Όταν οι ηχώ των δεινοσαύρων γκρεμίζουν μέσα από τα δάση και εκτοξεύονται μέσα από τα φαράγγια που ηρεμήθηκαν πριν από 66 εκατομμύρια χρόνια κατά τη διάρκεια της εξαφάνισής τους, ο κόσμος δεν έπεσε σιωπηλός - τα θηλαστικά έτρεξαν και τσαλακώθηκαν στις σκιές τους γεμίζοντας κενά με νέα και ταχέως εξελισσόμενα είδη. Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι οι πρώτοι πλακούντες εμφανίστηκαν γύρω από αυτό το χρονικό διάστημα, θέτοντας τις βάσεις για τη μεγαλύτερη ομάδα θηλαστικών ζωντανή σήμερα, συμπεριλαμβανομένων μας.
Το παλαιόκαινο - η εποχή που ακολουθεί την εξαφάνιση των δεινοσαύρων εκτός των πτηνών - σηματοδοτεί μία από τις σημαντικότερες περιόδους εξέλιξης των θηλαστικών, αλλά οι ερευνητές δεν καταλαβαίνουν πώς και γιατί τα θηλαστικά εξελίχθηκαν τόσο γρήγορα κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου. Η ταχεία εξέλιξη τείνει να ακολουθήσει μαζικά εξαφανίσεις, αλλά οι επιστήμονες δεν καταλαβαίνουν ούτε αυτό το μοτίβο, λέει ο Tom Williamson, παλαιοντολόγος στο Μουσείο Φυσικής Ιστορίας και Επιστήμης του Νέου Μεξικού στο Albuquerque. "Αυτή είναι αυτή στην οποία είμαστε πράγματι μέρος, οι ίδιοι οι πρόγονοί μας δημιουργήθηκαν αυτή τη στιγμή και είναι πολύ κακώς κατανοητοί", λέει ο Williamson.
Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο ο ίδιος και μια ομάδα έξι άλλων επιστημόνων από τις ΗΠΑ, τη Σκωτία, την Κίνα και τη Βραζιλία συνεργάζονται για να διώξουν τις δεκάδες απολιθώματα θηλαστικών από τα πρώτα 12 εκατομμύρια χρόνια μετά την εξαφάνιση των δεινοσαύρων για να δημιουργήσουν μέχρι τώρα το πιο λεπτομερές οικογενειακό δέντρο των πρώτων θηλαστικών. Θα πρέπει να αναλύσουν περίπλοκες σκελετικές δομές - συμπεριλαμβανομένων των οστών αυτιών και των εγκεφαλικών κρουσμάτων - για να διαφοροποιήσουν τα είδη, αλλά οι παραδοσιακές ανιχνεύσεις ακτίνων Χ δεν μπορούν πάντοτε να τραβήξουν αυτές τις λεπτομέρειες. Έτσι, η ομάδα έχει σχηματίσει μια μοναδική συνεργασία με το Εθνικό Εργαστήριο του Los Alamos (LANL) στο Νέο Μεξικό για τη δημιουργία εικόνων υψηλής ανάλυσης χρησιμοποιώντας έναν τελευταίας τεχνολογίας σαρωτή νετρονίων. Ο Ουίλιαμσον είναι ο πρώτος παλαιοντολόγος που συνεργάζεται με αυτό το εργαστήριο, το οποίο έχει τις ρίζες του στην πυρηνική άμυνα. Η συνεργασία αποδεικνύει πως η πυρηνική τεχνολογία που θα μπορούσε τελικά να μας σβήσει ως είδος έχει επίσης δημιουργήσει καινοτομίες, όπως αυτό το σαρωτή νετρονίων, που μπορεί να μας βοηθήσει να κατανοήσουμε τη δική μας προέλευση ως είδος.
