dinsdag 7 mei 2013

Nietpoten en Zoemvogels


De officiële namen van de soorten levende wezens wisselen tussen saai, grapjes, vreemd en beschrijvend. Saai zijn Fuchsia en Dahlia: planten genoemd naar de botanici Fuchs en Dahl. Raden naar wie Banksia genoemd is ...  Bij de grapjes hoort Ia io, de grote avondvleermuis.  Wyeomyia wordt uitgesproken als Why-Oh-My! : het is een mug die als larf in het sap binnenin de beker van een vleesetende bekerplant woont. Beipiaosaurus betekent alleen maar ‘de dino gevonden in de buurt van de stad Beipiao’, het enige vreemde eraan is het mengelmoes van Latijn en Chinees. Passer betekent ‘mus’ in het Latijn.  Aelurus komt uit het Grieks en betekent ‘wilde kat’, maar het is de naam van de rode panda. Apteryx betekent ‘zonder vleugel’, en is de naam van de kiwi. Apus betekent ‘zonder poot’.

U kent hopelijk Apus apus: de zomervogel. Apus apus betekent ‘zon!’. Apus apus betekent warm weer. De soort verschijnt hier laat in het voorjaar, omstreeks koninginnedag.  Het is de vogel die ons aan zomers in het zuiden doet denken: hoog in de lucht gillend over de mediterrane stad, op hoog tempo, met vele door elkaar.

 
 

De gierzwaluw dus. Hij heet: Apus apus,  Nietpoot nietpoot. Niet dat hij geen poten heeft, maar ze zijn erg klein. Gierzwaluwen kunnen niet of nauwelijks over de grond lopen. Alleen om te broeden zitten ze. Gierzwaluwen horen bij de beste en snelste vliegers. Ze vliegen bijna altijd. Dit zijn de vogels die echt vliegspecialisten zijn.

 
 
 


Wij hebben maar hier één soort, de gierzwaluw zelf, maar er is een hele familie Gierzwaluwen, de Apodidae. De familie Gierzwaluwen heeft 102 soorten.

De Gierzwaluwen zijn nauw verwant met de familie Boomgierzwaluwen, Hemiprocnidae, met vier soorten.

Boomgierzwaluw, Hemiprocne coronata

De Gierzwaluwen en Boomgierzwaluwen zijn verwant met familie Kolibries, Trochilidae, met omstreeks 330 soorten.

 
 
 
Kolibries


De Gierzwaluwen, Boomgierzwaluwen en Kolibries zijn de drie families van de orde Apodiformes, Nietpootvormigen.

Soms wordt een vierde familie bij de orde Apodiformes gerekend, de familie Dwergnachtzwaluwen, Aegothelidae, met tien soorten. Deze familie wordt ook wel als aparte orde genoemd, of ingedeeld bij de orde Geitenmelkervormigen, Caprimulgiformes. [De Engelse Wikipedia geeft alle drie mogelijkheden voor een orde voor de familie Dwergnachtzwaluwen. Verschillende auteurs !]Wat voor hoger label er ook aan familie Dwergnachtzwaluwen gehangen wordt, het is de zustergroep van de Gierzwaluwen + Boomgierzwaluwen + Kolibries.


Australische dwergnachtzwaluw, Barred owlet-nightjar, Aegotheles cristatus

De orde Nietpootvormigen, Apodiformes:  niet allemaal met heel kleine pootjes, al zijn ook bij de kolibries tenen en loopbeen niet groot. Wel allemaal met een kort en zwaar opperarmbeen en een relatief lange onderarm en relatief lange hand. Dat houdt in dat ze heel veel kracht op hun vleugels kunnen zetten. ‘Vliegspecialisten’.
Kolibries hebben een zwaar kort opperambeen;  links kolibrievleugel met botten, rechts duif ter vergelijking

In 1961, in het grote boek ‘Birds of the World’ werden de Dwergnachtzwaluwen (Aegothelidae ) niet bij de orde Apodiformes gerekend maar bij de orde Geitenmelkervormigen, de Caprimulgiformes: samen met de olievogels Steatornithidae, de uilnachtzwaluwen of kikkerbekken Podargidae , de potoos Nyctibiidae en de nachtzwaluwen Caprimulgidae. Van al deze vogels hebben we in Nederland alleen de nachtzwaluw, ook wel geitenmelker geheten.

Olievogel, Steatornis caripensis
Uilnachtzwaluw, tawny frogmouth, Podargus strigoides
Potoo, Nyctibius griseus, in verberging
Nachtzwaluw of geitenmelker,Caprimulgus euopaeus
Volgens het grote boek ‘Birds of the World’ hebben alle vogels van de orde Caprimulgiformes lange smalle vleugels, kleine voeten, kleine snavels en grote monden die heel ver open kunnen om insecten uit de lucht te vangen. Ook de gierzwaluwen (en de boomgierzwaluwen en de Australische dwergnachtzwaluw) hebben lange smalle vleugels, kleine voeten, en kleine snavels.  De kolibries zien er heel anders uit. De vleugels zijn vrij smal, de voeten zijn redelijk klein met kort loopbeen, en de snavel is lang. En natuurlijk, de kolibries zijn fel gekleurd, en heel klein van stuk. En ze eten nectar, naast zo af en toe een insectje.

Kolibrieskelet, met het borstbeen dat nodig is voor aanhechting van de vliegspieren

Ondanks dat heel andere idee dat we  bij ‘kolibrie’ hebben dan bij ‘gierzwaluw’, de families horen al volgens de klassiek systematiek bij elkaar. Met nieuwe gegevens en snellere grotere computers voor nieuwe indelingsmethoden met grote hoeveelheden gegevens komen de kolibries en de gierzwaluwen ook steeds bij elkaar in dezelfde groep.  Dat blijkt uit de morfologie van de beesten en uit hun DNA.

