانشمندان به یک نظریه به نام «هیولاهای امیدوار» (Hopeful Monsters) مراجعه کردند. طبق این ایده، جهش های بزرگ تکامل ی نیازمند تغییرات چشمگیر ژنتیکی هستند که از نظر کیفی با اصلاحات روتین در یک گونه تفاوت دارند.
 طبق این نظریه، فقط با چنین تغییرات بزرگ در مدت زمان کوتاه است که یک تراپود ۱۴۰ کیلوگرمی می تواند تبدیل به پرنده ی کوچک ماقبل تاریخی به نام «ایبرومزورنیس» (Iberomesornis) که اندازه ی یک گنجشک بود شود.

پیشتر تصور می شد که دایناسور ها با یک جهش تکامل ی به پرنده ها تبدیل شدند. ولی اکنون مشخص شده که فرایند تکامل خیلی تدریجی بوده است.

با این حال، به مرور زمان مشخص شده که فرایند تبدیل شدن دایناسور ها به پرندگان می تواند خیلی تدریجی و غیر انقلابی باشد.
اکتشافات جدید نشان می دهد که ویژگی های مخصوص پرندگان مثل پر، خیلی قبل تر از تکامل پرندگان ظهور کرده است.
 این بیان می کند که پرندگان در حقیقت برای یک سری ابزار و ویژگی ها که قبلا وجود داشته، استفاده ی جدیدی پیدا کردند. پژوهش های اخیر نشان می دهد که یک سری تغییرات ساده نقش اساسی در تبدیل نهایی دایناسور ها به پرندگان امروزی بازی کرده است.
از جمله ی این تغییرات ساده می توان به جمجمه ی پرندگان اشاره کرد که خیلی شبیه به نوزاد دایناسور ها است. نه تنها پرندگان امروزی از دایناسور ها خیلی کوچک تر هستند، بلکه شباهت خیلی زیادی به جنین دایناسور ها دارند.
یک جهش شبح وار
در دهه ی ۹۰ میلادی، فسیل های دایناسور زیادی در چین کشف شد که پرده از یک واقعیت جالب بر می داشت. هرچند که بسیاری از این فسیل ها فاقد بال بودند، ولی آرایش کاملی از پرها داشتند. از کرک های کوچک گرفته تا پرهای قلم دار.
 کشف این چنین جانوران میانی که فضای خالی میان همه ی اکتشافات فسیلی پراکنده تا آن زمان را پر می کرد، باعث شد که تصور دیرینه شناسان درباره ی تبدیل شدن دایناسور ها به پرندگان عوض شود.
پرها که زمانی تصور می شد مختص پرندگان هستند، در حقیقت خیلی قبل تر از پیدایش آن ها در دایناسور ها تکامل یافته بودند.
تحلیل های پیچیده ی جدید روی فسیل ها که در آن ردیابی تغییرات ساختاری و ترسیم نحوه ی ارتباط نمونه ها با یکدیگر انجام شده است، بر این ایده که ویژگی های پرنده سانی در یک دوره ی زمانی طولانی بوجود آمده است صحه می گذارد.
در پژوهشی که پاییز سال گذشته در «کرنت بیولوژی» (Current Biology) منتشر شد، دیرینه شناسی از دانشگاه ادینبورگ در اسکاتلند به نام «استفان بروسات» (Stephen Brusatte)، فسیل های «کوئلوروساروها» (Coelurosaurs) که در حقیقت زیر گروهی از تراپودها هستند را آزمایش کرد.
 آرکئوپتریکس و پرندگان امروزی از این زیرگروه بوجود آمده اند. او در طول زمان تغییرات در یک سری ویژگی های اسکلتی را دنبال کرد و متوجه شد که هیچ جهش بزرگی که منجر به تفاوت فاحش بین پرندگان و دیگر کوئلوساروها بشود وجود ندارد.
او می گوید: «پرنده ها یک شبه از تیرانوزاروس رکس بوجود نیامدند. در عوض، ویژگی های کلاسیک پرندگان یکی یکی تکامل یافت. اول حرکت بر روی دو پا، سپس پرها، استخوان جناق سینه ، پرهای پیچیده تر مثل آن هایی که قلم دار هستند و سپس بال ها.
نتیجه ی نهایی، گذار بی نقص از دایناسور به پرنده است. آن قدر بی نقص و تمیز که تقریبا نمی توانید خطی در جدایی این دو گروه از یکدیگر بکشید.»

