קצאלקוואטלוס נורת׳רופי

ב 29.6 התפתח דיון בקבוצה של מכון דווידסון אחרי שמישהו העלה את התמונה הבאה בתוספת המשפט ״זה אמיתי הדבר הזה?!״ :

קאצלקוואטלוס נורת׳רופי

המעופף המרשים הזה (וציפורים בכלל) כבר מזמן ריתקו אותי וחרשתי עליהם לא מעט, לכן עניתי, אבל אז היו עוד שאלות. אז עניתי, אבל אז היו עוד שאלות… וחוזר חלילה. התחלתי להיסחף קצת כהרגלי עם התשובות. זה התחיל מאיך יודעים האם ואיך הוא המריא, עף בין השאר דרך למה כורי פחם לקחו קנריות כשהם ירדו למכרות, והסתיים באיך זה שציפור מפיקה חמצן מהאוויר ביעילות כפולה בממוצע מחיות אחרות (ספוילר: כי יש לה בלוני חמצן בתוך העצמות).

אולי זה מעניין רק אותי בהיותי חנון דינוזאורים מזעזע, אבל קשה לי לראות איך מפלצת מעופפת בגובה של ג׳ירף שהיתה יכולה לאכול בן אדם בביס בלי למצמץ (לולא היינו מקפידים לשמור על ריחוק חברתי של 65 מיליון שנה) לא מקבלת ציון 100 מתוך 100 במגניבות על.

אז בסוף ריכזתי הכל פה כי הצטבר נפח שנראה לי נחמד מספיק לפוסט עצמאי.

אז היה דבר כזה? מה זה?!

הפטרוזאור הענק הזה אכן עופף לו בשמיים בתקופת הקרטיקון העליון, לפני 100 עד 65 מיליון שנה, והוא התהדר במוטת הכנפיים של מעל 10 מטר ובגוף ששוקל מאות קילוגרמים. למעשה, ככל שמצאנו עד היום, הוא היצור המעופף הגדול ביותר שהיה אי פעם על כדור הארץ: במצב עמידה הוא יכל להסתכל לג׳ירף בעיניים.

שמו קצאלקוואטלוס נורת׳רופי  (Quetzalcoatlus Northropi), כאשר ה Que מבוטא ״ke״ כמו בספרדית, לא ״קווה״ כמו באנגלית, כי מקור השם אכן בספרדית (ליתר דיוק בשפה שדוברה במדינה שנכבשה על ידי הספרדים 🙁): על שם האל האצטקי קצאלקוואטל. זו הברקה רצינית בעיני גם כי קצאלקוואטל היה אל הרוח והאוויר, וגם כי בשפת הנאוהאטל בה דיברו האצטקים פירוש שמו היה ״הנחש מכוסה הנוצות״.

איך דבר כזה ממריא?

שאלת ההמראה (כן או לא ואם כן – איך) היתה אחת השאלות המעניינות שהיו מאז שגילו את השלדים. כי למרות העצמות הקלות יחסית שמצאו במאובנים (כמו אלו של ציפורים בנות ימנו) ושעזרו לו לצמצם יחסית את משקלו, עדיין מעריכים שפרט בוגר שקל כ 200 קילו. ו 200 קילו זו מאסה חסרת תקדים להמריא איתה. לשם השוואה הציפור המעופפת הגדולה ביותר כיום, אלבטרוס נודד, שוקלת 10 קילו ומתקשה מאד להמריא: אם אין לו צוק לקפוץ ממנו הוא זקוק לריצה ארוכה, בדרך כלל במורד גבעה, מול רוח נגדית.

אבל ממש לא מזמן (במונחים גיאולוגיים לפחות), בשנת 2008, חוקר מבריק בשם מייקל חביב פירסם מאמר פורץ דרך שהראה שסביר יותר שבניגוד לציפורים של היום, שמשתמשות רק ברגליים כדי לקבל את התנופה ההתחלתית מהאדמה, המפלץ הזה השתמש במה שנקרא Quadrupedal Launch: קפיצה עם 4 הגפיים – כמו שרואים אצל חלק ממיני העטלפים (בעיקר ערפדים). 

