Uit één veer kwamen 23.700.000.000 kippen

25 jaar na de ontdekking van de gevederde dinosaurus worstelen wetenschappers nog steeds met het raadsel van de oorsprong van veren. Controversiële vondsten onthullen nu dat dinosauriërs niet het enige pluimvee waren en mogelijk een gemeenschappelijke gevederde voorouder hadden.

25 jaar na de ontdekking van de gevederde dinosaurus worstelen wetenschappers nog steeds met het raadsel van de oorsprong van veren. Controversiële vondsten onthullen nu dat dinosauriërs niet het enige pluimvee waren en mogelijk een gemeenschappelijke gevederde voorouder hadden.

In 1996 duikt een gestreept dier ter grootte van een kalkoen op in een fossiele bodem van een Chinees meer. Het is een donzige roofdinosaurus met een bandietenmasker, zoals een wasbeer.

De dinosaurus lag 125 miljoen jaar in het meer en schudt nu de wetenschappelijke wereld flink op. Want Sinosauropteryx, zoals het dier wordt gedoopt, is de eerste dinosaurus met een soort verenpak, maar zonder vleugels.

Het fossiel van Sinosauropteryx bevatte pigmentzakjes, melanosomen, die de onderzoekers een idee geven welke kleur de dinosaurus had.

© Julius T. Csotonyi/SPL & Shutterstock

Sinosauropteryx haalt een oude theorie onderuit: dat veren ontstonden om vogels de lucht in te sturen. De gevederde voorouders van de ruim 10.000 huidige vogelsoorten – waaronder zo’n 23 miljard kippen – hadden blijkbaar geen ambitie om op te stijgen, zoals paleontologen en ornithologen dachten.

We staan er nog steeds voor open dat veren mogelijk een belangrijke rol hebben gespeeld in de geschiedenis van dinosauriërs. Paul Barrett, hoogleraar en dinosaurusdeskundige

Maar welke rol speelde de veer? Door de vondst van twee fossiele vliegende dinosauriërs laait de discussie weer op – en staat de dinostamboom te schudden op zijn grondvesten.

Roofdinosauriërs hadden veren

De eerste fossiele veer ooit dook in 1861 op tussen twee kalkstenen platen bij de Zuid-Duitse plaats Solnhofen. De veer was 150 miljoen jaar oud en behoorde waarschijnlijk toe aan een Archaeopteryx, waarvan een fossiel in de buurt was gevonden.

De eerste versteende veer behoorde tot de vliegende dinosaurus Archaeopteryx, die zo groot als een raaf was en tussen de bomen zweefde.

© University of Hong Kong

Ruim 100 jaar stonden de versteende veer en Archaeopteryx centraal in het onderzoek naar de oorsprong van de veer. Veren en vliegen waren daardoor onlosmakelijk met elkaar verbonden.

Maar dat was een vergissing. Met de vondst van Sinosauropteryx op de bodem van het Chinese meer werd duidelijk dat de veer andere doeleinden had dan de zwaartekracht te trotseren.

Sinosauropteryx had geen echte veren, maar ‘dino fuzz’. Dit is een soort dons van protoveren: kleine, primitieve, haarachtige veren. De protoveer diende waarschijnlijk als isolatie om het dier warm te houden.

Tot 1999 dachten onderzoekers dat veren voortkwamen uit schubben, maar dat idee werd verworpen door ornitholoog Richard Prum van de universiteit van Kansas. Veren komen juist op uit kuiltjes in de huid en groeien vervolgens in fasen, wat ook de ontwikkeling door de evolutie heen weerspiegelt.

© Lotte Fredslund

Ring van cellen vormt een buisje

De veer begint net als een schub met een celdeling in een zakje in de huid. Een ring van cellen deelt zich en vormt een buisje, dat in een punt uit het veerzakje groeit: een protoveer. Bij dinosauriërs zien protoveren eruit als kleine, stugge borstels.

© Lotte Fredslund

Haren van protodons ontstaan

De protoveer ontwikkelt zich tot protodons met een korte schacht en lange, zachte takken. Sommige dinosauriërs, waaronder raptors als Deinonychus, hadden over hun hele lijf protodons, dat waarschijnlijk als isolatie fungeerde.

