לפני 220 מיליון שנה, בתור הטְרִיאַס, לא נשאר הרבה מקום פנוי על פני האדמה. יערות מחטניים כיסו את חצי הכדור הצפוני, ושרכים מסוגים שונים שלטו באדמות הדרום. ביערות הסתובבו מינים שונים ומשונים של בעלי חיים. היו ביניהם דו חיים גדולים בהרבה מהצפרדעים והסלמנדרות של ימינו; קיינודונטיים, אבותיהם של היונקים המודרניים ולכן גם שלנו; ארכוזאורים, הקבוצה שממנה יצאו הדינוזאורים, הפטרוזאורים וגם התנינים; וראשוני הדינוזאורים עצמם, שעדיין לא הגיעו לגדלים שיאפיינו אותם בהמשך, בתור היוּרָה ובתור הקְרֶטִיקוֹן. מעליהם, מתחתיהם וביניהם נמצא מגוון גדול של חרקים ופרוקי רגליים אחרים, שהתחפרו באדמה, בנו את ביתם בין העלים וגם עפו באוויר. גבוה מעל היערות הם היו בטוחים לחלוטין מפני בעלי החוליות, שנשארו הרחק למטה.
7 צפייה בגלריה
תפסו גודל ושיפרו את כישורי התעופה. פטרוזאורים מהסוג Rhamphohynchus
(איור: Mark Witton, UNIVERSITY OF READING)
השמיים צפנו בחובם הבטחות רבות לבעל חוליות שיוכל להמריא גם הוא. כך הוא יחמוק מהטורפים שעל האדמה וימצא שפע של מזון בדמות החרקים שהקדימו אותו בפיתוח התעופה. הוא יוכל למצוא לעצמו נישה אקולוגית חדשה לגמרי, למשל להקים את ביתו על מצוקים קשים לטיפוס, וכך להימנע מקרבות עם בעלי חיים אחרים על טריטוריה. במקום לנדוד בקושי רב דרך הרים ועמקים, לעקוף מכשולים ולהיזהר כל העת מטורפים, הוא פשוט יעוף מעל כל אלו, ויגיע בקלות ובמהירות למחוז חפצו. מה יכול להיות טוב יותר?
לפיכך היה יתרון אבולוציוני ברור לכושר התעופה שהתפתח לפני כ-220 מיליון שנה אצל הפְּטֶרוֹזַאוּרִים, החולייתנים הראשונים שהמריאו מהקרקע. אחריהם עשו זאת בעלי חיים אחרים: הציפורים והעטלפים, שיכולות התעופה המרשימות שלהם הפכו אותם לשליטי השמיים כיום, ומינים שלא הצליחו לפתח תעופה ממש, והסתפקו בדאייה מענף לענף. בשנים האחרונות התגלה כי בתקופה שבה הציפורים עשו את נפנופי הכנפיים הראשונים שלהן, כושר התעופה החל התפתח גם בקבוצה אחרת של דינוזאורים. קבוצה זו הייתה בעלת כנפי עור ולא נוצות, אבל נראה שההתפתחות שלה נעצרה בשלב של יכולת דאייה מוגבלת למדי. בכתבה הזו נתמקד בשתי הקבוצות שבניגוד לציפורים לא שרדו עד ימינו: הפטרוזאורים, קבוצה מוצלחת ומגוונת ששלטה בשמיים במשך כ-150 מיליון שנים, והדינוזאורים בעלי כנפי העור, שנעלמו כעבור כמה מיליוני שנים בלבד.
חלוצי התעופה
כמו הדינוזאורים, הפְּטֶרוֹזַאוּרִים התפתחו מקבוצת האַרְכוֹזַאוּרִים, אך שתי השושלות התפצלו זו מזו כבר לפני כ-250 מיליון שנה. פירוש השם פְּטֶרוֹזַאוּר הוא "כנף-לטאה", ולא קשה להבין איך הם קיבלו אותו: הכנפיים המרשימות הם המאפיין הבולט ביותר של הקבוצה. בניגוד לציפורים שהגיעו אחריהם, הכנפיים של הפטרוזאורים לא היו מורכבות מנוצות אלא מיריעות עור גדולות, ובכך היו דומות יותר לכנפי העטלפים המודרניים. אך הן גם לא היו מכוסות בקשקשי לטאה, אלא בסיבים קצרים, שככל הנראה נראו קצת כמו פרווה. יש עדיין ויכוח בשאלה מה בדיוק היו הסיבים האלו – נוצות פרימיטיביות מאוד, או מבנה אחר שהתפתח בנפרד מהנוצות.