סטודנט של חביב עשה גם סרטון תלת מימד יפה של זה, בהתבסס על שלד די שלם של פטרוזאור בגובה של 2.40 מטר:

היתרון של חביב על שאר החוקרים היה שהוא בעצם רופא, אנטומיסט, שחוקר ביומכניקה בחיות רבות (בין השאר הוא היה גם מי שהדגים וגם הסביר את המנגנון באמצעותו עכבישים תמיד נופלים על הרגליים, ולחלופין מלמד ניתוח גופות בבית ספר לרפואה בדרום קרוליינה…).

בעיקרון מה שהוא הראה זה שההבדל המרכזי בין ממריאים דו-רגליים למזנקים ארבע-רגליים צריך להיות יחס החוזק והגמישות בין עצם הזרוע (Humerus) לעצם הירך (Femur): בציפורים של היום היחס הזה נוטה להיות נמוך (עצם ירך חזקה וגמישה מעצם הזרוע, כלומר הכנף) ואילו בממריאים 4 רגליים היחס הפוך (לטובת הכנף, שמשמשת גם לזינוק).

הוא מנתח שם במאמר את העדויות הפלאונתולוגיות ומראה שהיחס אצל הפטרוזאורים הגדולים נמצא עמוק בטווח של ממריאים 4 רגליים ורחוק מהיחס שמוצאים בציפורים של היום.

בטוחים שהוא היה מסוגל לעוף ולא רק לדאות?

לא ממש בטוחים בכלום, כי בכל זאת פלאונתולוגיה זו עבודה בלשית, באמצעות שברי וחלקיקי עצמות ועם הרבה ניחושים.

יש חוקר מאוניברסיטת טקסס, צ׳אטרג׳י כלשהו שפירסם מאמר (במגזין Geological Society of America) שטוען שהקפיצה של ה 4 גפיים אולי רלוונטית לעטלפים אבל לא לקצאלקוואטלוס בגלל שיקולים של יחס נפח לשטח, ומראה שאם עושים scaling לעטלפים אז הפטרוזאור הענק הזה יכל לקפוץ רק לגובה 3 עד 4 מטר. ואם כך, עם מוטת כנפיים של 10 או 15 מטר (גם על מוטת הכנפיים מתווכחים) הוא לא היה יכול להתחיל לנפנף.

אבל רוב הפלאוביולוגים שקראתי טוענים שמה פתאום לעשות scaling מעטלפים, שהרי האנטומיה שונה לגמרי, ושבכל מקרה אין בעיה לנפנף גם מגובה 3 מטר כי הכנף לא צריכה לרדת מתחת לגובה הגוף בכלל כדי לתת עילוי, כפי שרואים בציפורים בנות זמננו.

חוקרים אחרים טוענים שאולי הוא היה ממריא על ידי ריצה במורד גבעה מול רוח ואז כן היתה כניסה לדאייה. התיאוריה הזו נשמעת אולי הגיונית אבל כמובן יש לדחות אותה בבוז על בסיס היותה כל כך הרבה פחות מגניבה מתיאוריית הקפיצה 🙂 (טוב, גם מעוד שיקולים אבל הם פחות מעניינים למי שלא עוסק בפליאוביולוגיה).
בכל מקרה, עד כמה שראיתי הקונצנזוס מצדד במייקל חביב.

האתר עם המאמר של צ׳אטרג׳י משום מה ירד מהרשת, אבל חיפשתי לפי משפטים מהאבסטרקט ומצאתי על גבי שרת אוניברסיטאי תיעוד משעשע של חלופת מיילים בין כמה פליאוביולוגים שהולכים מכות על העניין. זה בפורמט של תשובה לתשובה לתשובה, מלמטה למעלה כמו בדרך כלל עם מיילים, כשהתחתון ביותר זה מישהו שהעלה את האבסטרקט של המאמר של צ׳אטרג׳י ואז למעלה חובטים בו פליאוביולוגים שיש להם כתובות מייל כמו dinosaur@usc.edu.

מי אמר שלא מרגש להיות פליאונתולוג.

מה לגבי האפשרות שהם פשוט לא יכלו לעוף?

ככל שראיתי, יש קונצנזוס גורף למדי בקרב כל מי שחוקר אותם שהם עופפו.

