Studium neptačích dinosaurů a obratlovců žijících okolo nich neodmyslitelně zahrnuje výzkum druhohorních sedimentů na všech světových kontinentech a to včetně téměř úplně zamrzlé Antarktidy. Přestože z ní známe už mnohé, na poměry tak nehostinného místa s velmi drsnými podmínkami pro výzkum, fosilie druhohorních živočichů, tak nám stále neposkytla dost dobrý obrázek o pohybu velkých obratlovců této doby, jejich přizpůsobení na měnící se klimatické podmínky i diverzitu jednotlivých skupin a čeledí. V tomto ohledu se musíme do velké míry spoléhat na Austrálii, která s ledovým kontinentem byla spojená ze všech bývalých gondwandských pevnin nejdéle, a proto se často o neptačích dinosaurech z jejího jihu referuje jako o polárních dinosaurech, kteří museli po polovinu roku snášet polární podmínky včetně sněhu, nedostatku potravy a úbytku denního světla. Už dlouho bylo předpokládané, že tito dinosauři byli na toto přizpůsobení daleko lépe než jiné druhy a také vlastnili bohatou vrstvu pernatého integumentu, a nově nalezené jihoaustralské fosilie ho téměř s určitostí potvrzují.

Jedním z předních predátorů australského kontinentu, v době při pozvolnému rozdělení obou pevninských bloků Antarktidy a Austrálie, byl šest metrů dlouhý Australovenator wintonensis ze současného Queenslandu. V době jeho panování už jeho jižní sousedé nemuseli zažívat na druhohory drsné zimy jako několik milionů let předtím, jelikož se vymanili z područí krutých podmínek jižního polárního kruhu. Byli na ně ale skvěle přizpůsobeni, jak ukazují i nové objevy. Kredit: Mark Witton, převzato z jeho Twitteru

Průběh 2. poloviny 20. století provázela v dinosauří paleontologii, která zatím ještě nebyla tímto pojmem označovaná, tzv. dinosauří renesance, kdy se radikálně měnil pohled na tuto skupinu aktivních a energických druhohorních obratlovců. V aktualitách, jako je tato, už bylo podobné téma nastíněno nebo o něm bylo přímo pojednáváno, ale tentokrát se k němu vracím z důvodou, že v jejím průběhu byly po celém světě objevovány paleontologicky velmi hodnotné lokality. Bylo to především na místech, odkud bylo předtím známo pouze několik špatně zachovaných fosilií a více nálezů neptačích dinosaurů odsud nepocházelo nebo je nikdo předtím nehledal.

Takovým územím byla i Austrálie, nejmenší kontinent, přestože už viktoriánští vědci odsud znali fosilie velkých savců a jiných živočichů z doby pleistocénu, tak až na několik vyjímek bylo toto místo pro paleontology zabývajícími se dinosaury nezmapované. Změnilo se to v 80. a 90. letech minulého století, kdy především za působení manželů Richových na slavné lokalitě Dinosaur Cove ve Viktorii bylo objeveno mnoho fosilií zajímavých druhů dinosaurů ze spodní křídy. Tak vznikl i fenomén polárních dinosaurů, jak bylo řečeno v úvodu.

Dosud zatím nebylo prokazatelné, zda někteří (ne-li všichni) tamnější neptačí dinosauři vlastnili pernatý pokryv svého těla, a vlastně celá jižní polokoule je dosud na podobné nálezy až na vyjímky chudá. Bilanci ale změnil objev a popis fosilních per objevených v sedimentech bývalého křídového jezera o stáří přibližně 118 milionů let ležící u malého města Koonwarra ve Viktorii. Nepatřily totiž jen primitivním ptákům, jak se doposud vědci domívali, ale také různým druhům dinosaurů obývající stejnou oblast.

