Rodzinne życie dinozaurów

Owiraptory to być może najbardziej niesprawiedliwie ocenione dinozaury w historii paleontologii. Te niewielkie (ważące mniej niż 40 kg), opierzone, dwunożne gady żyły ok. ­70-80 milionów lat temu m.in. na terenach współczesnej Mongolii. Ich nazwa rodzajowa Oviraptor oznacza „kradnący jaja”, a epitet gatunkowy philoceratops – „lubiący ceratopsy”. Dinozaur ten został nazwany złodziejem jaj tylko dlatego, że na jego pierwszą odkrytą skamieniałość składała się zmiażdżona czaszka, która znajdowała się na szczycie gniazda wypełnionego jajami – jak sądzono – należącymi do protoceratopsa. Przypuszczano więc, że owiraptor próbował pożreć jaja swojego odległego kuzyna i został przez niego zabity.

Podejrzana reputacja ciągnęła się za „złodziejem jaj” przez niemal siedem dekad. Co ciekawe, w 1923 r., gdy po raz pierwszy znaleziono skamieniałość owiraptora, paleontolodzy nie wiedzieli jeszcze, jak wyglądają jaja większości dinozaurów – w tym jaja samego owiraptora. Mimo to zakładano, że zwierzę znalezione w gnieździe jaja kradło, a nie wysiadywało. W przypadku kręgowców opieka rodzicielska zdawała się wówczas być zachowaniem zarezerwowanym dla ewolucyjnie młodszych stworzeń, o bardziej rozwiniętych mózgach – przede wszystkim ptaków i ssaków.

Zamrożone zachowanie

Dopiero w latach 90. XX w. owiraptory zostały oczyszczone z zarzutów. Stało się to za sprawą ekspedycji naukowej, w czasie której odnaleziono takie same jaja jak te, przy których została odkryta pierwsza czaszka tego dinozaura. Tym razem w jajach zachowały się jednak embriony małych dinozaurów. Wyglądały jak maleńkie owiraptory. Naukowcy zrozumieli więc, że kilka dekad wcześniej popełniono błąd. Owiraptor nie kradł jaj innych dinozaurów, lecz prawdopodobnie dbał o własne. Kolejne odkrywane skamieniałości potwierdzały taki wniosek – wyglądało na to, że śmierć często przychodziła po „złodziei jaj”, gdy strzegły one lęgu.

Jednak jak bardzo owiraptory angażowały się w opiekę rodzicielską? Czy dinozaur ten pilnował lęgu i dbał o gniazdo, jak czynią to najbliżsi żyjący kuzyni dinozaurów, krokodyle, czy też aktywnie ogrzewał lęg swoim ciałem, jak współcześnie żyjące dinozaury – ptaki? A może skamieniałości pozostawiły jednak mimo wszystko osobniki, które po prostu przechodziły w pobliżu jaj, ale zbytnio się nimi nie interesowały? Pytania te są istotne, bowiem dotyczą ewolucyjnych korzeni opieki rodzicielskiej – najbardziej podstawowej formy altruizmu spotykanej w przyrodzie.

Odpowiedzi przyniósł opublikowany kilka miesięcy temu przez Shundonga Bi i współpracowników w „Science Bulletin” raport z wykopalisk przeprowadzonych w Chinach. Odnaleziono wówczas skamieniałość, w skład której wchodził świetnie zachowany szkielet dorosłego owiraptora siedzącego na ponad dwudziestu jajach. Co więcej: przynajmniej siedem z nich zawierało w pełni uformowane młode osobniki, które – jak uważają autorzy znaleziska – były o krok od wyklucia. Owiraptor nie siedział na gnieździe w przypadkowy sposób. Został utrwalony w dokładnie takiej samej pozycji, w jakiej współczesne ptaki nieloty inkubują jaja: z podbrzuszem przylegającym do lęgu, tylnymi kończynami podkulonymi, a przednimi rozłożonymi jak dwa wachlarze (przypomnijmy – owiraptor miał pióra) nad gniazdem.

W tym przypadku mamy więc bezsprzecznie do czynienia z dorosłym owiraptorem, który wysiadywał swoje jaja. Odnaleziona przez chińskich badaczy skamieniałość należy do najrzadszych i najcenniejszych – określić ją można jako „zamrożony behawior”. Ciało zwierzęcia zostało utrwalone podczas wykonywania konkretnej czynności, co daje nam bezpośrednią wiedzę na temat jego zwyczajów. Większość skamieniałości zwierząt nie niesie bogatych informacji o zachowaniu – co skazuje nas na spekulacje.

