pingviner är kanske de mest populära fåglarna på jorden, tack vare deras otroliga livscykler och charmiga smoking-klädda framträdanden. Bland deras långa lista över superlativ kan pingviner överleva underfrysningstemperaturer och vindkraftvindar, dyka över 1600 fot djupt, hålla andan i mer än 15 minuter och överleva utan mat i veckor genom att leva av lagrat fett . Dessa fakta upprepas så ofta att de ibland förlorar sin första underverk. Pratar med K-12 skolor som gästtalare, jag har funnit att halva klassrummet ofta känner till många av dessa bitar av penguin trivia innan presentationen ens börjar, tack vare populära böcker, TV-specialerbjudanden och filmen ”Pingvinens Mars”.
men vår kunskap om pingviner sträcker sig bortom dagens menageri av 19 arter. Några av våra största insikter i dessa otroliga fåglar kommer från fossilregistret. Djupdykning i historien om utdöda arter har helt förändrat de sätt som paleontologer och biologer ser pingviner, ofta på överraskande sätt. Här är fem saker du förmodligen inte visste om pingviner:
1. Pingviner är gamla fåglar
de flesta tänker på pingviner som” moderna ” fåglar. Vi föreställer dem inte ofta tillsammans med utdöda djur som mastodoner, men pingviner pre-date många av de mest kända fossila däggdjuren. Faktiskt, de äldsta pingvinfossilerna är bland de äldsta fossilerna som upptäckts från någon grupp levande fåglar. Waimanu (”vattenfågel” i Maori) är den tidigaste kända fossila pingvintaxonen. Två arter av Waimanu är kända: Waimanu manneringi och den något yngre och mindre Waimanu tuatahi. Båda arterna kommer från södra ön Nya Zeeland. De äldsta fossilerna i Waimanu manneringi är häpnadsväckande 61,6 miljoner år gamla . För att sätta detta i perspektiv bodde Waimanu bara 4 miljoner år efter dinosaurierna och mer än 50 miljoner år före de tidigaste nära släktingarna till moderna människor.
Waimanu skulle ha levt i en värld mycket annorlunda än dagens. klimatet var mycket varmare. Plattektonisk aktivitet hade ännu inte flyttat kontinenterna till sina moderna positioner, så Sydamerika och Australien var fortfarande knutna till Antarktis. Få stora däggdjur strövade i landskapet. Viktigast av allt var havsekosystemen vidöppna på många sätt. I slutet av kritaperioden (65, 5 miljoner år sedan) dödade samma massutrotning som utplånade dinosaurierna också många marina reptiler som mosasaurs och plesiosaurs, liksom decimerande hajar. Detta skapade en möjlighet för andra grupper av djur att återvända till havet, och pingviner var bland de första som tog det. Faktum är att Waimanu och andra tidiga pingviner kryssade oceanerna långt innan de första helt vattenlevande valarna och pinnipedsna (sälar, sjölejon och valrossar) utvecklades.
Om vi skulle resa tillbaka i tiden och se en grupp Waimanu som står på stränderna i Proto-Nya Zeeland, skulle vår första tanke troligen vara: ”jag tror att det är en pingvin”. Detta beror på att Waimanu hade många av de viktigaste funktionerna som vi anser vara egenskaper hos pingviner, men var också annorlunda på många sätt. Till att börja med var Waimanu helt flyglös. Det skulle också ha använt den förtjusande upprätt waddle som levande pingviner gör när de rör sig på land, baserat på benbenens egenskaper och nödvändigheten av att balansera de tunga musklerna som drev flipparna. Dessa egenskaper ensam skulle förmodligen resa vår”pingvinradar”. Å andra sidan föreslår de smala benen på skallen och flipper en mer graciös profil. Waimanus huvud och nacke såg förmodligen något mer ut som en skarv än en modern pingvin. Dessutom visar vingbenen ännu inte bevis på de låsta lederna som moderna pingviner har. Denna gamla pingvin kan ha kunnat vika sin vinge, något du aldrig kommer att se en levande Pingvin på grund av dess styva brädeliknande simfötter.så Waimanu var en pingvin i övergång, experimenterade fortfarande med en ny skelettplan för ”flygning” under vattnet och utforskade en ny nisch som lämnades ledig av marina reptiler. Några miljoner år senare skulle dessa primitiva pingviner ge upphov till en mängd ättlingar av alla former och storlekar.