Ačkoliv se o objevech fosilních per referovalo už na počátku 60. let a nedávno v roce 2010 (pro časopis Australian Geographic), tak jim nebyla věnována širší pozornost a byly považovány za pera prehistorických křídových ptáků. Mezinárodní paleontologický tým z evropských a australských vědců, mezi kterými byl i slovenský paleontolog Martin Kundrát nebo již zmínění Thomas a Patricia Vickers-Richovi, ale veškeré tyto nálezy zdokumentoval a jejich výsledkem je studie o ekosystému jednoznačně opeřených dinosaurů za polárním kruhem ve spodní křídě.

Na lokalitě Koonwarra Fossil Bed leží sedimenty dávného křídového jezera, pravděpodobně subalpinského rázu s chladnějším klimatem, takže není divu, že živočichové i s vysokou formou metabolismu žijící okolo něj, byli pokryti pernatým integumentem. Byly zde nalezeny také fosilie specifických druhů ryb (Koonwarria), korýšů (Victalimulus) a také rostlinných pozůstatků původního lesa složeného hlavně z nahosemenných rostlin.

Jak tvrdí paleontolog Benjamin Kear z Uppsalské univerzity, jeden ze spoluautorů studie, tak je tento objev pro výzkum dinosaurů zpoza polárního kruhu i jiných chladných oblastí poměrně zásadní - představuje první prokazatelný případ používání peří k uchování tělesného tepla v takto vysokých zeměpisných šířkách.

Přestože existovalo několik oblastí s podobně chladným klimatem, jako bylo souvrství Yixian a v něm žijící i velcí dinosauři s pernatým pokryvem těla, tak z polárních a subpolárních oblastí jsme dosud nic podobného neznali. Zdejší nalezená, převážně izolovaná, pera byla tedy podrobena řadě mikroskopických a spektroskopických výzkumů se zvláštní pozorností, aby byly zdokumentovány všechny detaily a některé z nich byly mnohem zajímavější než se soudilo.

Již zmíněná paleontoložka a spoluautorka studie, Prof. Patricia Vickers-Richová z Monaschovy univerzity, se nechala slyšet, že na peří zdejších primitivních ptáků jsou vidět dokonce i tak jemné struktury, jako je spojení jednotlivých vláken do letek přítomných u současných ptáků. Toto spojení jednotlivých per pomocí vláken tak svědčí o schopnosti koordinovaného a do jisté míry velmi elegantního způsobu letu, což není u křídových ptáků (zvláště ze spodní křídy) obvyklé.

Naopak nalezené "proto-peří" patří jednoznačně neptačím dinosaurům a podle všeho teropodům. Výše zmíněného Benjamina Keara doplňuje jeho slovenský kolega, spoluautor studie a paleontolog z Univerzity Pavola Jozefa Šafárika v Bratislavě, Martin Kundrát, který se už dříve zabýval primitivními ptáky a jejich peřím jako takovým. Zdůrazňuje jasný závěr o používání těchto per k tepelné izolaci, ale přidává také další zajímavé zjištění.

Vzorky nalezeného peří obsahují zkamenělé melanozomy se stopami po původním pigmentu, které jsou patrné na pouhý pohled a jednotlivé plošky na některých exemplářích se vzájemně barevně odlišují. Jsou tmavší, a přestože nebyla ještě provedena analýza týkající se pouze barevného schématu těchto pírek, tak paleontologové vyslovili názor o tmavém zbarvení původních majitelů.

Podle autorů studie to mohlo souviset s vnitrodruhovou signalizací, maskováním v lesním prostředí nebo také se vstřebáváním potřebného tepla a nebo se všemi třemi scénáři dohromady. V zásadě ale můžeme namítnout, že v zimních měsících by strategie na získávání tepla pomocí tmavého pernatého integumentu nejspíš neuspěla a i u dnešních živočichů existují spíše světlé barvy srsti (samozřejmě ovšem korelující s vrstvami ledu a sněhu v jejich okolí). V úvahu proto přichází především možnost skrytí se v prostředí polární noci, potom by to podpořilo stanovisko, že jde o peří teropodů.