היו לא מעט תיאוריות מתחרות במהלך השנים (בעיקר לפני 10-15 שנה): שהם לא עפו כלל (כמו יענים למשל), או אולי רק דאו, או שמא עפו אבל רק בגילאים צעירים וכשהתבגרו הפכו לחסרי-תעופה ועוד. אבל בסופו של דבר נמצאו פגמים רציניים בכל התיאוריות הללו ובכיום למיטב ידיעתי כל מי שבאמת חוקר את הביו-מכניקה של היצורים האלה נמצא בהסכמה שהם אכן עופפו.

יהיה קצת מורכב וארוך לפרוט כאן בדיוק את כל הסיבות למה (יש כמה וכמה מאמרים מעניינים למי שרוצה הפניות בפרטי), אבל אם רוצים סקירה כללית אז מארק וויטון כתב על זה יפה בבלוג שלו. וויטון היה מחבר-שותף של חביב בכמה מאמרים, הפריך את רוב התיאוריות המתחרות, ובאופן כללי נחשב לאוטוריטה עולמית בתחום הפטרוזאורים ומי ש״כתב את הספר״. בעצם לא כמטפורה – הוא באמת כתב את הספר!

נקודה אחת שהוא לא התייחס אליה משום מה שם בבלוג היא הראיה על דרך השלילה. הוא פירט מאד יפה את הסיבות לחשוב שהם כן עפו, על דרך החיוב, אבל לא נגע משום מה בראיות האבולוציוניות שמראות שלא סביר לחשוב אחרת בהתחשב ברקורד המאובנים.

כי לתעופה יש מחיר – מבנה עצמות מסויים (אופטימלי לתעופה אבל לא בהכרח לחיה קרקעית), כנפיים גדולות (שמסרבלות תנועה על האדמה וגוזלות משאבים), עצם חזה מגושמת (שכוללת רכס על הסטרנום שמאפשר עיגון של שרירי הפקטוריס שמאפשרים את הפעלת הכנפיים) ועוד.

למיטב ידיעתי כל הציפורים הידועות (קיימות ופרה-היסטוריות) שאיבדו את יכולת התעופה תמורת התאמה טובה יותר לסביבה, עברו שינויים אבולוציוניים רציניים (במבנה העצמות, במבנה הכנפיים ועוד). רואים את זה באופן מובהק בהתפתחות הזנים האלה ברקורד המאובנים. ולא רק בזן אחד: רואים אבולוציה מקבילה כזו ביענים באפריקה, בדודו ז״ל במאוריציוס, באמו, קיווי וקזואר בניו זילנד, בננדו בדרום אמריקה, במואה זצ״ל וכו׳. אצל כולם, ככל שהם התפתחו מהאב הקדמון המעופף שלהם הם שמטו את החסרונות האנטומיים שאפשרו טיסה, והפכו לבעלי מבנה מיטבי יותר לשוכני קרקע (למשל לא צריך כבר להשקיע בעצמות קלות יותר עם מבנה מורכב יותר ופחות מאסה).

ולעומת זאת בדרך אל הקצאלקוואטלוס ידידנו רואים התפתחות אבולוציונית עקבית, מהפטרוזאורים המעופפים הקטנים (שבכולם מסכימים שאכן עופפו) כל הדרך למעלה. וההתפתחות העקבית הזו לא כוללת את אבדן התכונות האנטומיות שמאפיינות חיות מעופפות, ושתמיד רואים שאובדות עם אובדן יכולת התעופה. ההיפך: גם אצל קואצוש החמוד נותרות העצמות החלולות, הסטרנום כולל את הרכס הנדרש לתמיכה בכנפיים, הכנפיים הולכות וגדלות, הרגליים לא הופכות מסיביות וכבדות כפי שבדרך כלל מתפתח אצל ציפורי ענק (כדי לאפשר ריצה מהירה יותר לקיזוז איבוד התעופה) וכו׳.

אני לא יודע למה הוא לא כתב על זה שם בבלוג, וויטון, כי זה נראה לי טיעון חזק. אולי הוא התמקד בלהסביר את הממצאים ולא התעכב על מה לא רואים.

למה בעצם יש לציפורים עצמות חלולות?

מאחר ועצמות חלולות מאד מאפיינות ציפורים, זה בוודאי עוזר להם לעוף. אז האם אפשר לשער שהסיבה היא שזה פשוט הופך אותן לקלות יותר?