Mayr deed in 2010 een grote studie op alle Nietpootvormigen en Geitenmelkervormigen. Mayr gebruikte 69 kenmerken van het skelet van 30 soorten uit de deze ordes, en een paar andere vogels als buitengroep. Hij kwam tot deze indeling:

 
Morfologische indeling op van 30 soorten uit 8 families. In de publicatie staan de namen van de families. Elk rondje is een overeenkomst die de groepen rechts na de splitsing gezamenlijk hebben. De klassieke Apodiformes hebben komen bijvoorbeeld overeen voor toestand 2 van kenmerk 32: “32. Caudal margin of sternum: with four notches⁄fenestrae (0), with two notches⁄fenestrae (1), or without notches⁄fenestrae (2).”
Het opvallende van de indeling is dat de hele orde Apodiformes onderdeel uitmaakt van de Caprimulgiformes. Er is geen afgegrensde groep die ‘Caprimulgiformes’ kan heten, en onderling meer verwant is dan met enige groep daarbuiten. De orde ‘Caprimulgiformes’ is niet een natuurlijke groep, maar wat heet een parafyletische groep.

Hackett en medewerkers deden in 2008 een grote studie over de indeling van de vogels, aan de hand van hun DNA, op grond van vogels uit alle groepen. Die studie van de overeenkomst in DNA over alle vogels , aan de hand van 32000 DNA basen van 19 genen, geeft eenzelfde patroon voor de Geitenmelkersorde en Nietpootvormigenorde  als Mayr kreeg op grond van het skelet. Het zijn onafhankelijke gegevens die tot dezelfde uitkomst leiden.

Indeling op DNA sequenties van de Caprimulgiformes en Apodiformes.  In de publicatie staan de namen van de gebruikte soorten
Ook hier maakt de hele orde Apodiformes deel uit van de Caprimulgiformes. Er is ook bij indeling op DNA  geen afgegrensde groep Caprimulgiformes zonder de Apodiformes. De morfologische indeling en de indeling op DNA sequentie zijn grotendeels hetzelfde, alleen de positie van de potoo Nyctibius is anders. De rest is verschil in layout (en het verschil dat de ene indeling de familienamen in de publicatie gebruikte en de andere de soortsnamen).

Twee van de drie mogelijke manieren om een fylogenetische boom op te stellen geven hetzelfde – de kolibries zijn verwant aan de gierzwaluwen, en de hele orde Apodiformes zit binnen de ‘Caprimulgiformes’.  Wat zeggen de fossielen?

In 1961 zegt het grote boek ‘Birds of the World’: “we have no fossil clues to the ancestry of these small, dainty creatures, but their anatomy and their present distribution suggest they arose from the some primitive swift-like progenitor in the American tropics”. 1961 -  dat is nog voor plate-tectonics.

Vijftig jaar maakt veel verschil. Tussen 1961 en nu zijn er veel fossielen gevonden – ook van fossiele kolibries in Europa! Op 1 mei 2013 werd een heel mooi Amerikaans fossiel beschreven: een oud beest, uit het Eoceen, met veren, en met een morfologie die ligt voor de splitsing in gierzwaluwen en kolibries!

Eocypselus rowei: met verenkleed. Uit het Eoceen, 51.5 miljoen jaar oud.
De fossiele vogel Eocypselus rowei werd gevonden in de Fossil Butte Member of the Green River Formation of Lincoln County, Wyoming, USA – een heel bekende plek voor fossielen uit het Eoceen. Datering van de er bovenliggende vulcanische as geeft een ouderdom van 51.66+0.09 Ma voor de fossielendragende laag.

Veren, poten en opperarmbeen van Eocypselus rowei  zijn goed bewaard. Eocypselus rowei is kleiner dan de kleinste boomgierzwaluw maar groter dan de grootste kolibrie – een 10 cm. De poten zijn relatief lang. Maar vooral: de vleugelvorm is bewaard gebleven!

De vleugel van Eocypselus rowei staat tussen die van een kolibrie en die van een gierzwaluw in: de verhouding tussen opperarmbeen en onderarmbot ellepijp ligt meer naar de gierzwaluwkant, maar de lengte van de vleugel als geheel is korter dan bij elke gierzwaluw. De hand en vingerbotten van Eocypselus rowei zijn korter dan bij kolibries, maar de slagpennen zijn verhoudingsgewijs langer.
Vergelijking van vleugel:  (a) Eocypselus rowei, (b) de gierzwaluw Hirundapus caudacutus en (c) de kolibrie Archilochus colubris. Voor de vergelijking van de botten en vleugels is de totale lengte van de armbotten gelijk gehouden. (PRSB 1-5-2013 online)

Al met al is de conclusie dat de korte vleugels van de kolibries en de lange vleugels van de gierzwaluwen afgeleid zijn van een  minder gespecialiseerde vleugelvorm in hun voorouders.

Komt Eocypselus rowei nu bij de gierzwaluwen of kolibries terecht bij indelen? Geen van beide: de fossiele Eocypselus rowei komt buiten de huidige orde Apiformes terecht, maar staat dichter bij de huidige orde Apodiformes dan de levende familie Dwergnachtzwaluwen, Aegothelidae. We hebben een beest dat laat zien wat de vorm was van de gemeenschappelijke voorouder van de kolibrie en de gierzwaluw.

De overige indeling van levende en fossiele beesten op grond van hun morfologie geeft dezelfde als de andere morfologische studie met meer levende beesten. 
 
Indeling op mofologie van levende beesten (zwart) en fossielen (grijs) van de Caprimulgiformes en Apodiformes.  In de publicatie staan de namen van de gebruikte soorten.

