מוצָא הנוצה

מהדרור הצנוע ועד לעיט, מהתרנגולת ועד לאלבטרוס, עופות בגדלים ובצורות שונים נמצאים מסביבנו בכל מקום שבו נהיה, ולכולם מאפיין ברור אחד: הם מכוסים נוצות. הנוצות דרושות לתעופה, אך זה לא התפקיד היחיד שלהן. הן שומרות על חום הגוף של העופות, כפי שפרווה עושה אצל היונקים; לחלק מהמינים יש נוצות בצבעים המשתלבים עם צבעי הסביבה ועוזרים להסוות אותם; אחרים, במיוחד הזכרים במינים מסוימים, מתהדרים דווקא בנוצות צבעוניות ובוהקות, שמסייעות להם למשוך בנות זוג.

נוצות הן פלא הנדסי של ממש. יש יותר מסוג אחד שלהן, אך הסוג שעליו אנחנו חושבים לרוב כשאנחנו שומעים את המילה "נוצה" הוא נוצות המִתְאָר, בעלות מבנה מוארך עם ציר מרכזי שממנו מסתעפים סעיפים רבים. אם נבחן את הסעיפים האלו מקרוב, נראה שגם הם מסתעפים, ליצירת תת-סעיפים קטנטנים. אותם סעיפים מצוידים בקרסים זעירים, שמחזיקים אותם צמודים זה לזה. המבנה המורכב הזה חיוני לתעופה של הציפורים. הפעלולים האקרובטיים ההמוניים של הזרזירים, הפניות המהירות והקטלניות של הנץ – שום דבר מזה לא היה יכול להתבצע ללא נוצות המתאר.

כושר תעופה מרהיב - סרטון של national geographic מציג מעוף של להקת זרזירים בהולנד:

לנוצות אלו מתווספות נוצות הפלומה הקטנות והפחות מסודרות, היוצרות שכבת בידוד כדי לשמור על חום הגוף של הציפורים, ונוצות הקישוט המרהיבות של מינים מסוימים, כמו הטווס. מתי במהלך האבולוציה הופיעו אותם מבנים מתוחכמים, ולאיזה צורך הם התפתחו? שאלות אלו ואחרות בדבר האבולוציה של הנוצות, עומדות כבר שנים ארוכות במרכזה של מחלוקת מדעית. בשבועות האחרונים התעורר הוויכוח הזה שוב. ליתר דיוק התעוררו שני ויכוחים: הראשון נוגע לשאלה מתי התפתחו הנוצות לראשונה ומי התכסו בהן, והשני לזהותה של נוצה מסוימת, שצמחה לפני כ-150 מיליון שנה והתגלתה לפני כ-160 שנה, בימיו של צ'רלס דרווין.

מבנים מורכבים ומתוחכמים. נוצות מתאר של ציפור | צילום: Worraket, Shutterstock

דינוזאורים מנוצים

האבולוציה של הנוצות קשורה כמובן בקשר בל-יינתק לאבולוציה של הציפורים, בעל החיים היחיד, לפחות בימינו, שמתכסה בהן. בעשרות השנים האחרונות התפרסמו מחקרים רבים שהראו שהציפורים התפתחו, ללא ספק, מהדינוזאורים – ובמיוחד מקבוצה אחת של הדינוזאורים, התֶרוֹפּוֹדִים, שאליה שייך בין השאר גם הטירנוזאורוס רקס המפורסם. למעשה, הציפורים המודרניות שייכות לקבוצה זו, ומבחינה אבולוציונית הן דינוזאורים תרופודים. טירנוזאורוס רקס קרוב לצופית יותר מאשר לסטגוזאורוס, למשל.

אם העופות הם דינוזאורים, האם גם לדינוזאורים הקדומים יותר, אלו שלא עפו, היו נוצות? לפחות עבור חלקם, התשובה היא בהחלט כן. באמצע שנות ה-90 החלו להתגלות מאובני דינוזאורים שמורים במיוחד, בעיקר באזור מסוים בצפון מזרח סין. באזור זה הרי געש רבים, ואלו כיסו את האדמה שוב ושוב באפר דק ועדין, ששימר במשך מיליוני שנים את הפרטים של בעלי החיים שנקברו תחתיו. המאובנים מאזור זה מראים בבירור לא רק את העצמות אלא גם רקמות רכות, כולל נוצות. תודות למאובנים אלו, ולאחרים ממקומות שונים בעולם, אנחנו יודעים היום על עשרות מינים של דינוזאורים מנוצים, חלקם גדולים מאוד.