Existuje také několik možností, komu dané peří mohlo patřit, a mezi "nejžhavější" kandidáty patří Timimus hermani nebo juvenilní jedinec některého ze zdejších velkých megaraptoridů, popřípadě jedinec některých diskutabilních teropodů řazených mezi dromeosauridy, ornitomimosaury nebo oviraptorosaury.

Vědci také zkusili v nálezech hledat možné fosilizované biomolekuly, které by o původcích nebo vnitřní stavbě peří více prokázaly. Bohužel ale byly nálezy degradované zvětráváním a pravděpodobně právě při něm se veškeré stopy po případném organickém materiálu vytratily. Naštěstí to ale studii a nálezům neubírá na významu, protože jde o nejen první prokázané peří dinosaurů zpoza jižního polárního kruhu, ale o první dosud známé z celých polárních krajů.

Studie o proto-peří a pravém ptačím peří z rané křídy má tedy svůj nepopiratelný význam a to nejen v australském měřítku. Pomáhá nám rekonstruovat a potvrdit, že dinosauři v této oblasti vlastnili pernatý integument a pravděpodobně jim pomáhal i v době, kdy tu bylo půlročně tepleji a jasněji.

Možná se v dalších letech podaří objevit podobně úžasné nálezy i na jiných místech jako jsou Špicberky, Antarktida nebo severní Eurasie a Amerika, ale bude chtít skutečně velké úsilí paleontologů hledat na dnes takto nehostinných místech. Prozatím ale budou australská pera ze spodní křídy nejdůležitějším ukazatelem toho, jak se nejúžasnější živočichové druhohor studenému klimatu přizpůsobili.

Hlavním předmětem zájmu pro většinu z nás na tomto blogu, ať už v roli mě jako autora nebo vás jako čtenářů, jsou nejspíš neptačí dinosauři a vše, co se točí kolem jejich života, tělesných tvarů, morfologie, anatomie nebo vyhynutí. Paleontologie je v tomto ohledu nádherná věda plná skoro nekonečných možností výzkumu a dalších nových hypotéz, které nám výrazně přibližují podobu těchto nejúžasnějších tvorů, jaké kdy Země nosila, ačkoliv je stále musíme inovovat a spřesňovat. Moderní technologie jsou v tomto ohledu nepostradatelným průvodcem a jejich průkopníkem je už od počátků, alespoň co si pamatuji, Prof. Lawrence "Larry" Witmer z Ohioské univerzity zkoumající rozličné vyhynulé tvory a hlavně dinosaury pomocí počítačové tomografie. Ta nám odkrývá velké množství detailů na kostech a už dlouhou dobu pomáhá při objasňování jejich záhad. Witmer, také ve spolupráci s kolegou Rudgerem Porterem, právě díky ní přednesl hypotézu o možné rozdílném způsobu dýchání a prokrvení u jednotlivých skupiny neptačích dinosaurů.

Rekonstrukce hlavy a přibližná velikost jihoamerického ptakopánvého dinosaura ze střední jury, rodu Isaberrysaura, který mohl stát na rozhraní ve stylu dýchání mezi primitivními ptakopánvými a stegosauridními tyreoforany. Právě tyto, ve svých skupinách, bazální druhy mohou dloužit jako velmi dobrá vodítka při zkoumání evoluce plic a regulace tělesné teploty u různých skupin dinosaurů. Zmíněná studie na tuto problematiku pohlíží zatím novým a revolučním pohledem, který by mohl vyřešit i otazníky týkající se třeba systematiky dinosaurů. Kredit: Joschua Knuppe, převzato z DeviantArt

Neptačí dinosauři byli ohromně různorodou skupinou, co se týče všech tvarů, velikostí, adaptací na různé prostředí nebo stylů pohybu - to nejsme ani v desetině výčtu veškerých úžasných rysů celé této skupiny. Delší dobu také víme o existenci pneumatizovaných kostí u některých skupin a konkrétních druhů dinosaurů, které svědčí o existenci vzdušných vaků jako u současných ptačích dinosaurů (Avialae), a dotváří pohled na tyto živočichy jako na nesmírně dynamické a teplokrevné tvory schopné úžasně rychlého reagování (vyjma třeba velkých tyreoforanů nebo sauropodů) a pohybů. A zdá se, že právě vzdušné vaky a respirace mohla do velké míry ovlivnit vnitřní teplotu dinosaurů.