En de huiszwaluw, oeverzwaluw en boerenzwaluw dan? Dat zijn helemaal geen verwanten van de gierzwaluw! De familie Zwaluwen Hirundinidae is meer verwant met de mus en de kraai ... ‘Zwaluw’ betekent een levensstijl: op de vlucht insecten vangen.
Vergelijking vleugelbotten zwaluw, gierzwaluw en kolibrie.

 *********************************************
D.T. Ksepka, J. A. Clarke, S.J. Nesbitt, F.B. Kulp & L. Grande, 2013. Fossil evidence of wing shape in a stem relative of swifts and hummingbirds (Aves, Pan-Apodiformes). Proc. R. Soc. B 2013 280, 20130580, published 1 May 2013;
S. J. Hackett, et al., 2008. A Phylogenomic Study of Birds Reveals Their Evolutionary History. Science 320, 1763 (2008);  DOI: 10.1126/science.1157704
G.Mayr, 2010. Phylogenetic relationships of the paraphyletic ‘caprimulgiform’ birds (nightjars and allies). J Zool Syst Evol Res 48: 126-137. doi: 10.1111/j.1439-0469.2009.00552.x
O.L. Austin, 1961. Birds of the World. Hamlyn Publishers.
G. W. Kaiser, 2007. The Inner Bird: anatomy and evolution. UBC press, Vancouver.


Over indelen en lay-out van de indeling:
Over parafyletisch:

http://www.dailymail.co.uk/sciencetech/article-2317719/A-tail-wings-The-fossil-reveals-swift-hummingbird-closely-related.html http://www.sciencedaily.com/releases/2013/05/130501091839.html

maandag 22 april 2013

Dinomelk

Dinomelk. Dinosauriërmelk. Paul Else gooit een idee op in The Journal of Experimental Biologie van 11 april 2013. Leuk idee, maar wat is de achtergrond daarvan?
figuur 1. Uit het ei komende dino's.
Eerst maar wat dinomelk zou zijn, dan waarom het zou kunnen bestaan.


Dinosauriërmelk? Als duivenmelk.  Bijvoorbeeld. Duiven voeren hun jonge kuikens met een afscheiding uit de krop. Jonge net gevoede duifjes hebben soms een druppel aan hun snaveltje; het ziet er als gewone melk uit. Ze steken hun snaveltje ook ver in de mond van pa en ma en maken drinkbewegingen (opzuigen, doen ze ook uit de waterbak). Beide ouders maken duivenmelk aan: een heel gunstige geëmancipeerde regeling bij het grootbrengen van kuikens. Jonge kuikens kunnen nog geen zaden verteren, en hebben veel eiwit nodig.

Figuur 2. Voerende duif, duivenmelk (of voorgeweekte zaden) zichtbaar. Foto afkomstig van http://gloriousbirds.blogspot.nl/2007/01/nesting-exploits-of-pink-necked-green.html)
Duivenmelk bevat veel eiwit en vet: 10% vet en 23% eiwit, geen suikers. Mensenmelk bevat  4.5% vet,  1.1%eiwit en 6.8% suikers. Koijnen zijn veel beter uitgerust:  12.2% vet,  10.4% eiwit,  1.8% suikers.  Koemelk wordt opgegeven als 3.9% vet, 3.2% eiwit en 4.8% suikers, al zullen de rassen sterk verschillen.  Er zitten ook hormonen als groeihormoon in melk, en afweerstoffen, ook in duivenmelk.

Duiven zijn niet de enige vogels die hun kuikens voeren met een afscheiding. Flamingo’s, de keizerpenguin en stormvogelachtigen als de albatros doen het ook. Het soort afscheiding verschilt per vogelgroep.
Figuur 3. Voedende flamingo: melk druipt uit de snavel.
Voeren met een afscheiding die geproduceerd wordt ergens tussen bek en maag komt al met al niet erg vaak voor, maar is toch eenduidelijke mogelijkheid bij vogels. Het gaat om vogels waarbij de jongen niet direct het volwassen voer kunnen eten, of waar de ouders zo lang weg zijn dat er niet onmiddellijk gevoerd kan.

Dan dino’s. Wat weten we van ouderzorg bij dino’s? Wat weten we van dinokuikens?
Sommige dino’s nestelden in kolonies. Sommige dino’s broedden.  Sommige dino’s deden aan ouderzorg. Bij sommige dino’s groeiden de kuikens heel snel. Het is maar net bij welke soort iets gevonden is – meer geluk dan wijsheid als je iets weet.

Hoe snel groeiden dinosauriers? En hoe weet je hoe snel ze groeiden? De groeisnelheid wordt gehaald uit de structuur van dinosauriërbot, van een groot bot als bv het dijbeenbot. Er zijn ringen te zien in de doorsnee van een goed bewaard bot, en het lijkt erop dat dat jaarringen zijn.
Figuur 4. Botdoorsnede dijbeenbot Shuvuuia deserti; het pijltje wijst een groeiring aan. Erickson 2001.
Er zijn door Erickson en medewerkers groeicurven gemaakt voor zes dinosauriërs, twee uit elke hoofdafdeling . De beesten verschilden sterk in grootte.

