De nieuwe veren van de keizer - Sander Voormolen

TUSSEN GEVEDERDE DINOSAURUSSEN EN VOGELS GAAPT NOG EEN DIEPE KLOOF

Moderne vogels stammen af van de dinosauriërs, vinden bijna alle paleontologen. Maar harde fossiele bewijzen ontbreken.

Uit het niets duikt de oervogel Archaeopteryx op in het `fossiele archief'. Bijna honderdvijftig jaar na de ontdekking van het eerste Archaeopteryx-fossiel in de leisteenafzettingen nabij het Beierse Solnhofen, staat de eerste levensvorm die met zekerheid tot de vogels gerekend kan worden nog steeds alleen in de evolutie. Archaeopteryx had enkele vogelachtige skeletkenmerken, een volledig ontwikkeld verenkleed en kon waarschijnlijk enigzins vliegen. Maar voor en na deze oervogel van 150 miljoen jaar oud gapen grote leegtes in de stamboom. Ook de recente opzienbarende vondsten van dinosaurussen met veren in China hebben daaraan niets kunnen veranderen.
 

Onderschrift:
Uiterst links Sinosauropteryx prima Boven Caudipterix zoui Rechts Protarchaeopteryx robusta. ILLUSTRATIES DANN PIGDON
Foto-onderschrift:
Fossiel van een nog niet benoemde dromaeosaurus uit Liaoning. Het is tot op heden het best bewaard gebleven dinosaurusfossiel met veren. FOTO'S AMNH Artistieke impressie van hoe Microraptor zhaoianus moet hebben geleefd. ILLUSTRATIE DINOPRESS


``Er zijn nog veel missing links'', zegt Lars van den Hoek Ostende, paleontoloog bij het Nationaal Natuurhistorisch Museum Naturalis in Leiden. ``Het fossiele archief is erg onvolledig. Nog steeds is de voorouder van Archaeopteryx niet gevonden. De vogelachtige dinosaurussen die er het meest op lijken leefden later dan Archaeopteryx. Tussen deze beesten en Archaeopteryx zijn wel morfologische lijnen te trekken, maar helaas geen evolutionaire afstammingslijnen.''

De Leidse paleontoloog rekent er niet op dat de ontstaansgeschiedenis van de vogels op korte termijn compleet zal worden. ``Als je ziet hoeveel tijd er zit tussen de vondsten van de fossielen uit Solnhofen en de Chinese vondsten, dan kan het nog wel even duren voordat dat gat is gevuld. Veren fossiliseren slechts onder zeer bijzondere omstandigheden, dus de kans dat we iets vinden is vrij klein.''

Waarom twijfelen paleontologen er dan toch niet langer aan dat vogels van de dinosauriërs afstammen? Volgens Van den Hoek Ostende is dat besef langzaam gegroeid. ``Het is eigenlijk al begonnen in 1969 toen John Ostrom op de proppen kwam met een fossiel Deinonychus. Dit beest is duidelijk een dinosaurus maar toch lijkt zijn lichaamsbouw sterk op die van Archaeopteryx. Deinonychus, slechts twee meter groot, was heel anders dan de dino's die tot dan toe bekend waren: de logge godzilla's en de plantenetende bulldozers.''

Ostrom oogstte aanvankelijk veel ongeloof bij collega's, die doorgaans meer verwantschappen zagen tussen krodillen en vogels. In de loop van de jaren zeventig echter deden nieuwe methoden hun intrede om fossielen in een evolutionaire stamboom te plaatsen. De truc was om de dieren op zoveel mogelijk anatomische kenmerken te vergelijken en op basis daarvan de beste indeling te kiezen. Jacques Gauthier deed dat voor Archaeopteryx, reptielen en moderne vogels en wist daarmee veel vakgenoten te overtuigen.

Van den Hoek Ostende: ``Dan begint het besef dat vogels wel eens van de dinosaurussen zouden kunnen afstammen. Het waren kleine theropoden, vleesetende en op twee poten lopende dino's, die geleidelijk aan veren ontwikkelden en na miljoenen jaren evolutie het luchtruim kozen.''

Missing link
Tegenstanders van de dinosaurus-vogel-hypothese lieten zich echter niet overtuigen: tot dan toe waren er geen overgangsvormen tussen echte dinosauriërs en echte vogels gevonden. Waar was die missing link?

In 1986 meldt de Texaanse paleontoloog Sankar Chatterjee de vondst van een 223 miljoen jaar oud vogelfossiel in een steengroeve in Texas: volgens hem de oervogel Protavis. Dat zou de vogelevolutie in één klap 75 miljoen jaar verder in het verleden drukken; Protavis zou Archaeopteryx van de troon stoten. Chatterjee stuit echter op forse scepsis van de wetenschappelijke gemeenschap. Zijn Protavis-fossiel is een puzzel van losse stukjes en wordt door collega's afgedaan als een misinterpretatie. Bovendien ontbreken de veerafdrukken in het fossiel.

