Jak mohli pterosauři létat?




Stránka stažena z www.scifiworld.cz
podle článku Johna G. Cramera zpracoval: Jiří Svršek


Největším dnes žijícím ptákem je kondor [Vultur gryphus]. Jeho hmotnost je asi 22 liber a rozpětí křídel asi 10 stop. Před 65 milióny lety na konci mezozoika, ve svrchní křídě existoval gigantický pterosaurus Quetzalcotalus, jehož rozpětí křídel dosahovalo více než 40 stop, tedy velikosti menšího letadla. Ve svrchní juře největším létajícím dinosaurem byl Pteranodon, jehož rozpětí křídel bylo kolem 33 stop.

Jednou ze záhad období dinosaurů v mezozoiku, kromě jejich hromadného vymření na konci svrchní křídy, zůstává, jak vůbec mohli vzniknout tak velcí létající ještěři. S možností létání souvisí několik fyzikálních omezení. Pro velké ptáky je obtížné vyvolat dostatečný vztlak ke vzlétnutí. Pokud zvětšíme velikost nějakého ptáka dvojnásobně, jeho letová plocha křídel vzroste jen čtyřikrát, zatímco jeho hmotnost vzroste osmkrát. Aby se tedy mohla zvětšit velikost létajícího živočicha, musí se změnit jeho základní tělesná konstrukce tak, aby poměr mezi jeho hmotností a plochou křídel byl co nejvýhodnější. Archeologické nálezy nám ukazují, že tělesná konstrukce pterosaurů byla horší než je konstrukce současných ptáků, kteří mají lepší stavbu kostry, silnější a výkonnější svalovinu a lepší aerodynamický tvar než pterosauři. Jak tedy mohly pterosauři dosáhnout své velikosti a přitom létat?

Chemická analýza geologických vrstev mezozoika naznačuje, že atmosféra v období křídy byla mnohem bohatší na atmosférický kyslík. Dnešní atmosféra obsahuje kolem 77 procent dusíku, 21 procent kyslíku, 1 procenta vodní páry, 0,8 procenta argonu a asi 0,03 procenta oxidu uhličitého a dalších plynů, jako jsou různé oxidy dusíku, oxidy síry a další. Všeobecně se předpokládá, že dnešní atmosféra Země je důsledkem činnosti fotosyntézy zelených rostlin, které přeměňují oxid uhličitý na kyslík, a důsledkem činnosti baktérií a rostlin v proterozoiku, které přeměňovaly prvotní amoniak na volný dusík a vodní páru.

Dnes existují určité důkazy, že atmosféra svrchní křídy se od dnešní atmosféry výrazně chemicky odlišovala. Vědcům se podařilo analyzovat vzorky atmosféry staré 80 miliónů let. Příroda nám tyto vzorky zvláštním způsobem zachovala.

Velké oblasti planety byly pokryty mohutným lesním porostem dnes vyhynulého druhu borovice Pinus succinifer. Podobně jako dnešní borovice, borovice Pinus succinifer, pokud byla poškozena bleskem nebo napadena hmyzem, své poraněné části ochraňovala pryskyřicí. Malé kapénky pryskyřice odkapávaly na zem, kde se hromadily nebo byly spáleny. Po mnoho miliónů let tyto kapénky pryskyřice postupně fosilizovaly, až vytvořily jantar. Často se v kapénkách jantaru nachází fosilizovaný hmyz, který je dokladem vývoje hmyzu v geologických obdobích.

V kapénkách jantaru někdy pozorujeme vzduchové bubliny, které obsahují vzorky atmosféry z období svého vzniku. Datace těchto vzorků je umožněna geologickým průzkumem okolní horniny nebo nalezenými fosilními pozůstatky hmyzu. V řadě případů tlak uvnitř těchto bublin přesahuje dokonce 10 atmosfér, což dokazuje, jakým mechanismem geologické síly změnily pryskyřici na jantar.

Bubliny vzduchu jsou velmi malé, o průměru 0,01 milimetru. Množství vzduchu v těchto bublinách je proto velmi nepatrné. Běžná chemická analýza takto nepatrného množství vzduchu byla dosud nemožná.

Koncem 80. let 20. století se objevil moderní analytický přístroj, kvadrupólový hmotnostní spektrometr (QMS, quadrupole mass spectrometer), který umožňuje chemickou analýzu velmi malého množství plynu. Plyn vzorku je ionizován odtržením elektronů z elektronového obalu atomů plynu. Elektricky nabité atomy jsou vysokým elektrickým napětím urychleny a procházejí mezi čtyřmi nabitými tyčemi. Tyto tyče jsou umístěny paralelně vedle sebe, takže vytvářejí kvadrupólové elektrické pole. Přilehlé tyče mají opačný elektrické napětí a prochází jimi rychle oscilující elektrické pole. Ionty se správnou hmotností se shromažďují a přesunují pomocí elektrod na výstup zařízení, kde je detektor. Ionty s jinou hmotností se srážejí s elektrodami a na výstup zařízení se nedostanou. Zařízení je tak velmi citlivé na hmotnost atomů plynu. Díky tomu lze relativně snadno pomocí kvadrupólového hmotnostního spekrometru určit množství atomů a dokonce izotopů atomů ve velmi malém vzorku.