Πριν εξαφανιστούν οι δεινόσαυροι, μια από τις πιο συνηθισμένες και ποικίλες ομάδες θηλαστικών που τρέχουν γύρω από τον πλανήτη ήταν πλάσματα που μοιάζουν με τρωκτικά, που ονομάζονται πολυτραυματισμοί. Μερικά από αυτά επέζησαν της εξαφάνισης, μετρώντας το μέγεθος των μικρών ποντικών. Αλλά και νέες ομάδες θηλαστικών άρχισαν να εμφανίζονται μετά την εξαφάνιση και άλλαξαν γρήγορα. "Πηγαίνετε από ένα θηλαστικό μεγέθους γάτας σε κάτι που είναι το μέγεθος ενός ατόμου σε περίπου 300.000 χρόνια, το οποίο είναι πολύ γρήγορο", λέει ο Ουίλιαμσον, σημειώνοντας ότι αυτός ο γρήγορος ρυθμός είναι μέρος αυτού που καθιστά αυτή την περίοδο ιδιαίτερα ενδιαφέρουσα αλλά και προκλητική καταλαβαίνουν.
Ο Τόμις Ουίλιαμσον καταγράφει ένα απολιθωμένο εύρημα στην περιοχή του τόπου του στη λεκάνη του Σαν Χουάν στο βορειοδυτικό Νέο Μεξικό. (Laura Poppick) Για να φτάσουμε σε μια περιοχή πρωταρχικής περιοχής, όπου ο Williamson έχει βρει άφθονα στοιχεία αυτής της ζωής, οδηγούμε αρκετές ώρες βορειοδυτικά του Albuquerque στις badlands της λεκάνης του San Juan. Όταν φτάνουμε, περπατάμε μέσα από άγονους γκρίζους λόφους το χρώμα της σκόνης των φεγγαριών που κάποτε ήταν οι όχθες ενός ποταμού. Σήμερα διαβρώνουν στον άνεμο, χύνοντας αργά τα απομεινάρια ενός αρχαίου οικοσυστήματος. Αυτό σηματοδοτεί ένα από τα καλύτερα μέρη στον κόσμο για να βρει θησαυροφυλάκια από αυτή τη χρονική περίοδο, εξηγεί ο Ουίλιαμσον καθώς περπατάμε σε μια επίπεδη κατάθλιψη όπου είχε ιδιαίτερη τύχη στις δεκαετίες του απολιθωμένου κυνηγιού.
Αρχίζω να εκπαιδεύω τα μάτια μου για τα απολιθώματα μέσα στα ερείπια στο έδαφος και να πάρω ένα κομμάτι λευκού-γκρίζου βράχου με το μέγεθος της γροθιάς μου. Έχει ένα κατευθυντικό σπόρο που, για μένα, μοιάζει να μπορούσε να είναι ένα κόκκαλο. Το δείχνω στον Williamson και κουνάει το κεφάλι του. "Ακριβώς απολιθωμένο ξύλο", λέει, όχι τόσο εντυπωσιασμένος από ένα δέντρο πολλών εκατομμυρίων ετών που έγινε πέτρα όπως και εγώ.
Τις επόμενες αρκετές ώρες, εκπαιδεύω τα μάτια μου πιο έντονα και βρίσκω μια σειρά από άλλα απολιθώματα: κοχύλια χελώνα, δέρμα σαύρας, ζυγαριά ψαριών και πολλά άλλα. Αλλά αυτό που πραγματικά ακολουθεί ο Ουίλιαμσον είναι θηλαστικά, κυρίως τα δόντια και τα κρανία των ζώων, συμπεριλαμβανομένου του Eoconodon coryphaeus - ενός μικρού πασχίτη που έχει την ικανότητα να αναρριχείται - και του Pantolambda bathmodon, ενός φυτοφάγου μεγέθους προβάτου που έμεινε πιο κοντά στο έδαφος. Είναι μετά από τα δόντια και τα κρανία επειδή άλλα μέρη θηλαστικών σκελετών τείνουν να φαίνονται εντυπωσιακά παρόμοια αν εξελιχθούν για να αντέξουν τις ίδιες περιβαλλοντικές συνθήκες. "Αυτό το είδος των ανόητων σας σκέφτεστε ότι είναι στενά συνδεδεμένες όταν δεν είναι", εξηγεί ο Williamson.