Het duurt tot 1996 voor er opnieuw beweging in de dinosaurus-vogel-discussie komt. Dan duikt er een opmerkelijk fossiel op van Sinosauropteryx, gevonden door een boer in de Noordoost-Chinese provincie Liaoning. Het is een kleine dinosaurus ter grootte van een kalkoen met langs de nek, rug en staart een donkere band met een vezelige structuur. Volgens de onderzoekers is dit de afdruk van een donzige huidbedekking. `Proto-veren', noemen ze het; een eerste ontwikkeling van reptielschubben naar vogelveren.

Van den Hoek Ostende: ``Deze eerste Chinese vondst is niet duidelijk genoeg: al tijdens de persconferentie merkt een journalist op: `Ik zie die veren niet'. Daarna volgt ook uit wetenschappelijke hoek soms smalende kritiek. Tijdens een paleontologencongres in november 1997 in Chicago laat zoöloog John Ruben van de Oregon State University zien dat collageenvezels in de staart van een zeeslang een pluizige structuur kunnen achterlaten die verdacht veel lijkt op de huidbedekking van Sinosauropteryx. In een fossiel is het vaak moeilijk om de exacte begrenzing van het lichaam te bepalen, dus misschien zaten de `veren' niet op, maar onder de huid!''

De vondsten van een fossiele Protarchaeopteryx en kort daarop twee exemplaren van Caudipteryx in de afzettingen van de Chinese Liaoning-provincie nemen de onzekerheid weg. Deze fossielen dragen op hun armen en staart onmiskenbaar een goed ontwikkeld verenkleed. Van den Hoek Ostende: ``Caudipteryx heeft heel duidelijk veren, zelfs zo duidelijk dat het misschien wel gewoon een vogel is geweest.''

De Chinese Liaoning-provincie bewijst zich in de jaren negentig als een van de rijkste vindplaatsen van fossielen ter wereld. Vanwege de bijzondere fossiliseringsomstandigheden wordt het gebied ook wel `Paleo Pompeii' genoemd. Rond 120 miljoen jaar geleden was het gebied bedekt met meren en vulkanen. Duizenden dieren vonden er de dood door giftige gaswolken die de vulkanen af en toe uitbraakten. De lichamen kwamen terecht op de bodem van de meren. Door de vulkanische omstandigheden was het water vrijwel zuurstofloos en kreeg ontbinding geen kans. De stoffelijke resten raakten bedekt door fijn vulkanisch stof waarin ook mineralisatie van de zachte delen zoals veren kon optreden. De prehistorische dieren bleven zo uitzonderlijk goed geconserveerd.

Vervalsing
Het zoeken is nu nog naar een echte voorouder van Archaeopteryx om de theropoden definitief te kunnen koppelen aan de vogels. Die wordt spoedig gevonden: Archaeoraptor. Het fossiel is uit China gesmokkeld en komt na onduidelijke omzwervingen in handen van de Amerikaanse amateur-paleontoloog Stephen Czerkas. Hij zegt het stuk leisteen met de fossiele afdruk van het dier in februari 1999 te hebben gekocht op een stenenbeurs in Tucson, Arizona, voor 80.000 dollar.

Czerkas brengt het fossiel naar bevriende paleontologen en laat hen een wetenschappelijke beschrijving maken. Maar zowel Nature als Science weigert het daaruit voortvloeiende manuscript. Het populair wetenschappelijk tijdschrift National Geographic heeft wel oren naar een primeur, en publiceert trots de vondst van Archaeoraptor. Het tijdschrift moet dat enkele maanden later duur bekopen als uitkomt dat het om een vervalsing gaat. Het fossiel blijkt een chimeer van een primitief vogellijf met daaraan vastgeplakt de staart van een kleine dinosaurus (een raptor). National Geographic plaatst een rectificatie en de wetenschappelijke naam Archaeoraptor wordt ingetrokken. Nooit is opgehelderd wie het fossiel heeft vervalst.

Dan doet zich het ongelooflijke voor. De Chinese paleontoloog Xu Xing komt plotseling op de proppen met een wederhelft van het raptordeel (de staart) van de Archaeoraptor-vervalsing. Het fossiel blijkt tussen leisteen geklemd te hebben gezeten en zo in twee stukken steen een keurig gespiegelde afdruk te hebben achtergelaten. Op de tweede helft is behalve de afdruk van de staart nu ook de rest van het raptorlichaam te zien. Het dier krijgt de naam Microraptor, vanwege zijn voor dinosaurusbegrippen uitzonderlijk kleine formaat ter grootte van een kraai.