پرنده ها یک شبه از تیرانوزاروس رکس بوجود نیامدند. در عوض، ویژگی های کلاسیک پرندگان یکی یکی تکامل یافت.

وقتی که همه ی این ویژگی ها کنار هم قرار گرفتند، پرنده ها از زمین بلند شدند و پرواز کردند. مطالعات بروسات بر روی کوئلوروساروها نشان می دهد که وقتی آرکئوپتریکس و دیگر پرندگان باستانی بوجود آمدند، خیلی سریع تر از دیگر دایناسور ها شروع به تکامل یافتن کردند.
 نظریه ی هیولای امیدوار چیزی کاملا برعکس را می گوید: تکامل ناگهانی پرندگان را بوجود نیاورد، بلکه پرندگان تکامل ناگهانی را بوجود آوردند.
 بروسات می گوید: «به نظر می رسد که پرندگان به یک راه حل خوب در ویژگی های جسمانی و بوم شناختی رسیدند. اینکه پرواز کنند و کوچک باشند. این منجر به یک انفجار تکامل ی شد.»
اهمیت کوچک بودن
هرچند که ممکن است بیشتر مردم از پر و بال به عنوان ویژگی اصلی تمایز دهنده ی پرندگان از دایناسور ها نام ببرند، ولی قد و قامت کوچک آن ها نیز اهمیت زیادی دارد. تحقیقات جدید نشان می دهد که اجداد پرندگان خیلی زود آب رفتند.
 بدین معنی که کوچک بودن یک مزیت بزرگ برای آن ها حساب می شده و به طور کلی قسمتی مهم از فرایند تکامل پرندگان بوده است.
 مثل دیگر ویژگی های پرندگان، کوچک شدن ابعاد نیز خیلی قبل تر از اینکه پرندگان بوجود آیند شروع شده است. تحقیقی که سال گذشته در ساینس منتشر شد، نشان داد که فرایند کوچک شدن خیلی زودتر از آن که دانشمندان تصور می کردند شروع شده است.
 بعضی از کوئلوروساروس ها از حدود ۲۰۰ میلیون سال پیش، یعنی ۵۰ میلیون سال قبل از بوجود آمدن آرکئوپتریکس ها شروع به کوچک شدن کرده بودند.
در آن زمان، بسیاری از دایناسور ها همچنان در حال بزرگ تر شدن بودند. بنتون می گوید:«کوچک شدن خیلی غیر عادی است. به خصوص میان دایناسور ها»
وقتی که اجداد پرندگان بال درآوردند و پرواز به صورت شناور شدن بر روی هوا را آموختند، فرایند کوچک شدن آن ها تسریع شد. سال گذشته گروه بنتون نشان داد که یک گروه از دایناسور ها به نام «پاراوس» (Paraves) حدود ۱۶۰ بار سریع تر از بزرگ شدن دیگر دایناسور ها در حال کوچک شدن بود! بنتون می گوید: «در حالی که دیگر دایناسور ها در حال بزرگ و زشت شدن بودند، این گروه از دایناسور ها مرتب کوچک می شدند. ما اعتقاد داریم که در این هنگام یک انتخاب طبیعی بزرگ انجام می گرفت.»