Ωστόσο, ορισμένες δομές, συμπεριλαμβανομένων των οστών αυτιών, δεν είναι τόσο ευαίσθητες σε αυτή τη αποκαλούμενη συγκλίνουσα εξέλιξη, διότι τα αυτιά δεν επηρεάζονται τόσο εύκολα από το περιβάλλον όπως άλλα μέρη του σώματος, λέει ο Williamson. Οι μικροσκοπικές τρύπες στο κρανίο, όπου τα αιμοφόρα αγγεία και τα νεύρα συνδέουν τον εγκέφαλο με το υπόλοιπο σώμα, είναι ιδιαίτερα χρήσιμοι προσδιοριστές διαφορετικών ειδών, λέει ο Michelle Spaulding, παλαιοντολόγος στο Πανεπιστήμιο Purdue Northwest στο Westville της Ιντιάνα που συμμετείχε στη μελέτη. "Αυτοί μπορούν να δημιουργήσουν πολύ διαγνωστικά μοτίβα στην περιοχή του αυτιού που μας βοηθούν να προσδιορίσουμε σε ποια ομάδα ένα ζώο θα ανήκει", σημειώνει.
Αλλά αυτές οι τρύπες είναι μικροσκοπικές και αδύνατες να μελετήσουν με γυμνό μάτι, γι 'αυτό και η συνεργασία της ομάδας με το Εθνικό Εργαστήριο του Los Alamos γίνεται κρίσιμη για το έργο. Το εργαστήριο χρησιμοποιεί μερικά από τα υψηλότερης ενέργειας ακτίνες Χ και σαρωτές νετρονίων στον κόσμο, τα οποία μπορούν να δημιουργήσουν κάποιες από τις υψηλότερες δυνατότητες απεικόνισης, λέει ο Ron Nelson, επιστήμονας οργάνων στο Neutron Science Center του εργαστηρίου. Δοκίμασε τον σαρωτή νετρονίων σε μεγάλο κρανίο δεινόσαυρου με τον Williamson πέρυσι, δημιουργώντας με επιτυχία τη σάρωση υψηλότερης ανάλυσης ενός κρανίου τυραννόσαυρου που ολοκληρώθηκε ποτέ. Με εμπιστοσύνη στην τεχνολογία, έχουν πλέον μετατραπεί σε μικροσκοπικές δομές μικροσκοπικών εικόνων.
Το Εθνικό Εργαστήριο του Los Alamos χτίστηκε το 1943 για έρευνα πυρηνικής άμυνας που συνδέεται με το έργο του Μανχάταν, τις προσπάθειες ανάπτυξης των πρώτων πυρηνικών όπλων κατά τη διάρκεια του Β 'Παγκοσμίου Πολέμου. Από τότε, έχει επεκτείνει όλο και περισσότερο τις συνεργασίες του με επιστήμονες που κυμαίνονται από βοτανολόγους μέχρι φυσικούς, ειδικά στο Neutron Science Center, που περιλαμβάνει ένα επιταχυντή μήκους μισού μήκους που παράγει νετρόνια - αφόρτιστα σωματίδια που βρίσκονται μέσα σε άτομα που προσφέρουν πλεονεκτήματα απεικόνισης έναντι των ηλεκτρονίων που χρησιμοποιούνται στο X .
Ενώ οι ακτίνες Χ απορροφούνται και είναι καλές σε πυκνά υλικά απεικόνισης, τα νετρόνια ανιχνεύουν τη σύνθεση μέσα στα άτομα, ανεξάρτητα από την πυκνότητα. Αυτό σημαίνει ότι τα νετρόνια μπορούν να διεισδύσουν σε υλικά και να τραβήξουν εικόνες ότι οι ακτίνες Χ δεν μπορούν. Ένα κλασικό παράδειγμα που δείχνει αυτό το φαινόμενο είναι μια εικόνα ενός τριαντάφυλλου μέσα σε μια φιάλη μολύβδου. "Τα νετρόνια είναι πιο ευαίσθητα στο λουλούδι, έτσι μπορείτε να φανταστείτε το λουλούδι μέσα στο μόλυβδο", λέει ο Nelson.