© Lotte Fredslund

Primitieve veer vertakt zich

In de volgende fase wordt het protodons een primitieve veer, die lijkt op wat we kennen van moderne vogels, maar zonder aerodynamische vorm. Vanaf de schacht vertakt de veer zich steeds verder.

© Lotte Fredslund

Aerodynamica stuurt vogels de lucht in

Tot slot ontstaan er kromme vertakkingen die in elkaar grijpen en de structuur dicht maken. De moderne vliegveer is asymmetrisch, waardoor de lucht sneller over de vleugel wordt geleid dan eronder. Dit zorgt voor opwaartse kracht.

Toen onderzoekers het er alom over eens werden dat vogels afkomstig waren van dinosauriërs, kwam het onderzoek naar de oorsprong van de veer echt op gang.

De laatste 10-20 jaar zijn er grote vondsten gedaan, zoals prehistorische vogels en zeker vijf roofdinosauriërs met een verrassende variatie aan veren en veerachtige uitlopers.

De ontdekkingen zijn gedaan dankzij een verbeterd politiek klimaat met open grenzen naar de fossiele schatkamers van China, jonge, vasthoudende paleontologen en nieuwe technologie – zoals LSF (laser-gestimuleerde fluorescentie), waarbij lasers de zachte delen zoals huid en veren laten oplichten.

De vondsten betekenen veel, omdat veren iets zeggen over de verwantschap van dieren en dus nieuw licht werpen op evolutionaire mechanismen, en over hun fysiologie, leefomgeving en gedrag.

Een donzig verenkleed zoals van Sinosauropteryx kan betekenen dat het dier een stabiele lichaamstemperatuur kon aanhouden, net als vogels en zoogdieren.

Analyses van melanosomen (pigmentzakjes) in de veren wijzen uit dat Sinosauropteryx roodachtig was, met lichte strepen op de staart. De camouflage past bij een leven in een open landschap: de donkere rug en witte buik vormen een patroon dat bekendstaat als contraschaduw.

Dieren in open landschappen hebben een scherpe scheiding tussen licht en donker hoog op de buik, terwijl bosdieren lager op het lijf een vagere overgang hebben.

De scheidslijn hoog op de buik vervaagt wat van de schaduw die zonlicht op het lichaam werpt, waarmee dieren er platter uitzien. Daardoor konden roofdieren een Sinosauropteryx moeilijker ontdekken.

De gevederde roofdinosauriërs behoorden tot de Coelurosauria, waartoe ook T. rex en de kleine, ranke vleeseters – de ‘raptors’ uit de Jurassic Park-films – behoorden.

Alles wees er dus op dat de veer is ontstaan bij een subgroep van roofdinosauriërs.

Maar net toen de onderzoekers dachten dat ze de bron van de veer hadden gevonden, gooide een klein, gehoornd wezen roet in het eten.

Planteneters zetten stekels op

Een fossiel van de planteneter Psittacosaurus had stekelige borstelharen in zijn staart. De borstels waren hol en stijf en deden denken aan primitieve veren.

Maar Psittacosaurus behoort tot de groep gehoornde dinosauriërs, net als Triceratops, en staat dus ver van de roofdino’s in de stamboom van de dinosauriërs.

In 2014 dook er nog een planteneter met uitgroeisels op. Kulindadromeus werd gevonden in Kulinda in Oost-Siberië. De dinosaurus was zo groot als een middelgrote hond, was buitengewoon goed bewaard gebleven en droeg een speciale ‘jas’.

Kulindadromeus is de tot nu toe oudste dinosaurus met veerachtige structuren. De kleine planteneter leefde circa 168 miljoen jaar geleden.

© Andrey Atuchin

Die jas bestond uit drie soorten schubben, een korte, donzige vacht en bundels vezelstructuren die leken op kleine, gekrulde linten.

Bovendien had Kulindadromeus harige borstels op kop, nek en lichaam, terwijl de voorpoten en dijen vijf tot zeven veerachtige borstels telden. De laatste zijn vooral interessant omdat iets soortgelijks voorkomt bij roofdinosauriërs en moderne vogels.

De vindplek is circa 168 miljoen jaar oud, waarmee Kulindadromeus de oudste dinosaurus met een soort verenpak is.