Figuur 5. De plaats van de zes dino’s in de studie binnen de algehele indeling van de dinosauriërs. Archaeopteryx is gegeven voor referentie.
Uit de gegevens bleek dat alle dinosauriërs sneller groeiden dan elk huidig reptiel, en ook sneller dan de huidige en fossiele krokodillen.De kleine dino’s groeiden redelijk snel, ongeveer even snel als buideldieren.  De grote dinosauriers groeiden even snel als placentale zoogdieren of nestvliedende vogels. Bij de reuzen was de groei overeenkomstig met die bij walvissen met ongeveer gelijke grotte. Geen enkele niet-vogel dinosauriër groeide even snel als kuikens bij nestblijvende vogels.
Figuur 6 Groeisnelheid bij Maiasaura, een van de zes dino’s bestudeerd door Erickson, vergeleken met de huidige krokodillen en Deinosuchus, een reusachtige krokodil uit het Krijt. (Padian et al. Nature 2001 figuur 2)

Bij Hadrosaur soorten als Maiasaura (in de Ornithischia) zijn nesten gevonden die kennelijk jaarlijks opnieuw gebruikt werden: de jongen zaten op kapotte eischalen die opgehoopt waren. Deze dinokuikens waren klein ten opzichte van hun ouders.: 0.3 tot 0.5 kg voor een ouder van 2500 kg in Maiasaura, en jongen van 3-4 kg voor een volwassenen van 4400 kg in Hypacrosaurus. De pootbotten van de kleinen jongen waren nog niet verbeend, zodat het waarschijnlijk is dat we met nestblijvers te maken hebben. De jongen verllieten het nest bij een kg of 20. Dat betekent dat de ouders het nest verzorgd moeten hebben, en voedsel en vocht voor de kuikens aangebracht. Er zijn geen sporen van plantmateriaal bij het nest gevonden.

Alle planteneters hebben bacteriën nodig bij de vertering van planten. Die bacterien wonen in de voordarm of in de achterdarm, al naar gelang de soort. Jonge planteneters komen  veelal daaraan door een hapje poep ; het duurt even voordat het systeem aan de praat is. Wat moeten de jongen eten in de tussentijd? Iets met veel eiwit, want dat hebben ze nodig om te groeien. Het eiwitgehalte van bladeren is laag, zeker bij de naaldbomen waarvan de vroege dinosauriërs aten.  Ook zaadetende vogels voeren hun jongen insecten of wormen om te groeien. Of melk, natuurlijk.

Al met al, het idee is dat plantenetende dinosauriërs speciaal voer voor hun jongen nodig hadden. Even vleeseter worden? Geen insecten, want daar zijn dinosauriërs te groot voor. Fijngemalen plant uit de krop is een mogelijkheid – met toegevoegd eiwit graag, voor de nodige groei. Hier is het dat het idee dinomelk om de hoek komt kijken.


*******************
P.L.Else, 2013. Dinosaur lactation?  Journal of Experimental Biology 216: 347-351.
G. M. Erickson, K.  Rogers & S. A. Yerby, 2001. Dinosaurian growth patterns and rapid avian growth rates. Nature 412: 429-433
K. Padian, A.J. de Ricqlès & J.R. Horner, 2001. Dinosaurian growth rates and bird origins. Nature 412:  405-408.

http://jeb.biologists.org/content/216/3/347.abstract (alleen abstract zonder betaling). http://nl.wikipedia.org/wiki/Duivenmelk
http://en.wikipedia.org/wiki/Crop_milk
http://www.zmescience.com/medicine/genetic/fancy-a-cup-of-pigeon-milk/
http://io9.com/5983401/did-dinosaurs-produce-milk-for-their-young
http://media.uow.edu.au/news/UOW142508.html

dinsdag 16 april 2013

Eieren in vroege vogels



Vliegen vraagt nogal wat van een gewerveld beest: hoog metabolisme, laag gewicht, stroomlijn, en niet te veel uitsteeksels. Geen wonder dat vleermuizen maar één jong hebben, en vogels één ei per dag of één ei per twee dagen leggen. Bij veel vogels wachten de ouders met broeden tot het legsel compleet is.


Eén ei per dag, hoe regel je dat? Vogels hebben één eierstok en één bijbehorende eileider. Tenminste, volwassen vogels. Embryonaal worden er twee eierstokken en twee eileiders aangelegd, maar de rechter eierstok en eileider verdwijnen. In de volwassen vogel is alleen de linker eierstok en de linker eileider aanwezig. De eierstok heeft een groot aantal eifollikels: de follikel bevat de eigenlijke eicel en omhullende cellen. De eicel bevat alle dooier. Er wordt steeds maar één eicel tegelijk rijp; dan barst het follikel en de eicel daalt af in de eileider en wordt daar voorzien van eiwit en kalkschaal; en wordt ons klassieke ei.
figuur 1. Anatomie kip met de plaats van de eierstok (ovary) en eileider (oviduct).
figuue 2. Schema van de ontwikkeling van een ei
figuur 3. Eierstok en eileider

 
De plaatjes zijn van de kip. Kippen blijven leggen, en hebben altijd follikels van verschillende grootte, die op hun beurt wachten om tot eetbaar ei uitgebouwd te worden. In de eierstok van de kip is dat verschil in grootte goed te zien, een lopende band systeem van aanleg en vulling met dooier. In het broedseizoen zal de eierstok van een koolmeesvrouwtje er overeenkomstig uitzien. Buiten het broedseizoen bevat de eierstok wel eicellen, maar de eicellen hebben geen dooier, zijn klein en niet zichtbaar als follikels.

Vogels hebben maar een eierstok. Alle andere volwassen gewervelde dieren hebben twee eierstokken (vrouwtjes dan), en bij de vogels worden er ook twee embryonaal aangelegd. De vraag is dan hoe dat bij fossiele vogels zit. En dan is het antwoord een kwestie van geluk. Want er zijn wel tien Archaeopteryx fossielen, maar er zijn geen eierstokken in te zien. Niet de goede tijd van het jaar of niet de goede fossilisatie. Goede fossilisatie van het inwendige vraagt wel wat.