Η απεικόνιση ουδετερόνης έχει ποικίλες εφαρμογές στην ανίχνευση εκρηκτικών και πυρηνικών υλικών. Παρέχει όμως και νέες λύσεις για την απεικόνιση απολιθωμάτων που είναι κολλημένα μέσα και καλύπτονται από πυκνά ορυκτά σε βράχους. Το σπάσιμο των απολιθωμάτων από το βράχο θα καταστρέψει το δείγμα, οπότε η σάρωση με νετρόνια δίνει στους επιστήμονες μια μη καταστρεπτική εναλλακτική λύση - αν και τα δείγματα γίνονται ραδιενεργά για μια χρονική περίοδο μετά τη σάρωση, σημειώνει ο Williamson. Τα δείγματα του είναι συνήθως ασφαλή για χειρισμό μετά από μερικές ημέρες, αλλά άλλα υλικά θα παραμείνουν ραδιενεργά για πολύ περισσότερο, ανάλογα με τη σύνθεσή τους.
Ο Νέλσον λέει ότι η συνεργασία με τους παλαιοντολόγους είναι αμοιβαία επωφελής, καθώς προκαλεί το εργαστήριο να ξεπεράσει νέα προβλήματα. "Με τη βελτίωση των τεχνικών μας στα δείγματα μας, βελτιώνουμε την ικανότητα που έχουμε για άλλα προβλήματα που προσπαθούμε να λύσουμε", λέει.
Μια σάρωση νετρονίων (αριστερά) και η ακτινογραφία (δεξιά) μπορούν να προσφέρουν δωρεάν εικόνες για τη μελέτη διαφορετικών συνιστωσών απολιθωμάτων. (Εθνικό Εργαστήριο του Los Alamos) Εκτός από τη σάρωση των απολιθωμάτων, η ομάδα θα εξετάσει τη χημεία των δοντιών διαφορετικών ειδών για να μάθει περισσότερα για το κλίμα που ζούσαν τα ζώα. Η ομάδα θα εξετάσει επίσης στοιχεία για τις μοριακές σχέσεις μεταξύ των σύγχρονων θηλαστικών και τον τρόπο με τον οποίο σχετίζονται με μερικά από αυτά τα εξαφανισμένα είδος. Αυτό βοηθάει να δοθεί μια χρονική βαθμονόμηση και σκαλωσιές για το δέντρο, αλλά τα μοριακά δεδομένα εξακολουθούν να έχουν πολλά κενά που πρέπει να συμπληρωθούν. Γι 'αυτό είναι τόσο σημαντικό να διεξάγουμε αυτές τις εις βάθος αναλύσεις απολιθωμάτων, λέει ο Anjali Goswami, παλαιοντολόγος στο φυσικό Μουσείο Ιστορίας στο Λονδίνο, που μελετά επίσης την εξέλιξη των πρώτων θηλαστικών, αλλά δεν εμπλέκεται στο έργο αυτό.
"Ένα από τα πιο σημαντικά πράγματα είναι να βγούμε έξω και να αναζητήσουμε απολιθώματα και να αναζητήσουμε νέες περιοχές που δεν είναι καλά κατανοητές", λέει, σημειώνοντας ότι οι υποτιμημένες περιοχές στην Ινδία και την Αργεντινή όπου εργάζεται μπορούν επίσης να βοηθήσουν στην κάλυψη των κενών το παζλ της εξέλιξης των πρώτων θηλαστικών.
Το προκύπτον οικογενειακό δέντρο θα αποτελέσει ένα εφαλτήριο για να εξερευνήσετε περισσότερες λεπτομέρειες σχετικά με αυτά τα αρχαία πλάσματα, συμπεριλαμβανομένων των διαφόρων τύπων τοπίων και περιβαλλόντων που περνούσαν, λέει ο Spaulding.
«Μόλις καταλάβουμε πώς σχετίζονται τα πάντα, μπορούμε να αρχίσουμε να ρωτούμε πιο ενδιαφέροντα ερωτήματα για την εξέλιξη των θηλαστικών», λέει.