זהו שלא. למעשה, במקרים רבים ההיפך הוא הנכון – שלד ממוצע של ציפור ששוקלת 50 גרם יהיה כבד יותר משלד ממוצע של מכרסם ששוקל 50 גרם! נכון שיש חיות עם עצמות מלאות שמשקלן הסגולי גדול יותר, אבל זה לא הכרחי.

הסיבה האמיתית היא שילוב של שני אלמנטים:

  1. לעצם של ציפור יש קשיחות מבנית גדולה יותר, למרות שהעצם בקוטר קטן, בזכות מבנה של טראס (כמו שיש בגשרי תאורה). התמיכות הזיג-זגיות שבתוך העצם נותנות קשיחות רבה יותר מזו של עצם מלאה או ספוגית.

  2. והסיבה השניה היא כוח העל הסודי של ציפורים: שקיקי אוויר מיוחדים בעצמות שאוויר מוזרם דרכם בדרך אל ומהריאות. השקיקים האלו מאפשרים ניצולת גבוהה יותר של האוויר הנכנס, כי הם מונעים ערבוב בינו לבין האוויר שיוצא. המערכת הזו התפתחה כי הם צריכים לצורך התעופה להפיק יותר אנרגיה, ולכך נדרש יותר חמצן, וגם ככל הנראה לפיזור חום (שקי האוויר מפזרים את החום דרך העצמות החוצה).

כאן יש סרטון אנימציה יפה שמדגים את המערכת בפעולה:

התופעה הזו של עצמות עם חללי אוויר בתוכן נקראת ״פנאומטיזציה״ (עצמות פנאומטיות – נשמע כמו משהו מ״שליחות קטלנית״), וגם לבני אדם יש כמה עצמות פניאומטיות כאלה (בסינוסים, אבל לא לצורך תעופה 😉 ). כשגוזל בוקע יש רק הכנה למערכת הזו, וככל שהוא מתבגר הריאות שלו גדלות ופולשות למעשה לחללים האלה. (״מָה רַבּוּ מַעֲשֶׂיךָ הַגֶן״).

אחת מתופעות הלוואי של המערכת הנשימתית הזו היא שהיעילות הופכת ציפורים גם לרגישות יותר לרעלנים באוויר. מכאן הגיע הנוהג של Canary in a Coal Mine (ואני לא מתכוון לשיר של להקת פוליס): הכורים החזיקו ציפורי שיר קטנות בכלובים לידם בזמן העבודה כדי לקבל התרעה מראש על דליפת גז שעשויה להוביל להרעלה (בדרך כלל בגלל פחמן חד חמצני) או לפיצוץ (במקרה של דליפת מתאן) – שני גזים שקיפחו חיי כורים רבים.

בגלל היעילות הנשימתית שלה ציפור תמות מגז רעיל הרבה לפני, נניח, עכבר באותו הגודל. הכורים יכלו לראות את הציפור נופחת את נשמתה ואפילו טוב יותר – מפסיקה לצייץ (ממש מערכת אזעקה משוכללת) ולא היו צריכים יותר מהשקט הזה כדי לפרוץ בריצה החוצה מהמכרה. בקיצור, לחלק מהציפורים בכל זאת לא לגמרי השתלמה ההתפתחות האבולוציונית הגאונית הזו.

אגב רק ביום האחרון של 1986 עבר בשעה טובה חוק בבריטניה שדורש להוציא לפנסיה את הקנריות האומללות האחרונות שנותרו בתפקיד, ולהתקין במקומן גלאים (ולא שלא היתה התנגדות לכך מצד חלק מהכורים!)

אחת מתופעות הלוואי של המערכת הזו היא שבניגוד ליונקים, הריאות של ציפורים לא מתפשטות ומתכווצות בזמן הנשימה ואין להם דיאפרגמה (סרעפת). האוויר מוזרם דרך שקיקי האוויר שבעצמות, לריאות, ואז מהריאות שוב דרך שקיקי אוויר החוצה, וכל זה מבוצע באמצעות שרירי החזה שמזיזים את הסטרנום קדימה ואחורה בהתאם לצורך, כמו משאבה. מהסיבה הזו אם מחזיקים ציפור באופן הדוק, גם אם לא מפעילים לחץ נקודתי כלשהו היא פשוט תמות מחנק: הסטרנום חייב להיות יכול לנוע קדימה ואחורה בחופשיות כדי להפעיל את השאיבה הזו.