Je to vlastně velmi jednoduchů a logické, protože i dnešní živočichové mají různé styly změny své tělesné teploty pro potřeby se ochladit nebo naopak oteplit. Do extrémů mohl tento efekt dojít třeba u pelykosaurů (Pelycosauria) jako byl známý Dimetrodon s jeho hřbetní plachtou, ale tyto struktury nejsou už dnes uznávány jako regulátory tělesného tepla. Zvláště u velkých dinosaurů ale hrozilo smrtelné přehřátí organismů, což třeba můžeme často slýchávat kolem známého T-rexe, o kterém se ale ukázalo, že vlastnil důmyslnou "klimatizaci" uvnitř hlavy.

Podobné anatomické struktury nebo uzpůsobení ale zatím u většiny ostatních neptačích dinosaurů neznáme, což vedlo hlavního autora studie Rudgera Portera a spoluautora Prof. Lawrence Witmera, kteří se oba podíleli na studii o tyranosauří klimatizaci, k hledání míst a anatomických adaptací pro ochlazování mozku u velkých druhů dinosaurů jako stegosaurů, ankylosaurů, gigantických teropodů a samozřejmně i sauropodů. Jako modelové organismy použili současné ptáky a plazy, zaměřili se hlavně na nozdry, oči a tlamu, kudy regulují teplo i modelové skupiny.

Nebyl to náhodný výběr, protože oba vědci (po prozkoumání uhynulých exemplářů plazů a ptáků a také podle vlastní zkušenosti) věděli, že v těchto místech jsou široká rozvětvení krevních cév a tepen. Krev tedy může být ochlazena nebo oteplena podle potřeby a v této podobě se dopravuje k mozku. A cévy zanechávají v kostech drobné rýhování, které mohlo být zjištěno právě pomocí CT skenu.

Jejich "přečtení" na fosiliích neptačích dinosaurů vědce utvrdilo přinejmenším v tom, že tento aparát vlastnili stejně tak a mohli s ním umět velice dobře hospodařit. Navíc mohli, podle přesného snímkování, odhadnout přibližný průtok krve a jeho dopady na fyziologii živého tvora. Mimo přiblížení dinosauří respirace to také může objasnit otázku přizpůsobení různých druhů velkých dinosaurů na různá prostředí prostřednictvím právě respiračního aparátu.

A je to velice zajímavé, protože, jak ukázaly jiné studie z dřívějších let (Bourke et. al., 2018 - také se podíleli oba autoři studie), tak například pachycefalosauři jako Stegoceras měli vyvážený aparát pro výměnu tepla bez výrazných výkyvů v určitých oblastech těla. Sauropodi jako Camarasaurus nebo ankylosauři, kupříkladu, ale měli naprosto odlišný vozrec, kde prokrvení hlavy sloužilo jako klimatizace, protože na vyživení cév to mnohonásobně stačilo. Ani tam však vědci neskončili.

Dalším objektem jejich zájmu byl výzkum, který způsob dýchání a ochlazování krve u jednotlivých skupin převažoval. Sice tedy, jestli se například ona skupina dinosaurů ochlatovala pomocí nosních přepážek nebo tlamy.

Ukázalo se něco, co by dost dobře vysvětluje velikost a složitost nosních přepážek u ankylosaurů, tedy že tito dinosauři využívali skoro jen nos k regulaci své tělesné teploty. Je to logické, jejich tlama byla široká, ale po většinu svého času nejspíš zavřená, a oči byly malé a kryté víčky někdy i s kostěnou destičkou. O ušních boltcích nemluvě. Toto je tedy možný důvod pro evoluci tak složitých nosních přepážek u této skupiny dinosaurů a je mnohem více prozaický, než se někteří v minulosti domívali (například přisuzování složitosti těchto struktur k vývoji po zhoršení ovzduší za činnosti civilizace dinosauroidů na konci křídy).