Microraptor is tot nu toe de meest vogelachtige dino die is gevonden. Het dier was bedekt met dons en bij een van de dijbenen treffen de onderzoekers ook de afdrukken van enkele centrale veerschachten aan, een aanwijzing dat Microraptor al echte veren had.

In april van dit jaar verschijnt de tot nog toe laatste grote vondst in Nature. Chinese en Amerikaanse paleontologen onder leiding van Mark Norell van het American Museum of Natural History in New York beschrijven een nog naamloze dromaeosaurus van 130 miljoen jaar oud. Wederom is het fossiel gevonden in Liaoning. Dit exemplaar draagt goed ontwikkelde veren met een centrale schacht en barbula, de in elkaar hakende `haartjes' die het veeroppervlak vormen. Dit fossiel is zo goed bewaard gebleven dat de onderzoekers voor het eerst met de microscoop kunnen vaststellen dat de veren direct aan het lichaam vastzaten.

Paleontologen staren zich echter niet blind op de veren, hoewel het aantonen daarvan wel het meest tot de verbeelding spreekt. Andere aanwijzingen, afgeleid uit de bouw van het skelet, zijn minstens zo sterk. Zo hebben veel dromaeosaurussen net als vogels een boemerangvormig vorkbeen, een kenmerkend bot dat is ontstaan uit de fusie van de twee sleutelbeenderen. Ook ontwikkelden theropoden in de loop van de evolutie steeds langere armen en handen, die zij waarschijnlijk gebruikten om prooien mee te grijpen. Later vormden deze grote handen een prima uitgangspunt voor de ontwikkeling van vleugels. Zowel vogels als dromaeosaurussen hebben typische holle beenderen, wat het skelet licht genoeg maakte om van de grond los te kunnen komen.

Langzaam komt de evolutie van gevederde dino's naar echt vliegende primitieve vogels in beeld. Zo sterk zelfs, dat de grens tussen vogels en dinosaurussen arbitrair is geworden, zegt Van den Hoek Ostende. ``Microraptor had net als moderne vogels klauwen die zich leenden om op een tak te zitten. Het dier had veren als een vogel, afmetingen van een vogel en een skelet als een vogel. Kan iemand uitleggen waarom dit geen vogel is? Alleen de botjes in de staart zijn nog typisch voor dromeosauridae.''

Van den Hoek Ostende is zelf een relatieve buitenstaander in deze discussie. Zijn onderzoek richt zich op de evolutie van muisachtige zoogdieren, tientallen miljoenen jaren verwijderd van de eerste vogels. Als geïnteresseerde, en niet als belanghebbende, verklaart hij nuchter hoe de discussie over de vogelafstamming kon ontaarden in een stellingenoorlog: ``Serieuze wetenschappers zijn nu allen overtuigd van het dinosaurusverleden van de moderne vogels. In wetenschappelijke literatuur spreekt men al van `avian' en `non-avian dinosaurs' om het onderscheid te maken. Maar er zijn natuurlijk altijd eigenwijze knakkers die het niet geloven en dat stug blijven volhouden. Langzaam maar zeker verandert de discussie dan in een debat. De betrokkenen gaan zich vanzelf harder opstellen. Op een gegeven moment bereik je dan het punt waarop de vinders zeggen `nu weten we het helemaal honderd procent zeker'. Met name door alle aandacht in National Geographic is het ook steeds meer een publieke discussie geworden. Daarin is het nog veel moeilijker te nuanceren. Men verwacht zekerheid van de wetenschappers. `Misschien', een woord dat in de paleontologen onderling veel gebruiken, is hier taboe.

``De vondst van vogelachtige dinosaurussen in Liaoning was natuurlijk fantastisch. Na Solnhofen, waar honderdvijftig jaar geleden de eerste veerafdrukken van Archaeopteryx werden gevonden, hadden we eindelijk weer iets dergelijks. Bovendien is de conclusie dat dinosaurussen nog voortbestaan als vogels. Dat betekent dat je uit de hedendaagse vogels nog wat over het evolutionaire verleden van dinosaurussen kan leren. Net zoals we bij het interpreteren van fossiele zoogdieren kunnen voortborduren op de lichaamsbouw en leefwijze van moderne zoogdieren.''