Przez długi czas nie mogliśmy być nawet pewni, czy wszystkie dinozaury składały jaja. Oczywiście, wiele za tym przemawiało: ­wszystkie gady oraz ptaki rozmnażają się w ten sposób, ale faktem jest, że do lat 80. XX w. znajdowano bardzo niewiele jaj dinozaurów. Kiedy w latach 20. po raz pierwszy odkryto skamieniałość jaj (wspomniany już lęg przypisany protoceratopsowi), niektórzy badacze sądzili, że są one tworem geologicznym, a nie biologicznym. Jak podaje Amerykańskie Muzeum Historii Naturalnej, kierujący wykopaliskami paleontolog George Olsen nie mógł uwierzyć, że coś tak kruchego jak jajko mogło przetrwać kilkadziesiąt milionów lat. Dopiero po wnikliwej i bardzo sceptycznej analizie przyznał, że nie mogło być inaczej – trzymał w rękach skamieniałości jaja, które złożono w epoce kredy.

Po roku 1980 znaleziska skamieniałych jaj, a także świeżo wyklutych i nieco podrośniętych dinozaurów stały się powszechniejsze i przestały dziwić. Coraz częściej dokonywano również odkryć, które sugerowały, iż sposób rozmnażania się niektórych dinozaurów mógł przypominać rozród ptaków. Wyglądało np. na to, że część dinozaurów (jak choćby znalezione w Montanie hadrozaury) tworzyło kolonie lęgowe, w których wiele dorosłych osobników budowało gniazda obok siebie, składało jaja, a następnie opiekowało się lęgiem i młodymi przez kilka pierwszych miesięcy ich życia.

Wzrosty i inwestycje

Przez długi czas zastanawialiśmy się nie tylko nad tym, czy dinozaury na pewno były jajorodne oraz czy dbały o swój lęg, ale również jak duże były ich jaja i młode.

Wiemy, że u ptaków kolibry znoszą najmniejsze jaja, a strusie czy nandu – największe. Choć zdarzają się anomalie, takie jak kiwi, które składają ogromne jaja w stosunku do swoich rozmiarów ciała, to generalnie sprawdza się prosta zależność: duże ptaki mają duże potomstwo wykluwające się z dużych jaj, małe ptaki zaś – odwrotnie.

Okazuje się, że analogiczna reguła wcale nie musiała obowiązywać u dinozaurów. Zauropody – czworonożne giganty o wielkich szyjach – były największymi zwierzętami lądowymi, jakie kiedykolwiek chodziły po ziemi, ale wcale nie powstawały z jaj o gigantycznych rozmiarach. Świeżo wykluty zauropod był rozmiarów gęsi, a jego masa ciała wynosiła ok. 5 kg – taką wagę osiągają zaś wszak ludzkie noworodki! Masa ciała dorosłego człowieka to jednak średnio dwudziestokrotność masy ciała noworodka, podczas gdy dorosły zauropod ważył ponad dziesięć tysięcy razy więcej niż jego świeżo wyklute młode.

Taki stan rzeczy niesie za sobą ciekawe konsekwencje. Specjaliści ze wspomnianego już Amerykańskiego Muzeum Historii Naturalnej podają, że przeciętny zauropod osiągał dojrzałość płciową w wieku 20 lat, a rósł jeszcze przez kolejną dekadę. W wieku 30 lat ważył ponad 50 ton. Jeszcze bardziej niezwykła jest krzywa wzrostu, która – jak podają badacze na podstawie analizy dotychczasowych skamieniałości – rosła bardzo szybko głównie w pierwszych latach życia zauropoda. Młode osobniki przybierały rocznie nawet dwie tony. Żadne inne zwierzę – żyjące lub wymarłe – nie rosło w takim tempie. Powstaje zatem pytanie: dlaczego te dinozaury dorastały do takich rozmiarów, a przy tym składały tak nieproporcjonalnie małe jaja? Czy nie mogły sobie pozwolić na produkcję większych „egzemplarzy”? Przynajmniej częściowych odpowiedzi na te pytania należy szukać we właściwościach ówczesnych ekosystemów – oraz w prawach fizyki.