למרבה הצער, אין בידינו מאובנים שמראים את שלבי ההתפתחות של הפטרוזאורים ושל יכולת התעופה שלהם: המאובן המוקדם ביותר שנמצא הוא של פטרוזאור שכבר היה בעל כנפיים, ונראה שיכול היה לעוף. זה לא אומר שהם לא השתנו במהלך התקופה הארוכה שבה שלטו בשמים, עד שנכחדו, עם רוב הדינוזאורים, לפני כ-66 מיליוני שנה. במחקר שפורסם לאחרונה בחנו החוקרים את ממדי הגוף והכנפיים של 75 מיני פטרוזאורים, והגיעו למסקנה שיכולת התעופה שלהם השתפרה בהדרגה לאורך הדורות.
הפטרוזאורים הראשונים, כתבו החוקרים, "עשויים היו להיות מעופפים לא יעילים, שהמריאו לאוויר לזמן קצר בלבד", לפני שנאלצו לנחות. אך במשך השנים הם התפתחו עד שיכלו לעוף למשך זמן רב ולמרחקים גדולים. החוקרים ניתחו את היעילות האנרגטית של התעופה, כמה אנרגיה היו בעלי החיים צריכים להשקיע כדי לעוף למרחק מסוים, ומצאו שאחרוני הפטרוזאורים היו יעילים בחמישים אחוז יותר מהראשונים. גם יכולתם לדאות ו"לרכב" על זרמי אוויר השתפרה, והם יכלו לבלות זמן רב יותר באוויר מבלי לנפנף בכנפיהם.
מתחילים בקטן, מסיימים בגדול
הפטרוזאורים גם גדלו במשך עשרות מיליוני שנות קיומם – אך לא מיד. במשך כ-70 מיליוני שנה מיני הפטרוזאורים נשארו קטנים יחסית, עם מוטת כנפיים ממוצעת של כמטר אחד. לפני כ-150 מיליוני שנים, חלק מהם התחילו לגדול. עם הזמן התפתחו מינים עם מוטת כנפיים גדולה בהרבה, מגמה שהגיעה לשיא עם הקווצאלקואטלוס (Quetzalcoatlus) מצפון אמריקה. המינים הגדולים ביותר מהסוג הזה הגיעו לגובה של ג'ירף, ומוטת כנפיים של כעשרה מטרים, כמו של מטוס F-16. המראה של פטרוזאור ענק שכזה, מרחף מעל הטרף שלו ופוער את פיו הגדול, מלא השיניים, בוודאי רדף את אוכלי העשב הקדומים בסיוטיהם.
מה קרה לפני 150 מיליון שנה, שהוביל את הפטרוזאורים לגדול לפתע, לאחר עשרות מיליוני שנים שבהן הם היו בגודל צנוע יחסית? במאמר שהתפרסם ב-2014 הציעו חוקרים שקפיצת הגדילה היא תוצאה של תחרות עם המעופפים החדשים שהגיעו לשכונה: הציפורים. באותה תקופה הדינוזאורים המנוצים הראשונים המריאו לאוויר, ומן הסתם התחרו עם הפטרוזאורים על מזון, מקומות קינון ועוד. הציפורים הראשונות היו לא היו גדולות במיוחד – למעשה, אף ציפור מעופפת לא התקרבה לגודלם של הקווצאלקואטלוס, מאז ועד היום – ונראה שהן הצליחו לתפוס את מקומם של רבים מהפטרוזאורים הקטנים יותר. הפטרוזאורים הגדולים יותר שרדו, וככל שהיו גדולים יותר שרדו יותר, ככל הנראה משום שלא היו בתחרות ישירה עם הציפורים על מקורות מזון, או משום שגברו על הציפורים הגדולות בתחרות הזו.
לעוף כמו גדול
איך הצליחו בעלי חיים גדולים כל כך לעוף? השאלה הזו רק מתחדדת כאשר מביטים במבנה גופם הפטרוזאורים הגדולים. בניגוד לציפורים, שפיתחו מקור קל ונטול שיניים, לפטרוזאורים היה פה גדול מאוד ביחס לגופם, והם לא ויתרו על השיניים הכבדות. כבר לפטרוזאורים הקטנים יחסית היה ראש גדול עם מלתעות ארוכות מאוד – אורך הראש, עם הפה הארוך, הגיע לאורך של כל מרכז הגוף, מהכתפיים עד לירך. כשהפטרוזאורים החלו לגדול, הראש שלהם גדל עוד יותר: לחלק מהמינים הגדולים היה ראש שאורכו פי שניים או שלושה מאורך מרכז הגוף. יותר מכל דבר אחר, הם נראו כמו ראש גדול עם כנפיים.