Sauropodi naopak často využívali i svou tlamu k regulaci teploty, mimo svého čenichu. Zvláštní útvary jako jsou u čeledi Rebbachisauridae, tedy třeba hlava ve tvaru vysavače jako u rodu Nigersaurus, mohly tedy hojně sloužit jako regulátory tělesného tepla. Sám Rudger se nechal slyšet, že sauropodi s otevřenou tlamou lapající po dechu nejspíš nebyli nevšedním dějem.

A studie přinesla i další zajímavé zjištění. Teropodi měli taktéž vyvážený aparát pro výměnu tepla podobně jako menší druhy dinosaurů. Jenže, jak uvádí Prof. Witmer, tak tento způsob byl naprosto jinou obdobou toho samého ochlazování, který je zpočátku velmi zarazill. Teropodi ale měli pro změnu větší bohatě prokrvené dutiny pro dýchání nosem a ty se aktivovaly při každém výdechu a nádechu tlamou, při jejím otevření. To bylo skutečně nečekané, Witmer to shrnuje slovy, že teropodi na stejný problém nalezli jiné řešení.

Studie je uzavřena výhledem do budoucna - vědci teď budou zkoumat stejné jevy u ceratopsidů a ornitopodů s ohledem na fakt, že způsoby ochlazování těla pomocí nosu, tlamy nebo očí mohly ovlivnit i jejich preferovaná stanoviště. Uvidíme tedy, co zajímavého nám další výzkum ohledně dinosauří respirace přinese.

Paleontologie a evoluční biologie jsou vláštní a ošemetné vědecké obory, které nenechávaly angažované chladné už od počátků jejich existence. Nejprve byli paleontologové a laická veřejnost fascinováni velikostí, podivností nebo úžasností vyhynulých tvorů, ovšem hned na to se začaly ukazovat velmi atraktivní pohledy na minulost a vývoj života na Zemi. A několikrát už paleontologická veřejnost prostřednictvím seriózních studií a diskuzí narazila na kopulaci prehistorických forem života, dokonce existují i takové extrémy jako výzkumník Beverly Halstead předvádějí kopulující neptačí dinosaury na svých přednáškách. Každopádně podobného tématu se drží i nová vědecká studie paleontologa Barryho G. Lovegrovea z Chicagské univerzity, která přináší i světlo o evolučním původu našeho vlastního druhu a to konkrétně při hledání příčiny noční aktivity našich savčích předků v triasu. Podle jeho hypotézy mohla totiž souviset s naprosto jinou příčinou, než tou dosud uznávanou. Sice by měla souviset s vývojem savčích varlat.

Drobný savcotvárný synapsid druhu Stereognathus ooliticus patřil k nejbližším příbuzným pravých savců a právě jeden z těchto druhů už mohl projít proměnou pohlavních organů v závislosti na změně aktivity z denní na noční. Čeleď Tritylodontidae, do které tento střednějurský tvor patřil, tedy patrně sdílela "inovace" ve vývoji samčích pohlavních organů podobně jako praví savci a to kvůli optimální teplotě pro vývoj pohlavních buněk. Kredit: Mark Witton, převzato z jeho blogu

Bez ohledu na fakt, jak toto téma může být pro určitou část veřejnosti choulostivé, tak paleontologii částečně zajímá i rozmnožování vyhynulých organismů způsoby jejich kopulace a podoba nebo rozměry jejich pohlavních orgánů. Tentedence k pochopení tohoto přirozeného děje vidíme především u hlavních protagonistů minulosti a sice neptačích dinosaurů, jenže u mnohých dalších skupin by mohl objasnit dosud nerozuzlené skutečnosti spojené s jejich reprodukcí, úspěšností jako druhů nebo otázkou vývoje některých skupin. A, jak se ukazuje, tak právě pohlavní orgány a vývoj spolu mohly korelovat v docela výstřední, ale důležité problematice, která se týká všech současných savců.