Het geluk werkt soms een beetje mee: drie vroege vogelfossielen laten eifollikels zien. Een van de drie is een Jeholornis. Van de andere twee is alleen de groep bekend, het zijn Enantiornithes. Het Jeholornis fossiel is uit de Yixian Formation, 121-125 miljoen jaar oud. De twee Enantiornithes zijn gevonden op verschillende plaatsen in de Jiufotang Formation, omstreeks 120 miljoen jaar oud. Beide formaties behoren tot de Jehol Group, uit het Aptien van het Beneden Krijt. Jeholornis is een heel basale vogel, met een lange gewervelde staart. De Enantiornithes zijn een groep behoorlijk basale vogels met een andere bouw van de schoudergordel dan de groep Ornithurae waartoe de huidige vogels behoren.
figuur 4. De plaats van Jeholornis en de Enanthiornithes binnen de vogels.
De vraag is of er in dergelijke basale vogels sprake is van twee functionerende eierstokken, of dat al in deze basale vogels sprake is van één functionerende eierstok. Wat is er in de fossielen te zien?

Het Jeholornis fossiel bestaat uit twee steenplaten: de steen is opengesplitst op de plaats van het fossiel. Het gevolg is dat op de ene plaat, de hoofdplaat, het beest min of meer van de rugkant bekeken kan worden en op de andere plaat, de bijplaat, min of meer van de buikkant. Min of meer, want het is allemaal platgedrukt.  

figuur 5. Het Jeholornis fossiel. Foto en tekening van de hoofdplaat. In de met rood aangegeven rechthoek zijn ronde structuren te zien. Die structure zijn uitvergroot op plaatje c; boven wordt links in de uitvergrote figuur. Dezelfde plek op de bijplaat is te zien in figuur d. Zheng, Nature 2013, figuur 1.
Er zijn omstreeks 20 ronde structuren te zien die zich bevinden aan de buikzijde van de wervelkolom en voor het bekken, en vermoedelijk aan de linkerkant van het beest. Deze structuren zijn niet erg verschillend in grootte en liggen redelijk in rijen. Aan plaats in de anatomie en manier van eruit zien lijkt de interpretatie ‘rijpende of rijpe eifollikels’ gewettigd.

De twee Enanthiornes fossielen laten ook ronde structuren zien voor het bekken op de plaats waar in een vogel een eierstok zou zitten: links. De interpretatie als eifollikels is duidelijk. Het aantal follikels is kleiner dan bij Jeholornis, maar ze zijn per stuk groter ten opzichte van het beest. Het lijkt hier duidelijk dat de follikels in grootte toenemen. Aan telling en maat lijkt het erop dat deze beesten vijf (beest b) of twaalf (beest a) eieren gelegd zouden hebben als ze aan nestelen toe waren gekomen.


figuur 6. De Enanthiornis fossielen. Links beest a, hele fossiel en uitvergroot deel. Rechts beest b, hele fossiel en uitvergroot deel. Zheng, Nature 2013, figuur 2.
Alle drie de gevonden fossielen lijken alleen de linker eierstok te bezitten, net als de huidige vogels. Met een relatief hoog aantal follikels van dezelfde grootte is Jeholornis ook in dit kenmerk de meer basale vogel. Enanthiornis b in figuur 6 is nog  niet helemaal volgroeid, volgens zijn botten: de lange pootbotten zijn nog niet helemaal gefuseerd. De huidige vogels gaan niet leggen voordat hun skelet volgroeid zijn.

Vrij veel soms relatief kleine follikels, al eieren leggen als het skelet nog niet volgroeid is: het zijn eigenschappen die we niet bij de huidige vogels vinden maar wel bij hun naaste nog levende verwanten, de krokodillen.

figuur 7. Eierstokvorm geplot op een vereenvoudigde fylogenetische boom. Rood uitgestorven, groen levend. Zheng, Nature 2013, figuur 3.
 
Andere uitgestorven dinosauriers legden redelijk veel tot erg veel eieren. Dinosauriër legplaatsen laten zien dat er tussen de 10 en 50 eieren gelegd werden. Het is niet duidelijk of alle eieren gelijk gelegd werden, of met tussenpozen. In sommige soorten dinosauriër, zoals bij de broedende oviraptor Citipati, liggen de eieren twee aan twee in het nest: misschien legde Citipati twee eieren per dag, uit twee eierstokken via twee eileiders elk een ei. Een stukje bekken van een verder onbekende oviraptor heeft twee fossiele eieren – met schaal en al. Dit geeft de indruk dat er twee eieren per dag gelegd werden.  Een fossiel van Sinosauropteryx, minder verwant met de vogels dan de oviraptors, heeft vermoedelijk twee kleine eieren inwendig. Het lijkt erop dat de niet-vogel dinosauriers twee functionerende eierstokken hadden, niet één. Maar wel het systeem om de follikels stuk voor stuk rijp te laten worden en af te werken in de eileider.
 
figuur 8. De plaats van Sinosauropteryx (Compsognathidae), Citipati (Oviraptorosauria), Jeholornis en Enanthiornithes (Aves, binnen de aangegeven Avialae) in de fylogenetische boom van de Saurischia. De groene cirkel geeft de Theropoden, de gele circel de Maniraptora.

********************************
X.T. Zheng, J.O’Connor, F. Huchzermeyer, X.L. Wang, Y. Wang, M. Wang & Z.H. Zhou, 2013. Preservation of ovarian follicles reveals early evolution of avian reproductive behaviour. Nature 495:507-511.
T. Sato, T.N. Chang, X.C. Wu, D.A. Zelenitsky, & Y.F. Hsiao, 2005. A pair of shelled eggs inside a female dinosaur. Science 308: 375.
 
 

maandag 29 oktober 2012

Veren bij de dinosauriër Ornithomimus

De ontdekking dat dinosauriërs veren hadden sloeg in 1996 in als een bom. De belangrijkste onderzoeker op het gebied van de afstamming van de vogels, John Ostrom, viel steil achterover van verbazing. Dit fossiel was Sinosauropteryx prima, een kleine dino die relatief ver van de vogels afstaat. Hij had donsveren langs rug en staart.