Analýza vzorků z mezozoika, kterou provedli Robert Brenner z Yaleské univerzity a Gary Landis z Amerického geologického výzkumu kvadrupólovou hmotnostní spektrometrií, ukázala překvapivé výsledky. Atmosféra Země před asi 80 milióny lety obsahovala o 50 procent kyslíku více, než současná atmosféra. Množství kyslíku v atmosféře kolísalo od 25 do 35 procent.

Na druhé straně analýza vzorků starých 40 miliónů let ukázala přibližně stejný obsah kyslíku v atmosféře, jako dnes. Složení zemské atmosféry se změnilo mnohem více, než se geologové vůbec kdy domnívali. Příčiny této změny nejsou dosud známé. Snad bylo způsobeno změnou jemné rovnováhy mezi vznikem kyslíku procesem fotosyntézy zelených rostlin a jeho zachycováním kovy, sírou a organickými redukujícími látkami.

Někteří vědci vyslovili pochybnosti o spolehlivosti těchto výsledků. Není možné, že se složení plynu v bublinách jantaru postupem času změnilo? Atmosférické plyny mohly difúzním procesem pronikat vrstvou jantaru a tak změnit výsledné chemické složení plynu v bublinách. Proti tomu ale stojí řada argumentů. Většina procesů připadajících do úvahy, jako je oxidace jantaru, by mohla pouze snížit obsah kyslíku v bublinách. Navíc ostatní plyny jsou v bublinách nalezeny v téměř stejném poměru, jako dnes. Analýza bublin současné pryskyřice souhlasí se složením současné zemské atmosféry. Proto lze vysoký obsah kyslíku v atmosféře mezozoika považovat za dostatečně prokázaný.

Vysoký obsah kyslíku v zemské atmosféře mezozoika ovšem mohl mít pro dinosaury závažné důsledky. Dinosauři mohli mít výrazně jiný metabolismus, než mají současní živočichové.

Problém, jak velcí pterosauři mohli produkovat dostatečné množství energie potřebné k létání řadu let paleontology trápil. Vyšší podíl kyslíku v atmosféře na tento problém vrhá zcela nové světlo. Metabolické procesy dinosaurů mohly probíhat rychleji nebo výkonněji, než je tomu u současných živočichů. Když došlo ke snížení podílu kyslíku v atmosféře, vyhynuli všichni živočichové s tímto výkonnějším metabolismem, kteří se nepřizpůsobili novým podmínkám.


Uhlíková vrstva na rozhraní křídy a terciéru

Další velkou záhadou období dinosaurů je uhlíková vrstva na rozhraní svrchní křídy a počátku terciéru. Alvarezova hypotéza tvrdí, že na konci svrchní křídy došlo ke srážce Země s velkým chondritovým asteroidem. Do atmosféry se dostaly milióny tun prachu bohatého na iridium, který následně způsobil "nukleární zimu", období, kdy atmosféra Země je neprůhledná pro světelné záření, čehož důsledkem je výrazné ochlazení celé planety. Toto ochlazení pak Alvarez spojuje s hromadným vyhynutím dinosaurů. Podivná je ovšem skutečnost, že uhlíková vrstva se nachází vedle vrstvy bohaté na iridium, která by měla pocházet z asteroidu. Pokud bychom předpokládali, že uhlíková vrstva vznikla z popelu, pak je příliš mohutná. Tak mohutná vrstva by vyžadovala spálení téměř všeho rostlinstva na povrchu Země, něco na způsob ohnivé smršti na celé planetě.

Co tedy způsobilo vznik uhlíkové vrstvy a jak vznikla? Byl mohutný celosvětový požár součástí dopadu asteroidu, nebo se objevil až později? Byl příčinou hromadného vyhynutí dinosaurů prach v atmosféře Země nebo celosvětový požár? Informace o obsahu kyslíku v atmosféře mezozoika by mohla nabídnout jisté řešení.

Lze si představit, že prach asteroidu zastínil sluneční záření na několik let. Nedostatek světla způsobil vyhynutí téměř veškerého rostlinstva na povrchu Země. Pozůstatky rostlin se tak mohly stát v atmosféře bohaté na kyslík snadným palivem. Mohly vzniknout ohnivé bouře a spalování rostlin mohlo pohltit značné množství atmosférického kyslíku. Zničená vegetace, chladné klima, celosvětové požáry a o třetinu nižší obsah kyslíku v atmosféře mohl být příčinou následného vyhynutí dinosaurů.

Samozřejmě, lze si položit řadu dalších otázek. Proč nedošlo k vyhynutí nastupujících savců, z nichž řada se živila rostlinnou stravou? Pokud byli dinosauři teplokrevní živočichové stejně jako savci, proč vyhynuli?

© Jiří Svršek, 21.6.2002, http://natura.baf.cz/natura/2001/6/20010603.html



Literatura a odkazy:

* Richard A. Kerr, Science 238 #4829, 890 (13 November, 1987).

[X1] John G. Cramer: Dinosaurus Breath. Analog Science Fiction & Fact Magazine. The Alternate View Column AV-27. July, 1988.





Nahoru