בעל נוצות אך אינו מעופף. ולוסירפטור רודף אחר טרף | איור: MARK P. WITTON / SCIENCE PHOTO LIBRARY

רבים מהדינוזאורים המנוצים שהתגלו היו שייכים לקבוצת התרופודים, שאליה שייכות, כאמור, גם הציפורים המודרניות. אין ספק שנוצות היו מאפיין נפוץ למדי של מיני הקבוצה הזו. אך בשנים האחרונות התגלו כמה דינוזאורים מקבוצות אחרות, רחוקים למדי מבחינה אבולוציונית מהציפורים, שהתהדרו גם הם בנוצות. ממצאים אלו הובילו להשערה, שעדיין שנויה במחלוקת, לפיה כבר האב הקדמון של כל הדינוזאורים היה בעל נוצות.

במקרים רבים לא מדובר בנוצות המורכבות שאנחנו רואים על ציפורים כיום, אלא במבנים פשוטים יותר, מסועפים אמנם אך עם פחות סעיפים וסעיפי משנה, וצורה מסודרת פחות. נוצות מוקדמות אלו, או "פרוטו-נוצות", לא יכלו לשמש לתעופה, במיוחד לא ביצורים שמשקלם היה מאות קילוגרמים. לשם מה הן התפתחו, אם כך? לפי התיאוריה העיקרית, הן סיפקו חימום לגופם של הדינוזאורים, שככל הנראה היה להם דם חם. לנוצות מוקדמות אלו אכן היה מבנה שדמה לפלומה המשמשת לחימום בעופות כיום. יש חוקרים שחושבים שהנוצות הקשיחות, הארוכות יותר, התפתחו למטרות חיזור – תפקיד שהן ממלאות גם אצל ציפורים מודרניות – לפני שעזרו לבעליהן להתרומם לאוויר.

נוצות שמשמשות לחיזור. טווס זכר מציג את זנבו המפואר | צילום: Efirso, Shutterstock

הנוצות הראשונות

מתי התפתחו הנוצות לראשונה? אם אכן הן התפתחו כבר באב הקדמון של כל הדינוזאורים, הרי שמדובר על יותר מ-220 מיליון שנה לפני זמננו. אם לעומת זאת, כפי שטוענים חלק מהחוקרים, הן התפתחו רק בקבוצה מסוימת של דינוזאורים ולא באחרת, הן היו עשויות להופיע עשרות מיליוני שנים מאוחר יותר. בעוד הוויכוח על כך נמשך, התפרסם ב-2018 מחקר שטען שהנוצות אולי הקדימו את הדינוזאורים עצמם, שכן הן מופיעות על גופם של הפטרוזאורים, הזוחלים המעופפים הקדומים.

הפְּטֶרוזאורים מוצגים לעתים כסוג של דינוזאור, אך למעשה הם שייכים לקבוצה אחרת, והשושלת שלהם נפרדה מהשושלת שהובילה לדינוזאורים לפני יותר מ-250 מיליון שנה. הם היו בעלי החוליות הראשונים שעפו באוויר, לפני הציפורים והרבה לפני העטלפים, והם עשו זאת בעזרת קרום עור שנמתח בין רגליהם. חלקם היו בגודל של ציפור קטנה, אך היו ביניהם גם ענקים, כמו הקווצאלקואטלוס (Quetzalcoatlus) שהגיע לגובה של ג'ירף ומוטת כנפיו הייתה יותר מעשרה מטרים, והיה כנראה היצור החי הגדול ביותר שאי פעם עופף בשמי כדור הארץ.

כבר במאה ה-19, אז נמצאו ראשוני המאובנים של הפְּטֶרוזאורים, הבחינו החוקרים שחלקם נראים כבעלי פרווה קצרה. בשנים האחרונות נמצאו מאובנים שמורים היטב של הזוחלים המעופפים, ונמצא שהם אמנם לא היו מכוסים בעור חלק או בקשקשי לטאה, אלא במעין סיבים קצרים שכונו פִּיקְנוֹפַייבֶּר (Pycnofiber). הסיבים האלו מזכירים בצורתם שיער, אך הם צומחים מהאפידרמיס, השכבה העליונה של העור, כמו הנוצות ובשונה מהשיער והפרווה של יונקים, שצומחים מהדרמיס, השכבה הפנימית יותר.