Sinosauropteryx prima
Het aantal dinosauriërs dat met zekerheid veren had staat nu op 32 soorten. Die veren zijn meestal niet voor vliegen. Veel van de veren is een soort dons, en geschikt om warmte vast te houden. Veren met een schacht komen ook in een behoorlijk aantal dinosauriërs voor, en niet alleen bij de directe verwanten van de vogels. De laatste aanvulling is veren met een schacht op de voorpoten van Ornithomimus edmontonicus. Dit zijn de eerste veren die gevonden zijn voor zijn groep, de Ornithomimosauria. Van alle dino’s met veren met schacht is dit degene die het verst van de vogels staat. Donsveren zijn nog wijder verbreid.



Ornthomimus volwassene en jong van een jaar. Kleuren zijn niet bekend. De uitstaande veren aan de voorpoten lijken op grond van de tekst te groot getekend. De gevonden sporen zijn namelijk van dekveren.
Welke dinosauriërs zijn er? De dinosauriërs vallen uiteen in twee grote groepen, de Ornithischia en de Saurischia. De bekende beesten als Triceratops, met hun drie hoorns en grote nekschild, horen bij de Ornithischia. De Saurischia vallen weer uiteen in twee groepen, de Sauropodomorpha en de Theropoda. De Sauropoden zijn die enorme plantenetende beesten op vier poten, met de Diplodocus – net als Triceratops te zien in plastic in elke museumwinkel – als voorbeeld. De Theropoden zijn roofdieren, en hun bekendste beest is Tyrannosaurus rex – en de vogels natuurlijk. Vogels zijn Theropoden, op dezelfde manier als vleermuizen zoogdieren zijn.

Dat zijn de dino’s zo’n beetje. Welke hadden er veren? Alle dino’s met veren zijn Theropoden. Niet alle Theropoden hadden veren. Dit is een indeling van de Saurischia waarin aangegeven is per groep of er een soort bij hoort die veren had.


Indeling van de Saurischia. De Theropoden zijn de beesten vanaf de groene stip. De Maniraptora zijn de beesten vanaf de gele stip.
Er is aangegeven welke structuur in een bepaalde groep voorkomt; dat wil niet zeggen dat die structuur bij alle beesten van de groep gevonden is, maar dat tenminste 1 soort van de groep de aangegeven structuur heeft. Filamentous feathers: donsveren. Shafted feathers: veren met een duidelijke schacht. Pennibrachia: voorpoten met veren met een schacht, niet vliegend. Wings: voorpoten met veren met schacht voor vliegende beesten.

Hoe werkte zo’n indeling ook alweer? Er staan groepen in de indeling. De indeling werkt met hoeveel de groepen overeenkomen en verschillen. De indeling geeft een evolutionaire hypothese over verwantschap.

De groep Troodontidae en de groep Dromaeosauridae zijn twee groepen beesten die in de groepskenmerken veel op elkaar lijken maar in tenminste 1 kenmerk systematisch verschillen. Elk ander beest verschilt meer van de Troodontidae en de Dromaeosauridae dan die beesten onderling. De Troodontidae en Dromaeosauridae lijken evenveel op de Avialae, maar de Avialae, Troodontidae en Dromaeosauridae samen lijken meer op elkaar dan op elke andere soort. De vogels zijn een ondergroep van de Avialae en het getekende beest bij Avialae stelt Archaeopteryx voor.

De Oviraptorosauria en de Therizinosauroidea lijken ook meer op elkaar dan op enig ander beest. De club van Avialae, Troodontidae, Dromaeosauridae en de club van Oviraptorosauria en de Therizinosauroidea hebben zoveel gemeen dat ze bij elkaar in een hogere club worden ingedeeld. Deze club van vijf groepen en de Alvarezsauroidea vormen samen de Maniraptora. En tot veren met schacht gevonden werden bij Ornithomimus edmontonicus waren de Maniraptora de enige beesten waarbij veren met schacht bekend waren.

Een artikel in Science van 26 oktober 2012 laat zien wat er van veren bij Ornithomimus edmontonicus bekend is. Het gaat over 3 fossielen. Een is een jong beest van misschien een jaar oud, en heeft alleen dons. Het tweede fossiel is een volwassen beest waarvan de voorpoten niet bewaard zijn gebleven. Dit beest heeft dons op nek, rug en borst. Het derde fossiel is een volwassene waarvan de voorpoten wel bewaard zijn gebleven.


Ornithomimus edmontonicus. (TMP 1995.110.1). Goed bewaard skelet. De witte streep geeft de schaal, 50 cm. De tekenen van veren worden gevonden op de onderarmbeenderen, op de plaats aangegeven met het rechthoekje.

Er zijn sporen van veerschachten gevonden op de twee onderarmbeenderen, het spaakbeen en de ellepijp; daar waar het rechthoekje in de foto staat. Die sporen van veerschachten zijn echt sporen: koolstofstreepjes.


Koolstofresten op spaakbeen (rechterbot) en ellepijp (linkerbot). Foto en tekening. Met blauw is aangegeven waar de koofstof rest op een schuine doorsnee door de schacht van een veer lijkt. Schaalstreepje is 1 cm.

Op de ellepijp liggen de streepjes aan de bovenkant en achterkant van het bot, en veranderen geleidelijk van richting, zoals te zien is: van zuidwest-noordoost naar noord-zuid. Op het spaakbeen liggen de streepjes aan de bovenkant, en lopen ze noord-west-zuidoost. Dat betekent dat deze koolstofsporen dezelfde oriëntatie hebben als dekveren op de voorpoot van vogels. En dat betekent weer dat het hele aanlegpatroon van de veren op de voorpoot gedeeld wordt door alle dinosauriërs met veren.