חלקים אחרים שלהם נראו מתאימים יותר ליצור מעופף. כמו לציפורים, לפטרוזאורים היו עצמות חלולות, שהפחיתו מאוד את משקל השלד. בנוסף, כנפי העור מייצרות יותר כוח עילוי מכנפי הנוצות של הציפורים, וכך תומכות במשקל רב יותר. אך זה עדיין משאיר את הבעיה של ההמראה – בעל חיים במשקל של מאה קילוגרם ויותר צריך לנתר לגובה משמעותי כדי שיוכל להתחיל בתעופה.
בשנים האחרונות הראו מחקרים שהסוד להצלחת התעופה של הפטרוזאורים הגדולים היא דווקא הצורה שבה הם הלכו על הקרקע. בניגוד לציפורים, שגפיהן הקדמיות התמחו בתעופה עד שאיבדו כל יכולת לשמש בהליכה, הפטרוזאורים הלכו על ארבע: כשנחתו הם קיפלו את כנפי העור שלהם והציבו את כפות רגליהם הקדמיות על האדמה.
"קיומן של ארבע רגליים משנה באופן דרסטי את הגודל המרבי של יצור שמסוגל לעוף", כתב מייקל חביב (Habib) בסיינטיפיק אמריקן (ותורגם לאתר מכון דוידסון). "פטרוזאורים יכלו להשתמש להמראה לא רק בגפיהם האחוריות אלא גם בקדמיות, הגדולות הרבה יותר, ובכך הכפילו את הכוח הזמין להמראה, אם לא למעלה מכך. היה להם צירוף התכונות המושלם למפלצות מעופפות".
למרות זאת, במחקר שבחן את יעילות התעופה של הפטרוזאורים מצאו החוקרים כי במינים בעלי הגוף הגדול ביותר, נרשמה ירידה קטנה ביעילות עם הזמן, עם גדילתם שלהם לממדים יוצאי דופן. כנראה שיש גבול עליון לגודל הגוף של מעופף מצטיין. החוקרים שיערו שהקווצאלקואטלוס ובני משפחתם עפו פחות מפטרוזאורים קטנים יותר, ואימצו אורח חיים ושיטות ציד שהסתמכו יותר על גודלם וחוזק גופם.
"למרות שהם היו ידעו לעוף, הם כנראה בילו חלק גדול מזמנם על הקרקע", אמרה ג'ואנה בייקר (Baker), אחת החוקרות. "תעופה יעילה מאוד ככל הנראה לא הייתה מקנה להם יתרון משמעותי, והממצאים שלנו, המעידים שהיו להם כנפיים קטנות יותר, מתאימים לממצאי המאובנים, לפיהם הם הסתמכו פחות על תעופה".
סופם של המעופפים הראשונים
הפטרוזאורים היו קבוצה מגוונת ומצליחה, אך כולם נכחדו לפני 66 מיליון שנה, בעקבות פגיעת האסטרואיד שהרגה את רוב הדינוזאורים, יחד עם 75 אחוזים מכל המינים החיים בכדור הארץ. מדוע הזוחלים המעופפים נכחדו, בעוד הציפורים הצליחו לשרוד? ייתכן שגודלם היה בעוכריהם. "אין כמעט שום חיית יבשה שמסת הגוף הבוגר שלה עולה על 20 קילוגרם ושרדה את יום הדין ההוא", כתב חביב. "והעובדה שהם היו לא רק גדולים אלא גם מעופפים הייתה עשויה להיות משמעותית משמעות במיוחד, שכן מעופפים גדולים נוטים להסתמך על דאייה ברוב שלבי התעופה". השרפות הגלובליות שהצית האסטרואיד בפגיעתו גרמו לשינויים קיצוניים במזג האוויר, ולפי ההערכות התנאים הדרושים לדאייה אבדו למשך כחודש. יצור שתלוי בדאייה כדי למצוא את מזונו לא יוכל לשרוד חודש שכזה.
לאחר שהשריפות דעכו נכנס כדור הארץ לחורף חשוך וארוך, שבו קמלו רוב הצמחים ובעקבותיהם גוועו בעלי החיים שניזונו מהם. גם מינים רבים של ציפורים נכחדו בתקופה זו. אלו ששרדו היו ציפורים שניזונו מגרעינים, שעדיין היה ניתן למצוא, וכאלו שנהגו להתחפר באדמה בעת סכנה. הפטרוזאורים היו טורפים, ולא ידעו להתחבא – "מפלצת מעופפת, טורפת דינוזאורים, שאורכה ארבעה מטרים, לא צריכה להתחפר כדי לחמוק מסכנות – היא עצמה הסכנה", כתב חביב. תכונות אלו הפכו את בעלי החוליות המעופפים הראשונים לפגיעים במיוחד לאסון האקולוגי שהיכה בהם.