האם הסיבים האלו הם נוצות ראשוניות? בדיוק על כך מתנהל כעת ויכוח ער. במחקר מ-2018 בחנו החוקרים, זישיאו יאנג (Yang) מסין, מייקל בנטון (Benton) מארצות הברית ועמיתיהם, מאובן שמור במיוחד של פְּטֶרוזאור קטן, שחי לפני כ-160 מיליון שנה. לטענתם, אפשר להבחין בסיבים מפוצלים, כמו קצה של מברשת, שכיסו את צווארו, זנבו וגפיו. הסיבים לא נראו כמו נוצות מודרניות, כמובן, אך הם כן הסתעפו – וזהו סימן ההיכר של הנוצות. "אם תיקח את ההגדרה המילונית של נוצה, אלו נוצות", אמר בנטון בראיון לניו-יורק טיימס.

אחד היצורים הגדולים שעופפו אי פעם בשמי כדור הארץ. קווצאלקואטלוס | איור: JAMES KUETHER / SCIENCE PHOTO LIBRARY

סיבים או נוצות?

כבר אז, לא כולם השתכנעו. "הרבה דברים בטבע מסתעפים, כמו ענפים בעץ למשל", אמר הביולוג האבולוציוני מתיו שוקי (Shawkey). "זה לא אומר שהסיבים הם אכן נוצות". חוקרת המאובנים ג'וליה קלארק (Clarke) הייתה נחרצת יותר: "לא הייתי משתמשת במושג 'נוצות' לתיאור המבנים האלה".

במאמר שפורסם לאחרונה, דיוויד אנווין (Unwin) ודיוויד מרטיל (Martill) מבריטניה העלו שאלות בסיסיות יותר. לטענתם, הסיבים המפוצלים שהציגו יאנג ובנטון כלל אינם פיקנופייבר, אותם סיבים "פרוותיים" המכסים את הפטרוזאורים, אלא סיבים שמרכיבים את יריעות העור של כנפי הזוחלים – מבנים שאינם קשורים כלל לנוצות. הסיבים האלו לרוב ישרים, אך כתוצאה מלחץ – שיכול להיגרם למשל בעת ההתאבנות – הם עשויים "להיפרם" ולפתח הסתעפויות דמויות מברשת, ממש כמו שנראה במאמר מ-2018. אם אנווין ומרטיל צודקים, הרי שאין לנו כל ראייה לכך שסיבי הפטרוזאורים הם נוצות קדומות – ההסתעפות שנמצאה היא רק תופעת לוואי של ההתאבנות, והיא מתרחשת בסיבים אחרים בכלל.

"עוד במאה ה-19 עלתה האפשרות של פטרוזאורים מנוצים", אמר אנווין, "אבל הראיות מהמאובנים היו אז, והן עדיין, חלשות מאוד. טענות יוצאות דופן דורשות ראיות יוצאות דופן – יש לנו טענות כאלה, אך לא ראיות כאלה".

שלא במפתיע, יאנג, בנטון ועמיתיהם לא מקבלים את הביקורת של אנווין ומרטיל. במאמר תגובה הם טוענים שאפשר להבדיל בין שני סוגי הסיבים, וכי הסיבים שהם תיארו הם בלי שום ספק פיקנופייבר, ולא סיבים המרכיבים את כנפי העור. הם מציינים גם שצורות שונות של הסתעפות הסיבים נמצאו בחלקים שונים של המאובן – למשל, על צווארו ועל גפיו – ואם מדובר היה בנזק לסיבים, אין שום סיבה שהנזק היה גורם להם להסתעף בכל מקום בצורה אחרת. לפיכך, הם כתבו, הפירוש הטוב ביותר לממצאים "נשאר המסקנה המקורית שלנו, שמדובר בנוצות". הוויכוח הזה יוכרע, ככל הנראה, רק כאשר יימצאו מאובנים נוספים, שישפכו אור נוסף על הסיבים-נוצות של הזוחלים המעופפים.

האם סיבי הפטרוזאורים דומים יותר לפרווה או לנוצות? ואולי בכלל עורם היה חשוף? מראה אפשרי של פטרוזאור | איורים: Megan Jacobs, University of Portsmouth

של מי הנוצה הזו?

הוויכוח השני נוגע לנוצה מאובנת, ובמקרה הזה אין כל ספק שאכן מדובר בנוצה: המבנה שלה מודרני להפליא, ובמבט ראשון היא נראית ממש כמו נוצה שאפשר למצוא ברחוב, כזו שנשרה מיונה או מעורב. אך הנוצה הזו היא בת 150 מיליון שנה.