Het interessante is hier dat de ‘echte’ veren alleen bij de volwassen Ornithomimus gevonden zijn. Dat doet de veronderstelling opkomen dat deze veren in volwassenen een functie hebben die niet in jonge beesten voorkomt: balts of broeden, of de kuikens onder de voorpoten houden.

Broeden? Mogelijk, ja – tenminste, van de oviraptorsoort Citipati zijn broedende exemplaren op hun nest met eieren gevonden. Ze waren door duinzand bedekt en tot fossiel in zandsteen geworden. Ze zaten in precies dezelfde houding als een kip op de eieren.


Citipati op nest. Kop ontbreekt. Nature 1995.
Balts? Mogelijk, ja – Caudipteryx en Ornithomimus edmontonicus zijn veel te groot om ooit te kunnen vliegen. Vertoon bij baltsen is een voor de hand liggend gebruik van veren: spring op en klapper die armen!
Caudipteryx, behorend bij de Oviraptorsauria
Ornithomimus in hun omgeving, min of meer als baltsend beest
.Twee andere punten zijn ook interessant aan dit fossiel. Ornithomimus edmontonicus is gevonden in Canada en in een afzetting van rivierzand. Tot nu toe waren gevederde dinosauriërs alleen bekend uit China, en uit de veel fijnere afzettingen uit meren.

***************
Zelenitsky, Therrien, Erickson, DeBuhr, Kobayashi, Eberth & Hadfield. 2012. Feathered Non-Avian Dinosaurs from North America Provide Insight into Wing Origins. Science 338:510-514. http://dx.doi.org/10.1126/science.1225376

http://blogs.discovermagazine.com/notrocketscience/2012/10/25/%E2%80%98bird-mimic%E2%80%99-dinosaur-hints-that-wings-evolved-for-show-not-flight/

http://nl.wikipedia.org/wiki/Citipati

woensdag 12 september 2012

‘Vogels’ is ook maar een naam.

De vorige blogpost stelde een aantal beesten aan de lezer voor, en eindigde met een algemene vraag: zijn dit nu vogels, ja of nee? Bijvoorbeeld, is dit beest, Xiaotingia zhenghi, een vogel?


 
Xiaotingia zhenghi, Nature 475, 28 juli 2011


Lastige vraag.

Het antwoord hangt namelijk van de definitie van ‘vogels’ af. De groepsnaam ‘vogels’ is niet eenduidig en vastliggend, maar een kwestie van definitie. We kunnen de definitie van ‘vogels’ kiezen zoals we maar willen: met zo min mogelijk beesten, met zo veel mogelijk beesten, zo logisch mogelijk of volgens traditie. Dat geeft nogal wat verschillen, in het idee ‘vogels’.

We gaan uit van wat iedereen een vogel noemt: vliegende beesten met veren, een korte staart met een waaier aan veren en een snavel. Nou ja, vliegend? Dat is niet echt nodig: struisvogels en emoes zijn ook vogels. Dat betwist niemand. In feite hebben we bij de huidige beesten genoeg aan één kenmerk: veren. Iets met veren is een vogel, bij de huidige beesten. De vraag is natuurlijk, hoeveel een beest van ons standaardidee, opgebouwd uit ‘mus’ ‘zwaluw’ ‘uil’ ‘eend’ enzovoort, mag afwijken en nog ‘vogel’ mag heten.

Om naar de mogelijkheden voor de definitie van de groep ‘vogels’ te kijken is het nodig te weten hoe de huidige vogels worden ingedeeld binnen de gewervelde dieren.




Indelingsschema: groepen met huidige beesten hebben een lijntje dat doorgetrokken is tot rechtermarge van de figuur.
‘Overige vogels’ zijn alle steltlopers, zangvogels, roofvogels enzovoort. ‘Ganzen, hoenders’ is de groep met alle ganzen, eenden etc en hoenders als kippen en fazanten etc. ‘Loopvogels’ zijn de struisvogel, emoe, casuaris, rhea en kiwi; tinamoes zijn Zuid-Amerikaanse vogels die met de loopvogels in een groep worden ingedeeld.
‘Overige vogels’ en ‘ganzen, hoenders’ zijn zustergroepen. ‘Overige vogels’ + ‘ganzen, hoenders’ is de zustergroep van de groep ‘loopvogels + tinamoes’.
Dit betekent dat bv de struisvogel uit de groep ‘loopvogels, tinamoes’ even verwant is met een mus uit de groep ‘overige vogels’ als met een eend uit de groep ‘ganzen, hoenders’. Het betekent dat Archaeopteryx even verwant is met alles dat volgt uit hetzelfde niveau van splitsing, ook even met een rood lijntje aangegeven. Zie: harken en harkjes

In de indeling van de gewervelde dieren vormen de huidige vogels de zustergroep van de huidige krokodillen. Als we alleen de levende beesten nemen zijn de krokodillen de beesten die het dichtst bij de vogels staan. Krokodillen en vogels hebben een vierkamerig hart, een gehemelte en een venster tussen de vele botten van de onderkaak. Hagedissen en slangen hebben dat niet. Vogels en krokodillen hebben veranderingen gemeen, hagedissen en krokodillen hebben alleen basale kenmerken gemeen. De vogels en de krokodillen vormen daarom samen de zustergroep van de huidige hagedissen en slangen. Zie: “Waarom de reptielen niet bestaan”.
Allerlei fossiele beesten komen in de indeling terecht als dichter bij de vogels dan bij de krokodillen. Dat is schematisch aangegeven met wat vertakkingen in de indeling. Allerlei andere fossiele beesten komen dichter bij de krokodillen terecht dan bij de vogels, maar omdat we nu niet geïnteresseerd zijn in deze beesten, zijn voor de krokodillen geen vertakkingen in de indeling getekend. Dit indelingsschema is te gebruiken om de mogelijke definities voor de groep ‘vogels’ aan te geven.