Kippen met tanden

De eerste tekenen dat zulke vergelijkingen inderdaad mogelijk zijn, dienden zich een jaar geleden aan. Een team van Amerikaanse en Britse onderzoekers liet zien dat door bepaalde genen tijdens de ontwikkeling te manipuleren het mogelijk is om `kippen met tanden' te kweken (Proceedings of the National Academy of Sciences, 29 aug. 2000). Blootgesteld aan de signaalstof BMP4 ontwikkelden de vogels net als vroeger Archaeopteryx-tanden. De proeven maken aannemelijk dat vogels nog een latente genetische aanleg bezitten om tanden te vormen die zestig miljoen jaar geleden tijdens de evolutie verloren is gegaan. In een ander onderzoek toonden de Amerikaanse onderzoekers met moleculaire proeven aan dat schubben, zoals die de huid op vogelpoten bedekken, ontwikkelingsbiologisch verwant zijn met veren. Dinosaurussen zouden uit hun schubben dus een isolerende verenlaag hebben kunnen ontwikkelen. Aanvankelijk bestaande uit simpele, donsachtige protoveren, maar later in de evolutie uitgroeiend tot volwaardig vertakte veren met slagpennen die voldoende stevigheid boden om er een vleugelslag mee te maken.

Volgens Van den Hoek Ostende bood de ontwikkeling van veren dinosaurussen een enorm voordeel. ``De evolutie van een verendek is een zinnig verhaal. Beesten met een hoog metabolisme moeten actiever blijven om niet te veel af te koelen, en daarbij maakt het niet uit of ze nu warm- of koudbloedig zijn. Vooral kleine dino's koelen relatief snel af, en hebben daarom baat bij een huidbedekking. Het ontstaan van veren wordt daarmee zinnig. Dat houdt tevens in dat veren niet zijn ontstaan om te kunnen vliegen. Zo werkt de evolutie niet, zo van `ik wil over tienduizend generaties kunnen vliegen'. Vliegen is dus pas een volgende stap.

``Het luchtruim was overigens geen lege niche toen de eerste gevederde dinosaurussen leerden vliegen'', zegt Van den Hoek Ostende. ``Er was al concurrentie in de lucht, van pterosauriërs, kale vliegende dinosauriërs die net als moderne vleermuizen een huidflap gebruikten als vleugels. Pterosaurussen zijn uitgestorven, maar vogels zijn er op een of andere manier in geslaagd te overleven.''

Bijzondere niche
Ook daar heeft de museumpaleontoloog wel een verklaring voor: ``Vaak slagen dieren erin te overleven door een bijzondere niche in te nemen. Kijk maar naar de
coelacanth. Die oervis had al lang uitgestorven moeten zijn, maar heeft het tot in de moderne tijd overleefd dankzij het feit dat hij zich heeft teruggetrokken in de diepzee. In een bijzondere hoek kun je heer en meester zijn en overleven. Misschien hebben vogels het daarom als enige tak van de dinosaurussen gered. De rest is 65 miloen jaar geleden massaal uitgestorven. Op de grond was er concurrentie van zoogdieren, maar in de lucht waren vogels de baas. En soms slaagden de dinosaurussen erin terrein terug te winnen. In Zuid-Amerika waar grote roofzoogdieren ontbraken, hebben zich in de loop van de evolutie grote roofloopvogels ontwikkeld, in feite weer landdinosaurussen.''

De vondsten van tientallen tweevoetige dinosaurussen met meer of minder ontwikkelde veren hebben paleontologen ervan overtuigd dat het traditionele beeld van kale hagedisachtige dino's aan herziening toe is. In de film Jurassic Park III hebben de velociraptors die in vorige films nog kaal waren al zo'n face-lift ondergaan. Wetenschappers gaan ervan uit dat het voordeel van een donzig verendek zo groot was dat dit zich over de hele wereld moet hebben verspreid. Vandaar dat ook recente Amerikaanse vondsten van aan dromaeosaurussen verwante dieren, waarin geen veerafdruk te bekennen is, in reconstructietekeningen mèt veren worden afgebeeld. In de populair-wetenschappelijke documentaire When Dinosaurs Roamed figureren twee van deze `aangeklede' dino's, een coelurosaurus en Nothronychus.

Moeten nu ook musea hun tentoonstellingen aanpassen? Van den Hoek Ostende denkt dat dat wel meevalt: ``Misschien een donsdekje voor de kleintjes, maar dan houdt het wel op. Grote dinosaurussen hadden waarschijnlijk geen huidbedekking. Die hadden ze niet nodig vanwege hun gunstige oppervlakte/inhoud-verhouding waardoor ze hun temperatuur makkelijker konden handhaven. Vergelijk het maar met de grote zoogdieren, zoals olifant, nijlpaard en neushoorn. Die zijn om diezelfde reden ook nauwelijks behaard.

``Ik denk niet dat nu naar aanleiding van de recente vondsten direct de grote lijn moet worden omgegooid. De vogels zijn in de evolutionaire stamboom in de centrale hal van Naturalis bovendien al als een directe aftakking van de dinosaurussen aangegeven.''