Najprostsza odpowiedź na pytanie, dlaczego niektóre dinozaury rosły tak duże, brzmi: bo mogły. Jeśli miały wystarczająco dużo pożywienia, to opłacało im się inwestować zasoby we wzrost, ponieważ gabaryty zapewniały im ochronę przed drapieżnikami, nawet tymi ważącymi kilkanaście ton (jak słynny T. rex). Nie mogły jednak rosnąć w nieskończoność. Limit wzrostu wyznaczały – jak sądzimy – przynajmniej dwa czynniki. Pierwszy wiąże się z ewolucyjnym kompromisem – przy pewnych rozmiarach koszty utrzymania dużego ciała przewyższają korzyści, które ono niesie. Ponadto, nawet jeśli nie brakuje pokarmu, to osobnikowi może zwyczajnie zabraknąć czasu, by go pozyskać i strawić. Drugi hipotetyczny czynnik wiąże się z ograniczoną wytrzymałością kości. Uważa się, że powyżej 100 ton masy ciała szkielet zwierząt lądowych przestaje spełniać swoje funkcje – zaczynają się problemy z poruszaniem.

Zatłoczone nisze

Co jednak z jajami? Dlaczego i one nie osiągały ogromnych rozmiarów? Jedno z ograniczeń wielkości jaj związane jest ze skorupką. Aby mogła ona spełniać swoje funkcje, musi być zarazem wytrzymała, jak i przepuszczalna. Znajdują się w niej mikroskopijne pory, które umożliwiają zarodkowi wymianę gazową, a także pomagają w kontrolowaniu wewnętrznej wilgotności. Im większe jajo, tym grubsza musi być skorupka, by zapobiec pęknięciu. Jednak bardzo gruba skorupka uniemożliwia efektywną wymianę gazową i kontrolę wilgotności.

To m.in. dlatego wśród dinozaurów znaleźć można tak wiele przykładów na gigantycznych rodziców oraz maleńkie dzieci. Ten rozstrzał rozmiarów rzutował również na życie rodzinne poszczególnych gatunków. U tych dinozaurów, u których rozmiar rodziców niewiele się różnił od rozmiaru świeżo wyklutych młodych (jak np. u owiraptorów), dorosłym osobnikom łatwiej było zapewnić bezpośrednią opiekę – najpierw jajom, potem młodym. U gatunków, u których świeżo wyklute młode było dziesięć tysięcy razy mniejsze od dorosłego osobnika, taka opieka była niemal niemożliwa.

Dorastające młode największych dinozaurów przechodziły przez bardzo wiele stadiów rozwoju – co oznacza, że bezpośrednio konkurowały one o zasoby z dorosłymi osobnikami gatunków o mniejszych rozmiarach. Szybki wzrost mógł być jednym z rozwiązań problemu z konkurencją – choć jeszcze większym wyzwaniem musiała być obecność drapieżników. Badacze uważają, że lęgi największych dinozaurów miały skrajnie niską przeżywalność, ponieważ ogromna liczba młodych ginęła w szczękach ich mięsożernych kuzynów. To kolejny po cechach skorupki powód, dla którego nawet gigantom prawdopodobnie bardziej opłacało się składać wiele małych jaj niż kilka dużych (w gniazdach diplodoków czy argentozaurów, zaliczanych do zauropodów, mogło znajdować się nawet po sto jaj). Taka strategia zwiększała szanse na przeżycie przynajmniej części potomstwa.

Co pozostawało mniejszym dinozaurom, takim jak owiraptory, dla których złożenie wielkiej liczby jaj byłoby ogromnym wydatkiem energetycznym? Być może złożone życie rodzinne, w ramach którego dorosłe osobniki opiekowały się młodymi, dopóki te nie stały się w miarę samodzielne. Takie gatunki mogły składać jaja relatywnie rzadko, i to względnie nieliczne, ale za to z większym oddaniem ich pilnować i wysiadywać, a potem zajmować się młodymi.

U dinozaurów drapieżnych niewielki rozmiar jaj miał jeszcze bardziej wyraźne konsekwencje ekologiczne. Katlin Schroeder i współpracownicy dowodzili niedawno w „Science”, że dorastające młode największych gatunków (ważących w dorosłości po kilkanaście ton) całkowicie zdominowały te same nisze ekologiczne, które mogłyby zajmować drapieżniki średniej wielkości (czyli takie, których dorosłe osobniki ważą od 100 do 1000 kg). Wyraźnie odbija się to w zróżnicowaniu drapieżników – znamy wiele gatunków o małych rozmiarach i wiele gigantów, ale zaskakująco mało „średniaków”.