בין פטרוזאור לציפור
נחזור כמה עשרות מיליוני שנים אחורה, לפני פגיעת האסטרואיד. אנחנו נמצאים בתקופת היורה, לפני כ-160 מיליון שנה. מינים שונים של פטרוזאורים עפו בשמים, וראשוני הדינוזאורים המנוצים החלו לנסות ולהצטרף אליהם. ממש כאשר הציפורים עשו את מעופן המהוסס הראשון על כנפי הנוצות, הייתה קבוצה אחרת, קרובה, שמתחה את כנפי העור שלה. בעלי חיים אלו נראו כמעין שילוב של ציפור ופטרוזאור, והיו ניסוי משונה משהו, ולא מאוד מוצלח, של בעל חוליות מעופף, או לפחות דואה. הוא נמשך רק כמה מיליוני שנים, ואנחנו יודעים עליו מהמאובנים המעטים, אך המרתקים, שהוא השאיר אחריו.
הרמז הראשון לקיומם של המעופפים המוזרים הגיע ב-2015, בעקבות חקירה של מאובן בן 160 מיליון שנים שזכה לשם אי צ'י (Yi qi), "כנף מוזרה" במנדרינית. מבנה גופו העיד עליו שהוא דינוזאור מקבוצת התֶרוֹפּוֹדִים – קבוצה שכוללת את הטִירַנוֹזַואוּרוּס רֶקְס המפורסם, את הוֶלוֹסִירַפְּטוֹרִים הזריזים וגם את כל הציפורים המודרניות, שכן מבחינה אבולוציונית הציפורים לא רק התפתחו מדינוזאורים, הן דינוזאורים בעצמן. אי צ'י השתייך, אם כך, לאותה קבוצה שאליה השתייכו הציפורים, אך לא היה ציפור בעצמו.
כמו רבים מהתרופודים, ואולי כולם, גופו של אי צ'י היה מכוסה נוצות. אך אלו לא היו נוצות התעופה המורכבות שאנחנו מכירים מהציפורים בנות זמננו, אלא מבנים קצרים יחסית שהסתיימו בסיבים דמויי מברשת. איש לא חשב שהנוצות האלו יכלו לתמוך בתעופה. אך לאי צ'י היה פריט אנטומי מפתיע יותר: לצד אצבעותיו הארוכות בלטה עצם ארוכה ודקה מתוך פרק כף היד שלו. "כשראיתי את העצם הזו, הייתי ממש מבולבל", אמר שינג שו (Xu), שהוביל את המחקר, בראיון לנשיונל ג'יאוגרפיק. "אין שום דבר דומה לזה אצל אף דינוזאור אחר".
הפתרון לחידה הגיע מבעל חיים שונה מאוד: הסנאי הדואה (Pteromyini). יונקים אלו נוהגים לקפץ מענף לענף ולדאות על זרמי האוויר, בעזרת יריעות עור דמויות מצנח שנמתחות בין רגליהם. יריעות עור אלו מתחברות לעצם ארוכה היוצאת מפרק כף היד שלהם, ודומה מאוד לזו שנמצאה אצל אי צ'י. האם גם לדינוזאור הייתה כנף מעור? "עד כמה שאני יודע, זה הפירוש האפשרי היחיד", אמר שוּ.
7 צפייה בגלריה
עצם ארוכה ודקה שאין דומה לה אצל שום דינוזאור אחר. כך אולי נראה אי צ'י
(איור: Emily Willoughby, Wikipedia)
דואים בקושי
ההשערה הזו קיבלה חיזוק עם מציאתו של מאובן נוסף מאותה משפחה, שזכה לשם ארוך יותר וחמוד פחות: אמבופטריקס לונגיברכיום, (Ambopteryx longibrachium), שפירושו "דו-כנף זרוע ארוכה". אי צ'י היה דינוזאור קטן, בגודל של יונה, ולונגיברכיום היה קטן אף יותר, כמו ציפור דרור. גם לו, כמו לקרוב משפחתו, הייתה עצם דקה וארוכה שיצאה מפרק כף היד. החוקרים לא יכלו לחשוב על שימוש אפשרי לעצם שכזו, מלבד תמיכה בכנף עור. בחינה מדוקדקת של המאובנים אף העלתה סימנים לשאריות של יריעות העור עצמן, שנעלמו כמעט כליל במהלך ההתאבנות.