Sommige onderzoekers maken daaruit op dat een gemeenschappelijke voorouder van alle dinosauriërs veren had, want het lijkt ze onwaarschijnlijk dat zo’n complexe verenbedekking als die van de vleeseter Sinosauropteryx en de planteneter Kulindadromeus afzonderlijk bij de twee hoofdgroepen van dinosauriërs is ontstaan.

Maar de hypothese is controversieel, vooral omdat er bij plantenetende dinosauriërs zelden veren zijn gevonden. Sommige onderzoekers denken dan ook dat de veer meerdere keren is ontstaan in verschillende takken van de stamboom.

Vliegende dino’s hadden vier soorten veren

Om de gemeenschappelijke voorouder te vinden, keken wetenschappers naar de vliegende pterosauriërs die 230 tot 66 miljoen jaar geleden leefden. Het interessante is dat de pterosauriërs tot hun eigen tak van de stamboom behoren, die direct teruggaat naar een gemeenschappelijke stamvorm.

Een internationaal onderzoeksteam onder leiding van paleontoloog Mike Benton denkt bij vliegende dinosauriërs sporen van vier soorten veren te hebben gevonden.

© Chuang Zhao/Reuters/Scanpix Ritzau

Een internationaal onderzoeksteam onder leiding van paleontoloog Mike Benton bestudeerde twee 160 miljoen jaar oude fossielen van vliegende dinosauriërs uit China en vond mogelijk structuren van vier soorten veren op de kop, nek, romp en vleugels.

De structuren zijn dezelfde als die we zien in veren van vogels en dinosauriërs, wat de oorsprong van veren van 160 miljoen jaar geleden naar 240 miljoen jaar geleden verlegt. Paleontoloog Mike Benton

De datering klopt met de tijd na de perm-trias-sterfte van 252 miljoen jaar geleden – de derde en ergste massa-uitroeiing in de geschiedenis, waarbij tot 95 procent van alle dier- en plantensoorten uitstierf na zware vulkaanuitbarstingen.

Daarna kwam het leven weer op in nieuwe vormen. De eerste zoogdieren ontstonden, en dinosauriërs werden zeedieren of kregen vleugels en stegen op.

De onderzoekers denken dat een gemeenschappelijke voorouder van dinosauriërs en pterosauriërs 240 miljoen jaar geleden protoveren ontwikkelde als isolatie, en dat de andere functies van de veer pas veel later ontstonden.

Ze beroepen zich onder meer op genetische studies, waaruit blijkt dat schubben, haren en veren één oorsprong hebben.

Dit betekent dat alle soorten dinosauriërs veren konden ontwikkelen, maar dat de omgeving en mutaties bepaalden of en hoe de genen tot uitdrukking kwamen. Sommige dieren kregen geen veren, andere hadden ze een tijdje en verloren ze weer.

‘Veren’ waren rafelige vezels

In die interpretatie staan Mike Benton en collega’s echter alleen, en ze worden weersproken door zowel paleontologen als supercomputers.

Dr. David Unwin van de universiteit van Leicester, pterosaurusdeskundige, [ontkent] dat de vleugels van pterosauriërs een soort veren hadden.

Hij wijst erop dat de circa 30 pterosauriërs die zijn gevonden, allemaal gladde vleugels hadden. Wel bevat de vleugelmembraan enkele structuren die, wanneer ze zijn afgebroken, verkeerd kunnen worden geïnterpreteerd, omdat ze er onder een microscoop donzig uit kunnen zien.

We weten dat er vezelige structuren in de vleugels zitten. Als ze worden afgebroken, zien sommige er rafelig uit, waardoor ze op donzige vertakkingen lijken. Pterosaurusdeskundige David Unwin

Gebrek aan kennis van afbraakprocessen is overigens een enorm probleem, vindt David Unwin; het maakt het voor paleontologen moeilijk om de structuren in de fossielen te identificeren, want die zijn miljoenen jaren diep onder de grond samengeperst en vervormd.

Professor en kenner van de ontwikkeling van dinosauriërs Paul Barrett van het Natural History Museum in Londen droeg bij aan een nieuw boek over de oorsprong van veren.

Barrett, die met twee andere onderzoekers heeft gewerkt met kansen en computermodellering, trachtte terug te rekenen tot de eerste veer.

De onderzoekers voerden in de computermodellen een dataset in van 77 dinosaurussoorten die allemaal een goed bewaarde huid met sporen van schubben, haren of veerachtige structuren hadden.