یک گروه از دایناسور ها به نام «پاراوس» حدود ۱۶۰ بار سریع تر از بزرگ شدن دیگر دایناسور ها در حال کوچک شدن بود

این کوچک شدن سریع نشان می دهد که پرندگان کوچکتر دارای مزیت رقابتی خیلی زیاد نسبت به پرندگان بزرگ بوده اند.
 بروسات می گوید:«ممکن است این کاهش اندازه به یافتن مکان های زندگی جدید، روش های زندگی جدید یا اصلا تغییرات فیزیولوژیکی و رشد ختم می شده است.»
بنتون فکر می کند که احتمالا وقتی که اجداد پرندگان بالای درخت ها زندگی کردند این کوچک شدن تبدیل به مزیت شد. درخت ها می توانستند غذا و ایمنی آن ها را تامین کنند.
ولی دلیل کوچک شدن هرچه که باشد، کوچک بودن ابعاد مزیتی بزرگ در پرواز به حساب می آید. هرچند که حیوانات بزرگتر می توانند بر روی هوا شناور شوند و اصطلاحا گلاید کنند، پرواز واقعی با استفاده از بال زدن نیازمند نسبت خاصی از ابعاد بال به وزن است. پرندگان باید پیش از پرواز کردن به صورت واقعی و فراتر از شناور شدن بر روی هوا، کوچک می شدند.
چهره ی بچه گانه
در سال ۲۰۰۸، زیست شناسی از دانشگاه هاروارد به نام «آرخات آبژانوف» (Arkhat Abzhanov) در حال تحقیق بر روی تخم تمساح بود. از آن جا که تمساح ها دارای اجداد مشترک با دایناسور ها هستند، می توانند مقایسه ی تکامل ی خیلی خوبی با پرندگان باشند.
برخلاف ظاهر، پرندگان در مقایسه با مارمولک ها شباهت بیشتری به تمساح ها دارند. آبژانوف بر روی مهره های دایناسور ها هم تحقیق می کرد و چیزی که خیلی برای او شگفت انگیز بود، شکل سر تمساح ها است که شباهت زیادی به سر پرندگان دارد.
 جنین تمساح هم شباهت زیادی به مرغ خانگی دارد. جمجمه ی فسیل شده ی نوزاد دایناسور ها هم این الگو را نشان می دهد. آن ها خیلی شبیه به پرندگان بالغ هستند. با این مشاهدات، آبژانوف به این ایده رسید که شاید پرنده ها با ربودن الگوی رشد روزهای اول زندگی دایناسور ها تکامل یافته اند.
برای آزمایش این نظریه، آبژانوف و یک دیرینه شناس از موزه ی تاریخ طبیعی آمریکا در نیویورک به نام «مارک نورل» (Mark Norell) به همراه دیگر همکارانش، داده های فسیلی را از نقاط مختلف دنیا جمع آوری کردند.
 این داده ها شامل پرندگان باستانی، مثل آرکئوپتریکس و تخم های فسیل شده ی دایناسور های در حال رشد که در آشیانه مرده بودند می شد. آن ها چگونگی تغییر شکل جمجمه، وقتی که دایناسور ها در حال تبدیل شدن به پرنده بودند را دنبال کردند.
آن ها به مرور زمان متوجه شدند که در فرایند تبدیل شدن دایناسور به پرنده، صورت دچار افتادگی می شود و در عوض چشم ها، مغز و منقار رشد می کند. آبژانوف می گوید: «پرندگان اولیه تقریبا شبیه به آخرین جنین های دایناسور های ولوسیپراتور بودند.
پرندگان امروزی چهره ی بچه گانه تری دارند و صورت آن ها نسبت به دوران جنینی تغییر کمتری می کند. در نگاه اول، پرندگان شبیه بچه دایناسور هایی به نظر می آیند که می توانند تولید مثل کنند.

در نگاه اول، پرندگان شبیه بچه دایناسور هایی به نظر می آیند که می توانند تولید مثل کنند.