Základem je pochopení evoluce terapsidů ve skutečné savce, kde narážíme na fakt, že po velkém permském vymírání druhů už tito různorodí živočichové ztrácejí výchozí pozice v ekosystémech a zůstává pouze několik čeledí (vyjma třeba nadčeledi Dicynodontoidea), které žijí po boku daleko větších archosaurů všech různých skupin od býložravých etosaurů po velké rauisuchidy, erytrosuchidy a později i první neptačí dinosaury. A právě tato konkurence byla dlouhou dobu pokládána za hlavní příčinu převážně nočního stylu života, který přenesli vývojem i na savce.

Hypotéza o vzájemné konkurenci obou skupin a postupného přesunutí terapsidů za nátlaku větších dravců do nočního způsobu života je nejen logická, ale jedná se o jev, který se v minulosti opakuje. Americký paleontolog Barry Lovegrove ale přichází ještě s dalším důvodem, který je také přirozenou a logickou záležitostí, byť je trochu takříkajíc peprný.

Vypracoval hypotézu, která se opírá o fyziologické limity terapsidů spojené s udržením jejich vlastního druhu, protože jejich velikost se po velkém permském vymírání znatelně zmenšila. A právě to mohlo souviset i s přechodem na převážně noční způsob života.

Víme, že terapsidi byli teplokrevnými tvory, což dokazují fosilie zkamenělého trusu pozdně permských terapsidů s přítomnou srstí, pozůstatky po tzv. Haversově systému sdíleném obratlovci s vysokým stupněm metabolismu a jiné doklady, takže po zmenšení velikosti uchovávali své tělesné teplo daleko delší dobu a účinněji. Přestože jejich energetické nároky na lov potravy, pohyb a skrývání se před predátory byly vysoké, stále jim zůstávalo mnoho tělesného tepla a to především v době spánku.

Podle výše zmíněné hypotézy pak právě navýšená tělesná teplota a vysoká teplota během spodního až svrchního triasu mohla vést k noční aktivitě, kdy teplota klesla a terapsidi mohli lépe s teplem hospodařit. Stručněji řečeno, nepřehřívali se a to jim zajistilo další přežítí v rámci celé skupiny, čeledí a druhů. Zvášená tělesná teplota s kombinací obrovských teplot během dnů v triasu totiž mohla vést k přehřátí pohlavním buněk terapsidů a tedy následné neplodnosti. Protože podobné podmínky panovaly v triasu globálně, těmto živočichům by při nehospodaření s teplem hrozilo zaniknutí kvůli neplodnosti.

Jak Lovegrove uvádí, varlata samců terapsidů mohla snést teplotu do asi třiceti čtyř stupňů Celsia, pokud byla tato teplota přesažena, tak to ovlivnilo zrání spermií a mohlo vést až k neplodnsti. Navíc stále neměli šourek, tedy riziko tvorby většího množství volných radikálů ve varlatech se zvětšovalo a tím i klesala plodnost samců terapsidů.

Noční způsob života ale mohl tyto skutečnosti kompenzovat. Tělesná teplota terapsidů a noční teploty dosahovaly takových hodnot, které bez problémů umožnily spermiím vhodné podmínky k vývoji, plodnost a budoucnost druhů tedy byla zabezpečena.

Přestože to může znít zvláštně, první savci a jim příbuzní synapsidi mohli přežít právě kvůli potřebě se rozmnožovat, ovšem způsobem přechodu na noční způsob života, kdy bylo v okolí i méně dravců. Správné podmínky a teplota jejich spermiím umožnila vývoj bez problémů a tedy šance na udržení další generace byly velké. Tato hypotéza sice může vypadat poněkud divně a možná i směšně, ale vlastně se nevymiká žádnému principu vývoje známému i z dnešní přírody a sama osobě je tedy vysoce pravděpodobná.