Zaglądanie przez pory

Widzimy więc, że rodzinne życie dinozaurów wpływało na kształt całych ekosystemów – i odwrotnie, czynniki środowiskowe decydowały o tym, w jaki sposób dinozaury opiekowały się swoimi młodymi. I chociaż śledzenie tych powiązań w odniesieniu do wymarłych zwierząt jest znacznie trudniejsze niż w przypadku żyjących gatunków, naukowcy mają swoje sposoby, by zajrzeć do tego prastarego świata. A zaglądają do niego często przez mikroskopijne okienka.

Jak pamiętamy, skorupki jaj dinozaurów miały porowatą strukturę. Znając funkcję, jaką pełniły te otwory, naukowcy są w stanie stwierdzić, w jakich warunkach przechowywane były jaja podczas rozwoju zarodków. Jeśli skorupka zawiera wiele dużych porów, to jaja były przez rodzica składane w zagłębieniu, a następnie przykrywane otuliną na kształt kopca. Zakopane jaja potrzebowały więcej „otworów oddechowych”, umożliwiających embrionom wymianę gazową. Ponadto, gdyby bardzo porowate skorupki pozostawić bez przykrycia z kopca, to zawartość, którą one chronią, bardzo szybko utraciłaby wodę. Duża porowatość prawdopodobnie oznacza zatem, że jaja zakopywano, a następnie pozostawiano: rodzic mógł czasem doglądać gniazda, jednak sam nie wysiadywał lęgu.

Z kolei skorupki wyposażone w niewielką ilość wąskich porów sugerują, że jaja nie były zakopywane. Pozostawiano je w odsłoniętych gniazdach – tak jak to czyni większość współczesnych ptaków. Takie jaja prawdopodobnie były wysiadywane.

Analizowanie struktury mikroskopijnej skorupek jaj nie daje niepodważalnych informacji, ale stanowi ważną wskazówkę, która często potwierdzana jest przez znalezione skamieniałości. Np. porowata struktura skorupek jaj zauropodów sugeruje, że nie były one wysiadywane, lecz zakopywane i zostawiane. Jaja owiraptorów z kolei cechują się niewielką porowatością – zatem nie mogły być niczym przykrywane.

Ale co sądzić o takich dinozaurach jak gigantoraptor? Był to dwunożny dinozaur z tej samej nadrodziny co owiraptor, cechujący się dość podobnym wyglądem: upierzenie, przednie kończyny przypominające niewielkie skrzydła, szczęki zakończone rogowym dziobem. Jedyna różnica to rozmiar. Gigantoraptor nie mógł wprawdzie mierzyć się z zauropodami, ale jak na zwierzę, które przypominało drapieżnego indyka, był ogromny: mierzył ponad 8 metrów i ważył około 1,5 tony.

Wydaje się, że przy takich gabarytach mogą wystąpić znaczne trudności w wysiadywaniu jaj – trudno wyobrazić sobie skorupki, które wytrzymałyby taki nacisk. Wyniki analiz opublikowanych w 2018 r. w „Biology Letters” wskazują jednak, że było to możliwe. Kohei Tanaka i współpracownicy doszli do wniosku, że wszystkie owiraptorozaury, zarówno tak małe jak owiraptor, jak i tak ogromne jak gigantoraptor, wysiadywały jaja w podobny sposób. Różniły się natomiast pod kątem rozlokowania lęgu w gnieździe. Dzięki niewielkiej masie ciała, owiraptory mogły siedzieć bezpośrednio na jajach, dlatego układały je w okręgach, w taki sposób, że w środku gniazda pozostawała niewielka powierzchnia pusta, w której rodzic mógł umieszczać tylne kończyny. Gigantoraptory musiały stosować inną technikę. Ich gniazda miały znacznie większą średnicę, jaja zaś składane były jedynie na obwodzie – w pojedynczym rzędzie. Dorosły osobnik siadał w środku gniazda, które było w zasadzie puste. Jego masa ciała rozkładała się przede wszystkim na gołym podłożu, natomiast jaja spoczywały na obrzeżach – stykając się z rodzicem w bezpieczny sposób.

Badania skamieniałości dinozaurów odkrywają przed nami nie tylko najbardziej rodzinne sekrety zwierząt, które panowały na lądach przez sto kilkadziesiąt milionów lat. Ujawniają także ekologiczne zależności, które często mają charakter ponadczasowy. ©