2. Giant pingviner en gång simmade Södra oceanerna
firade för sin fantastiska polära marsch, når den levande kejsarpingvinen cirka 3 meter i höjd. Detta är ett ganska imponerande riktmärke, med tanke på att de flesta levande pingviner är relativt pintstora kamrater som står i närheten av två meter höga. Ändå fanns det en gång en flotilla av utdöda arter som lätt skulle torna över den största kejsaren.
största av allt är den gåtfulla Pachydyptes ponderosus, känd endast från några imponerande flipperben samlade från en kalksten i Nya Zeeland för nästan hundra år sedan . Under en forskningsresa 2006 besökte jag Te Papa Tongarewa museum för att studera detta magnifika exemplar. Att hålla Pachydyptes huvudflipperben i min hand var som att hålla en tegelsten. Det redan fasta och massiva benet hade blivit ännu tätare på grund av fossiliseringsprocesserna.
Pachydyptes var en riktig jätte, men det är svårt att rekonstruera hur stor arten faktiskt var eftersom vi bara har några få bitar av skelettet. Det är riskabelt att bara ”skala upp” från en levande pingvin eftersom vi hittar fler och fler skelett upptäcker vi också att utdöda pingvinarter hade olika kroppsplaner. Vissa var korta och stout, medan andra var långa och smala.
några av de mest kompletta skelett kommer från Nya Zeeland och Peru , och dessa nya fynd tyder på att de högsta pingvinerna nådde cirka 4 fot 6 tum stående på land och cirka 5 fot lång simning genom vattnet. Skillnaden beror på nacke och näbb, som sticker rakt ut i simdjuret och därför lägger mer till Längd än till stående höjd. Sådana pingviner skulle säkert skrämma när som helst som reser mänsklig utforskare. Kom ihåg att pingviner är skrymmande djur – de har mycket kraftfulla ”flyg” – muskler som gör att de kan driva sig genom vatten (vilket är ~800 gånger tätare än luft) och de lindar sig också i ett tjockt lager av späck för isolering och för att lagra energi. Jag skulle ta jämna odds på Pachydyptes att kunna vinna en sumo brottning tävling med någon pingvin levande, och många människor på det. Nedan följer en livsrekonstruktion av en namnlös pingvinart från 27 miljoner år gamla grönsand från Nya Zeeland, med en kejsare och en mänsklig silhuett för skala.
3. Pingviner utvecklades inte i kalla miljöer
När de flesta tänker på pingviner tänker de ”kallt.”Detta är verkligen rimligt, med tanke på alla annonser som visar pingviner som leverantörer av iskalla drycker och frysta godis. TV-specialerbjudanden och filmer som ”March of the Penguins” tenderar också att fokusera på pingvinarter som lever i Antarktiska miljöer eftersom deras livscykler är så fascinerande. Men många av de pingvinarter som lever idag lever utanför Antarktiscirkeln. Några lever till och med i mycket heta miljöer, som Humboldt-pingvinen, som odlar längs kustöknar, och Galapagos-pingvinen, som faktiskt bor på ekvatorn.
en del av min egen forskning har fokuserat på pingvinernas evolutionära relationer. Genom att bestämma var varje art passar i Släktträdet kan vi bättre förstå hur pingvinutvecklingen har formats av globala förändringar som kontinenternas rörelse och klimatförändringar. Vi har redan träffat Waimanu, den äldsta pingvinen. Denna art är också den mest basala (primitiva) arten i pingvinträdet, vilket tyder på att pingviner fick sin start i Nya Zeeland där Waimanu-fossilerna finns. Pingviner dyker inte upp i Antarktis förrän senare, och när de gör den södra kontinenten njuter fortfarande av en varm fas utan permanenta isark.analyser av pingvinben och DNA tyder på att kung-och kejsarpingvinerna är de mest basala av de levande arterna (den första som delar upp den moderna delen av pingvinens evolutionära träd). Eftersom båda bor i isiga miljöer kan vi naturligtvis anta att pingviner har sitt ursprung på sådana platser om vi bara hade de levande arternas fördelningar för att vägleda oss. Men när vi börjar lägga fossila pingviner till det evolutionära trädet materialiseras en helt annan bild . Under Paleocene-epoken, tidsintervallet när Waimanu dök upp, var klimatet mycket varmare än idag: den genomsnittliga globala havstemperaturen var cirka 6-8 KB C högre än idag . Detsamma gäller för Eocene-epoken, den tidsperiod då många av de jätte pingvinerna blomstrade. Så, tidiga pingviner utvecklades och diversifierades långt innan polära iskapslar bildades. Deras miljöer var mer som de av den afrikanska Jackass pingvinen, visas här njuter av en varm dag på stranden, än istäcken gynnas av kejsare och Ad Aiglies.
att förstå att pingviner utvecklats i ett varmt klimat gör stor skillnad för hur vi studerar deras utveckling. Vi kan inte förklara alla intressanta förändringar i pingvinernas ben och fjädrar genom att säga att de är relaterade till att överleva i ismiljöer, för vi vet att de först utvecklades under varmare tider. Detta är ett bra exempel på hur paleontologi kan forma hur biologer ser på levande djur.