האם הדינוזאורים המוזרים האלו עפו ממש עם כנפי העור שלהם? כבר מההתחלה, הסיכוי לכך נראה קלוש. עצמות הזרוע וכף היד לא הראו סימנים לשרירים חזקים, כמו שיש לעטלפים והיו לפטרוזאורים, שיאפשרו להם לשלוט על הכנף ולכוון את התעופה. מחקר שהתפרסם לאחרונה בדק את השאלה הזו ביתר פירוט, והגיע למסקנה שהם היו מעופפים גרועים למדי, ואפילו בדאייה לא היו ממש מוצלחים.
החוקרים הראו שלדינוזאורים אלו לא היו את עצם החזה הגדולה ואת עצמות הכתפיים החזקות שתומכות בשרירי התעופה הגדולים אצל הציפורים והפטרוזאורים, ולכן לא יכלו לנפנף בכנפיהם. בניגוד לפטרוזאורים, מבנה רגליהם הקדמיות של אי ואמבופטריקס לא התאים לקפיצה לשם המראה מהקרקע, והם יכלו להגיע לאוויר רק מענף בצמרת העץ. משם הם כנראה דאו לענף אחר, כמו הסנאים הדואים המודרניים, אבל עם הרבה פחות סגנון וכשרון: הכנפיים של הדינוזאורים היו קשיחות יותר, ולכן פחות גמישות וקשות יותר לשליטה. החוקרים הראו שבמהלך הדאייה הם איבדו גובה במהירות, וכדי לעבור מרחק משמעותי הם היו צריכים לעלות תחילה לגובה רב. כשיטה לנוע במרחב, הם סיכמו, הדאייה שלהם לא הייתה יעילה אנרגטית.
"הוא נורה מעץ לעץ, מנסה נואשות לא להתנגש בדברים", תיאר אלכסנדר דצ'קי (Dececchi), שהוביל את המחקר, את ה"תעופה" של אי בראיון לניו-יורק טיימס. "זה לא היה נעים".
אך לא כולם מסכימים שהדינוזאורים בעלי כנפי העור היו בהכרח כישלונות מוחלטים שכאלו. רק שלושה מאובנים מהקבוצה הזו נמצאו, כך שהנתונים שבידינו מעטים מאוד. "החוקרים מסיקים יותר מדי מכמה מאובנים שאינם שמורים היטב", טענה ז'ינגמיי אוקונור (O’Connor), שעבדה על מחקר אי צ'י בעבר. גם שוּ סבור כך, ומקווה כי מאובנים נוספים יימצאו בעתיד, וישפכו עוד אור על התנועה של הדינוזאורים הדואים. "אני לא חושב שזו המילה האחרונה על יכולות התעופה של אי", אמר.
7 צפייה בגלריה
זו ציפור? זה עטלף? לא - זה אמבופטריקס בדאייה, לפחות לפי דמיונו של הצייר
(איור: Gabriel Ugueto, THE UNIVERSITY OF HONG KONG)
היסטוריה חלופית
תעופה עם כנפי עור היא אפשרית: הפטרוזאורים עשו זאת בהצלחה בעבר, והעטלפים עושים זאת כיום במיומנות לא פחותה. אך אצל הדינוזאורים, הניסוי האבולוציוני בכנפי עור לא עלה יפה. תוך זמן קצר במונחים אבולוציוניים – כמה מיליוני שנים לכל היותר – לא נותר מהם זכר. ייתכן שהם לא הצליחו להתחרות עם אבותיהם של הציפורים, שכנראה החלו גם הם לדאות, ואז לעוף ממש, באותו תקופה. בין הציפורים הראשונות והפטרוזאורים, שכבר ביססו את שליטתם בשמים, לא נותר מקום פנוי ליצור-כלאיים שכזה, עם נוצות וכנפי עור, שרק החל את דרכו האבולוציונית ועוד לא שלט כראוי בכנפיו.
מה היה קורה אם הם לא היו נכחדים כל כך מהר? האם כמה עשרות מיליוני שנים של אבולוציה היו הופכים אותם למעופפים טובים יותר, שיכלו לתפוס את מקומם לצד החולייתנים האחרים בשמיים? דצ'קי חושב שזה בהחלט ייתכן. במקרה כזה, אמר, "היום אולי היו בעולם עטלפים, ציפורים, ולצדם את החבר'ה המוזרים והנפלאים האלו".
ד"ר יונת אשחר, מכון דוידסון לחינוך מדעי