טריוויה לסיום:

חברת AeroVironment שמתמחה בבניית חפצים מעופפים בנתה ב 1985 את ה״אורניתופטר״ הגדול ביותר שנבנה עד אז (ולמיטב ידיעתי – מאז, אבל אולי היה משהו שפספסתי). ״אוניתופטרים״ הם תת ענף משוגע במיוחד של מכונות תעופה שעפות באמצעות נפנוף בכנפיים, ממש כמו ציפורים (ביוונית ״אורניתוס״ זה ציפור, ו ״פְטֶרון״ זה כנף – מכאן גם שמם של הפטרוזאורים). למי שלא מכיר כדאי לחפש סרטונים כי יש בתחום דברים מופלאים.

אותו סופר-אורניתופטר של AeroVironment, במחווה נאה לאבולוציה, עוצב כהעתק מדוייק של קצאלקוואטלוס נורת׳רופי (בקנה מידה מוקטן של 1:2), כולל הטמנת כל מנגוני השליטה וההנעה בתוך גוף האורניתופטר כך שמבחוץ הוא נראה לכל דבר ועניין כמו גור קאצלקוואטלוס מעופף קטן וחמוד, עם מוטת כנפיים של קצת יותר מ 5 מטר.

למרבה היגון לא הצלחתי למצוא וידאו של אורניתופטר ה״QN״ (ראשי תיבות כמובן) כפי שכינו אותו. אני יודע שנעשה ב 1986 סרט איימקס בשם ״On The Wing״ שתיעד אותו, אבל לא מצאתי עותק (עדיין סורק בטורנט). כן מצאתי את שתי תמונות המצ״ב מתוך צילומי הסרט:

סופו של אורניתופטר ה QN היה טראגי, ואף סמלי:

אחרי 21 טיסות מעולות באתר צילום הסרט (האגם היבש El Mirage במדבר מואבי בקליפורניה), ההפקה רצתה לעשות תעלול יחסי ציבור לקראת הקרנת הבכורה של הסרט, ולשלב את ה QN במפגן יום חיל האוויר האמריקאי המסורתי שמתבצע כל שנה בבסיס חיל האוויר אנדרוז שבבירה, וושינגטון. למרבה הצער המטיסים של האורניתופטר לא הביאו בחשבון את עומס שידורי הרדיו בבסיס העצום, וכשהארניתופטר התחיל לנסוק הפרעות הרדיו גרמו לו להפסיק לציית לפקודות המטיס, להיכנס לסחרור ולהתרסק.

כך נכחד שוב ה Pterosaur Quetzalcoatlus Northropi, ויחד איתו נכחדו גם 700,000 הדולרים שהושקעו בבנייתו. רוב הכותרות בעיתונים למחרת היום היו ווריאציות של – “pterrible ptragedy!”.

ה QN אמנם שופץ מבחינה אסתטית אבל למרבה הצער מעולם לא חזר לעופף והועבר למוזיאון התעופה הלאומי, שם אפשר לראות אותו תלוי מהתקרה גם כיום.

מה שהיה יפה בעיני היה הראיון של פול מקרידי, מנהל פרוייקט ה QN ב AeroVironment, למחרת היום. מקרידי מלכתחילה התייחס לבניית האורניתופטר כאל שעשוע, וכאל דרך למשוך תשומת לב לאינטראקציה ההולכת ומסתבכת בין האדם והטכנולוגיה שלו לבין עולם החי. את רוב זמנו הוא הוציא למעשה בפרוייקטים של טיסה ברת קיימא: מטוסים קלים מונעים בכוח שרירים אנושיים או באופן סולארי.

לכן הוא אמנם התבאס כמובן מזה שהבייבי שלו התרסק ונהרס, אבל מצד שני הוא הצביע על כך שיש פה סמליות רבה וגם הזדמנות להפנות את תשומת הלב לכך שלמעשה זו היתה הדגמה בקטן של האופן בו הטכנולוגיה האנושית והאופן בו היא מצופפת את השמיים והאדמה ודוחקת החוצה את שאר המינים. כדבריו:

“in 200 years, we could wind up with an earth with nothing but technology. We could have just 50 specimens of animal life and 50 specimens of plant life.”


הערה מאוחרת:
באחת התגובות נוסף קישור לסרטון מצוין עם הדגמות יפות וגם ריאיון עם מייקל חביב.