Definitie 1: we noemen de groep met de huidige vogels en hun uitgestorven directe verwanten ‘vogels’.

De definitie met de minste beesten is: onder ‘vogels’ verstaan we alle huidige beesten met veren, samen met de fossielen die binnen de huidige beesten passen. Een fossiele gans is een vogel – we weten bij welke nu nog levende groep hij hoort, ook als het een fossiel uit het Krijt is. Hesperornis en Ichthyornis zijn fossiele beesten uit het Krijt die niet binnen de huidige vogels passen. Er is geen enkele huidige groep vogels waar deze beesten bij kunnen horen, onder andere omdat ze tanden hebben. Volgens deze eerste definitie van ‘vogels’ zijn Hesperornis en Ichthyornis dan verwant met de ‘vogels’ maar geen vogel. Ook is Archaeopteryx geen vogel, maar op een of andere manier verwant met de vogels. Met andere woorden, er vallen een heleboel vogelachtige beesten buiten de groep ‘vogels’, als we deze definitie aanhouden.


Definitie 2: we noemen alle beesten die dichter bij vogels staan dan bij elke andere groep levende beesten ‘vogels’.

De definitie met de meeste beesten is: onder ‘vogels’ verstaan we alle huidige beesten met veren, samen met alle fossielen die dichter bij deze huidige beesten met veren staan dan bij elk ander nu levend beest.

Bij deze definitie van vogels – alles dat dichter bij de huidige vogels wordt ingedeeld dan bij de krokodillen – komen ook de Pterosauriërs en ook alle Dinosauriërs, ook de megaton planteneters, ook de grote rovers als Tyrannosaurus, bij de groep ‘vogels’ terecht. Pterosauriërs vliegen wel, maar hun vleugel is heel anders gebouwd dan die van vogels. Als we deze definitie aanhouden, krijgen we allerlei bijzonder onvogelige beesten in de groep ‘vogels’.




Definitie 3: we noemen de groep met specifieke kenmerken als snavel en pygostyle ‘vogels’.

Een meer logische definitie van vogels? ‘Vogels’ hebben veren, een snavel al of niet samen met tanden, en een pygostyle – een verkorte samenvoeging van de laatste 7 staartwervels van de korte staart – en daarmee staart met een waaier van veren. Dat pakt de meest voor de hand liggende kenmerken in de definitie samen. Alle beesten in de groep zijn nu duidelijk ‘vogel’, als je op het gangbare imago van ‘vogel’ afgaat. Hesperornis en Ichthyornis uit het late Krijt zijn vogels, ondanks de tanden. Confuciusornis uit het vroege Krijt is bijvoorbeeld een vogel, een van de oudste vogels. Alleen – deze definitie wordt zelden gebruikt: het is een laatkomertje onder de definities. Archaeopteryx valt duidelijk buiten deze groep. Archaeopteryx heeft geen snavel en een veel te lange staart.

Definitie 4: we noemen de groep met Archaeopteryx en alles dat tussen Archaeopteryx en mus staat ‘vogels’.

De traditionele definitie is: alle huidige beesten met veren en alle fossiele beesten ingedeeld tussen huismus en Archaeopteryx. Waarom deze definitie? Omdat Archaeopteryx in 1861 bij de vogels werd ingedeeld: omdat hij veren had. Deze definitie van ‘vogels’ heeft iets heel formeels over zich. Er is geen goede reeks kenmerken voor deze definitie te geven, maar het is de traditionele en formele definitie. Taxonomen hebben weinig neiging definities te herzien. Door dit formele denken is en blijft Archaeopteryx een vogel, waar hij precies ook in de indeling terecht komt – en alle andere fossielen komen al of niet formeel bij de ‘vogels’ terecht, afhankelijk van hoe ze ten opzichte van Archaeopteryx in de indeling terecht komen. Dit geeft ook nogal wat mogelijkheden voor beesten die er heel weinig vogelachtig uitzien om formeel in de groep ‘vogels’ terecht te komen.

Ooit, vroeger, heerste het idee dat ‘vogels’ een vaststaande groep waren waar beesten al of niet bij hoorden. Naarmate er meer fossielen gevonden werden van beesten met veren werd het steeds moeilijker om een dergelijk beest bij een vaststaande groep ‘vogels’ in een hokje te wringen. Ook om andere redenen ging het hele idee van indelen op de schop. Nu zijn we bij een totaal andere opvatting uitgekomen: we kunnen de groep ‘vogels’ definiëren zoals we willen – nou ja, min of meer verstandig. De fylogenetische boom is precies dezelfde bij elke naamgeving.

De meest gehanteerde namen van de groepen zijn:

Groep van definitie 1: Neornithes
Groep van definitie 2: Avemetatarsalia
Groep van definitie 3: Pygostylia
Groep van definitie 3: Aves

**************

X. Xu, HL. You, K. Du and FL. Han, 2011. An Archaeopteryx-like theropod from China and the origin of Avialae. Nature 275: 465-470.
J.A. Clarke, C.P. Tambussi, J.I. Noriega, G.M. Erickson and R.A. Ketcham, 2005. Definitive fossil evidence for the extant avian radiation in the Cretaceous. Nature 433: 305-308. (over Vegavis, een verwant van de ganzen.

http://evolutiebiologie.blogspot.com/2010/10/harken-en-harkjes.html
http://evolutiebiologie.blogspot.com.au/2010/10/waarom-is-archaeopteryx-een-vogel.html
http://evolutiebiologie.blogspot.com.au/2010/10/een-vogel-is-een-dinosaurier-met-minder.html
http://nl.wikipedia.org/wiki/Hesperornis
http://nl.wikipedia.org/wiki/Ichthyornis
http://nl.wikipedia.org/wiki/Confuciusornis