נראית מודרנית, אך היא בת כ-150 מיליון שנה. הנוצה המאובנת שהתגלתה בגרמניה ב-1861 | צילום: Museum fur Naturkunde

המאובן היפהפה הזה נמצא כבר ב-1861 במחצבה בגרמניה, והיה הראשון לרמוז על ההתפתחות המוקדמת של הנוצות. כשנתיים לאחר מכן הופיע בספרות המדעית תיאור של מאובן שמור אחר, גם הוא מגרמניה, שהציג בעל חיים שנראה כשילוב מוזר בין זוחל לציפור. בעל החיים זכה לשם אַרְכֵאוֹפְּטֶרִיקְס (Archaeopteryx, "כנף קדומה"). היו לו בבירור נוצות, לא רק נוצות פלומה קטנות אלא נוצות מתאר ארוכות שיצרו כנפיים דומות מאוד לאלו של ציפורים מודרניות. אך מאפיינים אחרים שלו היו דומים יותר לזוחלים, או לדינוזאורים: היה לו זנב ארוך הבנוי מחוליות עצם, לא רק זנב של נוצות כמו לציפורים, וטפרים בקצות הכנפיים. מאובנים נוספים של ארכאופטריקס, שנמצאו מאוחר יותר, הראו שפיו היה מלא שיניים.

טפרים בקצות הכנפיים. העתק של אחד ממאובני הארכאופטריקס שהתגלו בגרמניה | צילום: NATURAL HISTORY MUSEUM, LONDON / SCIENCE PHOTO LIBRARY

המאובן הראשון תואר ארבע שנים בלבד לאחר שצ'רלס דרווין פרסם את ספרו "מוצא המינים", ובו הציג את תיאוריית האבולוציה על ידי ברירה טבעית. הארכאופטריקס נראה בדיוק כפי שהתיאוריה חזתה שייראה מאובן ב"שלב ביניים", בין זוחל לציפור, וכך סיפק ראיה חזקה לנכונותה.

כמעט מיד עם גילוי הארכאופטריקס שיערו חוקרים שהנוצה הקדומה שייכת למין זה. הם נמצאו באותו אזור גיאוגרפי, וכאשר פותחו שיטות תיארוך למאובנים, נמצא שהם גם כמעט בני אותו גיל . במשך השנים ניסו חוקרים לקבוע מאיזה מקום בגוף הארכאופטריקס הגיעה הנוצה, וגם מה היה צבעה המקורי: מחקר מ-2012, למשל, טען שזו הייתה נוצה שחורה מהכנף השמאלית של הציפור הקדומה, ואילו מחקר מ-2013 טען שהיא הייתה בעלת שני צבעים, שחור ולבן.

בעוד חוקרי המאובנים מנסים לברר את הפרטים הקטנים הללו, השאלה הגדולה יותר עדיין לא קיבלה מענה מספק. "היה ויכוח כבר כאשר הנוצה נמצאה: האם הנוצה המבודדת הזו שייכת לאותו בעל חיים כמו השלדים המאובנים של הארכאופטריקס?" אמר חוקר המאובנים ריאן קרני (Carney) בראיון לניו-יורק טיימס. בשנה שעברה, חוקרים מסין ומארצות הברית פרסמו מאמר שבו טענו כי התשובה שלילית: לא מדובר בנוצה של ארכאופטריקס, אלא של דינוזאור מנוצה.

כנפיים דומות לאלו של ציפורים מודרניות, אבל עם הבדלים אחרים. שחזור של ארכאופטריקס | הדמיה: PAUL D STEWART / SCIENCE PHOTO LIBRARY

אותה שיטה, מסקנות הפוכות

החוקרים התמקדו בציר המרכזי של הנוצה, ובעיקר בקולמוס – החלק ה"עירום", נטול הסעיפים, שבו הנוצה מתחברת לגוף. כשהמאובן נמצא הוא הכיל את החלק הזה, כפי שמראים ציורים מהתקופה, אך במשך השנים שחיקה שלו גרמה לכך שהוא נעלם מהעין. בעזרת טכניקת דימות מתקדמת הנקראת פלואורסנציה מושרית לייזר (Laser-induced fluorescence, LSF), החוקרים הצליחו להתחקות אחר השאריות שהקולמוס השאיר באבן, והראו שהציר המרכזי מתעקם בצורה שונה מזו שנראית בנוצות מודרניות, וגם בנוצות של מאובני הארכאופטריקס. על פי הממצאים האלו, הם הסיקו שהנוצה שייכת ככל הנראה לבעל חיים אחר, ובכל מקרה אינה מהכנף של ארכאופטריקס, כפי שנטען בעבר. "זה מדהים שהשיטה החדשה הזו אפשרה לנו לפתור את התעלומה בת 150 השנה של הקולמוס הנעלם", אמרה דניאלה שוורץ (Schwarz), מהחוקרים החתומים על המאמר.