4. Några utdöda pingviner var Spjutfiskare
titta noga på skallen på bilden nedan och du skulle förmodligen inte känna igen den som en pingvin. Näbben är anmärkningsvärt lång, tar upp 2 / 3rds av skallen och kraftfullt konstruerad av flera ben smält i en enda spjutliknande form. Vid spetsen, där vanliga pingviner har en liten krok för att fånga byte, är näbben i denna pingvin rak och spetsig. Detta är Icadyptes salasi, en spjutnäbbad pingvin från Peru .Icadyptes salasi upptäcktes i 34 miljoner år gamla sediment från havsbotten som drevs våldsamt på kontinenten av plattektoniska krafter. Denna fossil var ett stort fynd, eftersom skallar är mycket sällsynta i de flesta gruppernas fossila register, och pingviner är inget undantag. Över 5000 pingvinben av en eller annan typ har samlats in av paleontologer, men kanske två dussin skallar är kända och de flesta är mycket dåligt bevarade. När fler och fler pingvinskallar hittas har flera näbbar kommit fram och det verkar som om en mycket lång näbb var standarden för åtminstone de större arterna. I några av dessa andra fossiler ligger näbben nära längden som ses i Icadyptes, men benen är mindre tätt sammansmälta.
vad kan en pingvin göra med denna bisarra näbb? Det kan finnas några ledtrådar i andra delar av skelettet, såsom halskotor. Dessa ben visar mycket starkt utvecklade fästplatser för muskler, vilket skulle förmedla styrka och kanske motstånd mot chocken av påverkan. Vår bästa gissning är att Icadyptes var spjutfiske, spetsa stora fiskar och bläckfiskar med sin kraftfulla näbb. Det har mycket varit en imponerande rovdjur, och inte något du frivilligt skulle simma med under en akvarieutställning.
5. Forntida pingviner Bar rockar av röda och grå fjädrar
färg förblir vanligtvis okänd för utdöda djur. I de flesta fall förstörs skalor, päls och fjädrar under fossiliseringsprocessen och lämnar bara ben bakom sig. Även när spår av mjuka delar som fjädrar bevaras lämnar de ofta bara en mörk kolfilm eller några intryck. Men ibland lämnar färg ett mikroskopiskt fingeravtryck. Detta kommer i form av melanosomer, små pillerformade komponenter i celler som ger färg till strukturer som fågelfjädrar och däggdjurshår. Lyckligtvis för paleontologer är melanosomer tuffa. De kan överleva i miljontals år och överleva många andra biologiska ämnen. Paleontologer har upptäckt dem på till synes osannolika platser, till exempel i den fossila bläcksäcken av en utdöd bläckfisk .
en av de mest överraskande platserna melanosomer har hittats ligger inom en uppsättning av 36 miljoner år gamla pingvinfjädrar som tillhör arten Inkayacu paracasensis . Denna art är mycket viktig eftersom den är den enda fossila pingvinen som bevarar fjädrar och hud, en otrolig sällsynthet för marina fossiler. Inkayacu paracasensis avslöjar att pingviner utvecklat sina specialiserade små, fjällande, tillplattade fjädrar djupt i det förflutna. Melanosomerna avslöjar också att fjädrarna hade en oväntad nyans.
man kan ha misstänkt bevis för en svartvit beläggning av fjädrar i Inkayacu. När allt kommer omkring följer varje levande pingvin förutom den lilla blå i huvudsak samma färgschema – svart på toppen, vit nedan. Detta tros vara användbart i countershading pingviner för att göra det svårare för rovdjur eller byte att upptäcka dem mot bakgrunden. Så det är en fullständig överraskning att formerna på de fossila melanosomerna matchade de av moderna rödbruna och grå fjädrar. Detta tyder Inkayacu hade en radikalt annorlunda utseende än dagens smoking pingviner. För bara några år sedan skulle ingen ha misstänkt att melanosomer kunde bevaras i de fossila fjädrarna, vilket ger ett bra exempel på hur nya framsteg gör nya upptäckter möjliga.
forntida pingviner har en fascinerande historia att berätta för oss. Sedan 2005 har tio nya utdöda pingvinarter upptäckts. Visst är fler på väg. Ingen skulle ha förutsagt spjutfakturerade pingviner med röda fjädrar för några år sedan, och nästa upptäcktsrunda kommer säkert att innehålla några fler överraskningar.