این فرایند که «پدومورفوسیس» (Paedomorphosis) یا حفظ خصوصیات دوران قبل از بلوغ برای مدت طولانی نام دارد، یک راه تکامل ی خیلی بهینه است.
 یک زیست شناس از دانشگاه کالیفرنیا به نام «نیپام پتل» (Nipam Patel) می گوید: «به جای اینکه یک چیز جدید خلق بشود، چیزی که تا به حال وجود داشته فقط ارتقاء یافته است.» «بولار» (Bhullar) که پاییز امسال آزمایشگاه خودش در دانشگاه ییل را راه اندازی می کند می گوید: «ما روز به روز شاهد این هستیم که تکامل خیلی زیبا و شکیل تر از آن چه پیشتر تصور می کردیم عمل می کند.
 تغییرات زیادی که در جمجمه ی پرنده ایجاد می شود مدیون پدومورفوسیس است. مدیون یک سری تغییرات مولکولی در دوران جنینی.»
چرا پدومورفوسیس در تکامل پرندگان اهمیت دارد؟ این ممکن است به کوچک شدن یا عکس آن کمک کند. تغییر اندازه گاهی اوقات می تواند به تغییرات رشد منجر شود. بنابراین انتخاب جثه ی کوچک می تواند از تبدیل شدن به فرم ظاهری بزرگسالانه جلوگیری کند.
بنتون می گوید: «یکی از راه های خیلی خوب کوتاه کردن توالی رشد این است که در کوچکی از رشد کردن جلوگیری کنیم.» جمجمه ی بچه گانه در بزرگسالان می تواند مغز بزرگتر پرندگان را نیز توضیح دهد، چرا که معمولا سر بچه ی حیوانات نسبت به بدنشان در مقایسه با حیوانات بزرگسال اندازه ی بزرگتری دارد. بنتون می گوید: «یکی از راه های خیلی خوب برای بزرگ شدن اندازه ی مغز این است که اندازه ی کودکی را در دوران بلوغ حفظ کنیم.
در حقیقت پدومورفوسیس می تواند زمینه ساز یک سری انتقالات بزرگ در تکامل ، حتی در پستان داران و انسان شود. جمجمه های بزرگ ما در مقایسه با جمجمه ی شامپانزه ها می تواند نتیجه ی پدومورفوسیس باشد.
پیدایش منقار
مشکل مطالعه ی پدیده هایی که در طی تکامل اتفاق افتاده این است که فهمیدن اینکه تا به حال چه رخ داده سخت است. در حقیقت دانشمندان هیچ وقت نمی توانند چگونگی تبدیل شدن دایناسور ها به پرندگان را دقیقا متوجه شوند یا دریابند که برای این تبدیل چه ویژگی هایی ضروری بوده است.
 ولی با ترکیب سه حوزه ی تکامل ، ژنتیک و زیست شناسی رشد، آن ها اکنون می توانند بفهمند که ویژگی های مشخص چگونه بوجود آمده اند.
یکی از حوزه های مورد علاقه ی آبژانوف، منقار پرندگان است. منقار یکی از ابزارهای مهم پرنده برای یافتن غذا، نظافت، ساختن لانه و نگهداری از جوجه ها است.
 او می گوید که عامل موفقیت زیاد پرندگان فقط پرواز نبوده و بلکه منقار آن ها نیز در این موفقیت نقش اساسی داشته است. او می گوید:«پرندگان امروزی یک جفت انگشت بر روی صورت خود درآوردند.»
به کمک دید عمیقی که در تکامل پرندگان بوجود آمده است، آبژانوف و همکارانش می توانند به مکانیسم ژنتیکی دقیق بوجود آمدن منقار دست یابند.
در پژوهشی جدید که ماه گذشته در «اوولوشن» (Evolution) منتشر شد، محققان نشان دادند که تنها چند تغییر ژنتیکی کوچک می تواند چهره ی یک پرنده را شبیه به دایناسور بکند.
در پرندگان امروزی، دو استخوان به نام استخوان های «پریماکسیلاری» (Premaxillary) به یکدیگر جوش می خورند تا منقار را بسازند.
 این ساختار کاملا متفاوت از ساختاری است که در دایناسور ها، تمساح ها، پرندگان باستانی و بیشتر دیگر مهره داران وجود دارد. در همه ی این جانوران، این دو استخوان جدا از هم هستند و پوزه را می سازند.
 برای مشخص کردن اینکه چرا چنین تغییری رخ داده است، محققان به بررسی دو ژن که در شکل گیری این دو استخوان در حیوانات مختلف نقش دارند پرداخته اند. این حیوانات شامل تمساح، مرغ، موش، مارمولک و لاک پشت می شوند.
آن ها متوجه شدند که خزندگان و پستان داران دارای دو تکه ی فعالیت (Patches of Activity) در دو سوی حفره ی بینی در حال رشد خود هستند.
 پرنده ها دارای تک لکه ی بزرگتری هستند که در جلوی صورت آن ها رشد می کند. محققان می گویند که الگوی تمساح ها می تواند به عنوان یک واسط برای دایناسور ها عمل کند، چرا که تمساح ها تقریبا همان پوزه و استخوان های پریماکسیلاری را دارند.
 محققان سپس در جنین پرنده ای خاص با اعمال یک ماده ی شیمیایی، از تاثیر ژنی که منقار را در صورت او بوجود می آورد جلوگیری کردند. در ضمن برای رعایت مسائل اخلاقی نگذاشتند که جوجه از تخم خارج شود.