אך האם התעלומה אכן נפתרה? לא כולם סבורים כך. אחד מאלו שלא השתכנע היה אותו ריאן קרני שכבר הזכרנו, חוקר מאובנים מאוניברסיטת דרום פלורידה שיש לו רומן ארוך עם הנוצה הקדומה. בהיותו סטודנט לתואר ראשון הוא למד ליצור מודלים תלת-ממדיים במיוחד בשביל שיוכל לחקור את שלדי הארכאופטריקס, ובלימודי הדוקטורט שלו הוא הוביל את המחקר שקבע כי צבעה של הנוצה הוא שחור. ב-2011, 150 שנה בדיוק לאחר שהנוצה התגלתה, הוא קעקע את תמונתה על זרועו. לאחר שקראו את המאמר הקובע כי הנוצה לא הייתה שייכת לארכאופטריקס, קרני ועמיתיו שיחזרו את הניסוי והגיעו למסקנות אחרות לחלוטין, שעליהן דיווחו במאמר שהתפרסם לאחרונה. עבור קרני זה היה עניין אישי. "חשוב לי מאוד לתקן את הרושם שנוצר", הוא אמר בראיון לנשיונל ג'יאוגרפיק.

החוקרים עקבו אחר הציר המרכזי של הנוצה הקדומה, והשוו אותה למגוון רחב יותר של נוצות בהשוואה לאלו ששימשו במחקר מ-2019. הממצאים שלהם מראים כי צורת הנוצה מתאימה למקומה המשוער בכנף של ארכאופטריקס. הסעיפים של הנוצה, למשל, יוצאים מהציר המרכזי כמעט בדיוק באותה זווית שנראית בנוצות המאובנות על שלדי הארכאופטריקס. "נדהמתי לגלות שהם דומים עד כדי כך", אמר קרני.

הקולמוס הנעלם. הנוצה המאובנת כפי שהיא נראית כיום (למעלה), בציור מ-1861 (במרכז) ובדימות LSF | צילום: Museum fur Naturkunde

נגמר הסיפור?

קרני ועמיתיו לא הסתפקו בכך, אלא בדקו גם את המיקום שבו התגלתה הנוצה המאובנת והמאובנים האחרים. עד היום התגלו 12 שלדים מאובנים של ארכאופטריקס, כולם בסלעי גיר בדרום גרמניה. זה גם האזור בו התגלתה הנוצה – היא נמצאה פחות מ-2.5 קילומטר ממקום גילויים של ארבעה מהשלדים. תיארוך שלהם העלה שכל החמישה, ארבעת השלדים והנוצה, גם היו בעלי גיל דומה: כולם התאבנו בתוך פרק זמן של כ-165 אלף שנה, הרף עין במונחים אבולוציוניים.

"בשבילי, המפה הייתה כמו, בום, נגמר הסיפור, כי לא היה אף דינוזאור אחר באזור שהיו לו נוצות תעופה מורכבות כאלו", אמר קרני. אך שוב, לא כולם מסכימים שהסיפור אכן הסתיים. מייקל פיטמן (Pittman), אחד החוקרים שחתומים על המחקר מ-2019, אמר לניו-יורק טיימס כי הוא עדיין חושב שצורת הנוצה אינה מתאימה למה שנראה על כנפי הארכאופטריקס. "אנחנו לא יכולים לשלול את האפשרות שציפור אחרת השירה את הנוצה", אמר. פיטמן והחוקרים שעבדו איתו מנסחים כעת תגובה למאמר של קרני ועמיתיו.

חוקרים אחרים, לעומת זאת, מתעניינים פחות בשם של בעל החיים שנשא את הנוצה על גופו, ויותר במה שאנחנו יכולים ללמוד עליו מהנוצה והמאפיינים הייחודיים שלה. "בשבילי, בסופו של דבר, הדבר החשוב הוא שהנוצה השתייכה לבעל חיים מתקופת היורה, בעל כנפיים קטנות, שיכל לעוף היטב – בלי קשר לשאלה אם היא נשרה מכנף של ארכאופטריקס או של ציפור אחרת", אמר חוקר המאובנים סטיבן ברוסט (Brusatte) מאוניברסיטת אדינברו בסקוטלנד. "אין ספק שהלגונות החמימות, שטופות השמש של גרמניה בתקופת היורה היו מלאות דינוזאורים מעופפים".

האזינו לגרסה מוקלטת של הכתבה.
הכתבה הוקלטה בידי הספריה המרכזית לעיוורים ולבעלי לקויות ראייה

לרשימת כל הכתבות הקוליות באתר