1. Williams, T. D. 1995. Penguins. Oxford University Press, Oxford, 295 s.
2. Fordyce, R. E. Och C. M. Jones. 1990. Pingvinhistoria och nytt fossilt material från Nya Zeeland; s.419-446 i L. S. Davis och J. T. Darby (Red.), Pingvinbiologi. Akademisk Press, San Diego.
3. Han är en av de mest kända medlemmarna i gruppen. 2006. Tidiga pingvinfossiler, Plus mitokondriella genom, kalibrerar aviär utveckling. Molekylärbiologi och Evolution 23: 1144-1155.
4. Oliver, W. R. B. 1930. Nya Zeeland Fåglar. Konst (NZ) begränsad: Wellington. 541pgs.
5. Clarke, J. A., D. T. Ksepka, M. Stucchi, M. Urbina, N. Giannini, S. Bertelli, Y. Narv Usigez och C. A. Boyd. 2007. Paleogena ekvatorialpingviner utmanar det föreslagna förhållandet mellan biogeografi, mångfald och cenozoiska klimatförändringar. Förfaranden av National Academy of Sciences 104: 11545-11550.
6. Bertelli, S. och N. P. Giannini. 2005. En fylogeni av bevarade pingviner (Aves: Sphenisciformes) som kombinerar morfologi och mitokondriella sekvenser. Kladistik 21: 209-239.
7. Baker, A. J., S. L. Pereira, O. P. Haddrath och K.-A. Edge. 2006. Flera genbevis för expansion av existerande pingviner från Antarktis på grund av global kylning. Proceedings of the Royal Society B 217: 11-17.
8. Ksepka, D. T., S. Bertelli och N. P. Giannini. 2006. Fylogeni av levande och fossila Sphenisciformes (pingviner). Kladistik 22: 412-441.
9. Ksepka, D. T. och J. A. Clarke. 2010. Den basala pingvinen (Aves: Sphenisciformes) Perudyptes devriesi och en fylogenetisk utvärdering av pingvinens fossila register. Bulletin från American Museum of Natural History 337: 1-77.
10. Zachos, J., M. Pagani, L. Sloan, E. Thomas och K. Billups. 2001. Trender, rytmer och avvikelser i det globala klimatet 65 Ma att presentera. Vetenskap 292: 686.
11. Ksepka, D. T., J. A. Clarke, T. J. DeVries och M. Urbina. 2008. Osteologi av Icadyptes salasi, en jätte pingvin från Eocene i Peru. Journal of Anatomy 213: 131-147.
12. Doguzhaeva L., R. Mapes, H. Mutvei H. 2004. Förekomst av bläck i Paleozoic och Mesozoic coleoids (Cephalopoda). Vanten. Geol.- Pal asiont. Inst. Univ. Hamburg 88: 145-156.
13. Clarke, J. A., D. T. Ksepka, R. Salas-Gismondi, A. J. Altamirano, M. D. Shawkey, L. D ’ Alba, J. Vinther, T. J. DeVries och P. Baby. 2010. Fossila bevis för utvecklingen av formen och färgen på pingvinfjädrar. Science 330:954-957.
Bildkrediter:
Figur 1: Kompositskeletbild av Waimanu skapad av Tatsuro Ando och livsrekonstruktion av Waimanu tuatahi (konstverk av Chris Gaskin, Uzbek Geology Museum, University of Otago). Används med tillstånd; Figur 2: foto av Pachydyptes och Ad Jacoblie Penguin flipper bone sida vid sida, av författaren; Figur 3: skalad rekonstruktion av en Nya Zeelands jättepingvin, med silhuetter av en Kejsarpingvin och en människa för skala. Fossil penguin konstverk av Chris Gaskin, Uzbek Geologi Museum, University of Otago. Används med tillstånd; Figur 4: Foto av Icadyptes salasi skalle av författaren; Figur 5: foto av sydafrikansk pingvinkoloni av författaren; Figur 6: rekonstruktion av Inkayacu paracasensis av Katie Browne, Xiaomi Julia Clarke, University of Texas i Austin. Används med tillstånd. Infälld visar fjädrar och mikroskop bild av melanosomer från .
Om författaren: Dan Ksepka är forskningsassistent Professor vid Institutionen för marina, jord-och atmosfäriska vetenskaper vid North Carolina State University och forskningsassistent vid Institutionen för paleontologi vid North Carolina Museum of Natural Sciences. Han har sökt efter fossila pingviner i Sydamerika, Afrika och Nya Zeeland och studerar också sauropod dinosaurier och choristoderan reptiler. Han är @KsepkaLab på Twitter och bloggar på Mars Of The Fossil Penguins.