منقار یکی از ابزارهای مهم پرنده برای یافتن غذا، نظافت، ساختن لانه و نگهداری از جوجه ها است

نتیجه اینکه جنین هایی که از رشد منقار در آن ها جلوگیری شده بود دارای صورت هایی بیشتر شبیه به دایناسور ها بودند.
یک دیرینه شناس از دانشگاه تگزاس به نام «تیموتی رووه» (Timothy Rowe) می گوید:«آن ها توانستند جنین یک پرنده را تبدیل به چیزی کنند که شبیه به دایناسور های منقرض شده است.» یافته ها نشان می دهد که چگونه تغییرات مولکولی کوچک می تواند تغییرات ساختاری بزرگ ایجاد کند.
 آبژانوف می گوید:«از ابزارهای کنونی به صورتی نوین برای ساختن یک چهره ی کامل جدید استفاده کنید» او ادامه می دهد:«آن ها یک ژن یا راه جدید را اختراع نکردند، آن ها فقط یک ژن موجود را تغییر دادند.»
مثل مطالعات بروسات و دیگران، کار آبژانوف نظریه ی هیولای امیدوار را به چالش می کشد. البته او این کار را در ابعاد ژنتیکی انجام می دهد. بوجود آمدن منقار نیازمند یک جهش تکامل ی خاص یا تغییر ژنتیکی گستره نیست.
در عوض آبژانوف نشان داد همان نیروهایی که ریز تکامل (تغییرات کوچک در گونه ها) را بوجود می آورد، درشت تکامل را هم ایجاد می کند. تکامل ویژگی های جدید و گروه جدیدی از گونه ها.
مشخصا تغییرات کوچک در تنظیم ژن ها، هم به پیدایش منقار (که در طی میلیون ها سال تکامل یافت) و هم اشکال گوناگون منقار پرندگان که می تواند طی چند نسل تغییر کند منجر شد.
 آبژانوف می گوید: «ما نشان دادیم که تغییرات تنظیمی کوچک می تواند به یک اثر بزرگ تبدیل شود.» بولار و آبژانوف قصد دارند که در چگونگی تکامل منقار و جمجمه ی پرندگان تعمق بیشتری کنند.
آن ها این کار را با استفاده از روش دست بردن در ویژگی های جمجمه و مغز انجام می دهند. بولار می گوید: «ما تازه این کار را شروع کرده ایم.»
,