De dinosauriërs werden in een stamboom geplaatst en bij de takken waar fossielen ontbreken, voegden de onderzoekers hypothetische fossielen in. In het ene model werd een pterosaurus met prototypeveren ingevoerd, en in een ander een pterosaurus zonder veren.

Zo konden ze verschillende ontwikkelingslijnen reconstrueren en de kans berekenen dat de lijnen overeenkomen met de werkelijkheid.

Uit de modellen bleek dat een gemeenschappelijke voorouder van dinosauriërs en pterosauriërs waarschijnlijk geen veren had.

‘Ik had verwacht dat een model op basis van een pterosaurus met protoveren zou moeten aangeven dat alle dinosauriërs veren hadden. Het verbaasde me dat dit niet het geval was,’ aldus Paul Barrett.

Puzzelstukje met veren ontbreekt

Uit de resultaten van de computermodellen blijkt dat er, ondanks de vele vondsten van de afgelopen jaren, nog steeds belangrijke informatie ontbreekt. En hoewel het onderzoek niet op een gevederde gemeenschappelijke voorouder duidt, denkt Paul Barrett dat het beeld kan veranderen.

‘We staan er nog steeds voor open dat veren mogelijk een belangrijke rol hebben gespeeld in de geschiedenis van dinosauriërs. Na slechts één of enkele vondsten van vroege dinosauriërs of verwanten van dinosauriërs met veren zou ons idee beslist veranderen,’ denkt hij.

Gladde en geschubde dinosauriërs, zoals we ze kennen van onder andere de Jurassic Park-films, zijn achterhaald. Overal in de stamboom van dinosauriërs stapelen de tekenen dat ze veren hadden zich op.

© B. Choo/CAS

Neef van T. rex was een knuffelkiller

Onderzoekers dachten eerder dat grote dinosauriërs geen veren hadden, omdat grote dieren niet zo snel warmte verliezen als kleine, maar in 2012 dook er in China een 9 meter lange voorganger van T. rex op, Yutyrannus, die circa 125 miljoen jaar geleden leefde. De grote roofdinosaurus had primitieve donsveren, en hoewel er nog geen veerachtige structuren zijn gevonden bij T. rex, duidt alles erop dat ook hij een soort veren had.

© Mark P. Witton/SPL

Raptorpoten waren gevederd

Veren kunnen niet ontstaan uit schubben, maar andersom wel. Kippen, de meest naaste verwanten van de dinosauriërs van nu, hebben zelfs twee soorten schubben op hun poten: kleine, ronde reptielenschubben en enkele grotere schubben die uit veren zijn ontstaan. Fossielen uit Liaoning in China laten zien dat onder andere raptors veren hadden tot aan de tenen.

© Shutterstock

Triceratops had borstels

Paleontologen waren ervan overtuigd dat de grote gehoornde dinosaurus Triceratops geen haar of veren had, maar omdat hij verwant is aan de veel kleinere Psittacosaurus, die lange borstelharen op zijn staart had, zijn ze er nu niet meer zo zeker van. Een afdruk van de huid van Triceratops duidt erop dat hij mogelijk ook borstels had. De onderzoekers weten echter niet of die borstels wel iets met veren te maken hadden.

De stamouder van de dinosauriërs is 251-200 miljoen jaar geleden ontstaan in het trias, en volgens paleontoloog Bent Lindow van het natuurhistorisch museum in Kopenhagen is er flink wat mazzel nodig om zo’n oude veer te vinden.

‘Het wordt moeilijk om zulke oude fossielen te vinden, want zacht weefsel blijft alleen bewaard onder heel specifieke omstandigheden. Maar het is niet onmogelijk – en we kunnen er natuurlijk gericht naar gaan zoeken,’ zegt hij tegen Wetenschap in Beeld.

Het meest verwant aan vogels en dinosauriërs zijn krokodillen, want ze vallen allemaal onder de archosauriërs. Krokodillen ontstonden in het trias, en al hebben ze geen veren, de krokodillen van nu hebben die mogelijkheid nog wel in hun genen.

Dus misschien ligt er in een afzetting nog een verre, gevederde verwant van de krokodillen, een fossiel dat alleen nog maar gevonden hoeft te worden – net als Sinosauropteryx 25 jaar geleden. En één veer is genoeg.