LOS ANGELES — Forskare vandrar ofta till avlägsna områden på jakt efter viktiga fossiler. Vissa tillbringar veckor med att gräva i Asiens öknar, kamma de torra kullarna i den amerikanska västern eller undersöka bergssidor i Alaska. Andra har tillbringat decennier med att arbeta med hackor och spadar mycket närmare hemmet – inklusive i en innerstadspark här.
Under det senaste århundradet har forskare grävt upp miljontals fossiler från La Brea Tar Pits. Fossilerna kommer från istidens varelser, stora som små. De var fångade under många tusen år i jord som gjordes sliskig av råolja som sipprade upp från djupet under jorden. Detta har gjort stadsplatsen till en av världens mest kända källor till istidsfossiler.
Ulliga mammutar och andra djur överlevde de kyliga temperaturerna under världens senaste istid. Mauricio Antón/PLOS/Wikimedia Commons (CC BY 2.5) De representerar mer än 600 arter av djur och växter som levde för ungefär 12 000 till 45 000 år sedan. Fossilerna inkluderar många stora djur, som mammutar, kameler och sabeltandade katter. Vissa bevarar det som finns kvar av myror, getingar, skalbaggar och andra mindre organismer. Många fossiliserade arter har dött ut. Andra, inklusive vissa insekter, bor inte längre i Los Angeles – men kan fortfarande hittas i närheten.
Under den senaste istiden kvävde kilometertjocka inlandsisar stora delar av Kanada och norra USA. Inga inlandsisar täckte det som nu är södra Kalifornien. Det fanns dock glaciärer i närheten på bergen öster om Los Angeles.
I allmänhet var regionens klimat mycket svalare och blötare – ungefär som det är idag 480 kilometer norrut. Under de tiotusentals år som istiden varade varierade medeltemperaturerna från år till år och från ett decennium till ett annat. Först när istiden tog slut värmdes temperaturerna upp för gott.
Forskare kan lära sig om det förflutna klimatet genom att analysera ledtrådarna som finns i fossiler av djur som för länge sedan är fångade i tjärgroparna.
Genom att studera skillnader i samma art genom tiden kan forskare också se hur ett förändrat klimat påverkat djuren. Längs vägen har forskare dykt upp några överraskningar. Till exempel har vissa djur inte alltid utvecklats på ett sätt som forskarna hade förväntat sig.
Små ledtrådar
Trots sitt namn finns det ingen tjära vid La Brea Tar Pits. Den trögflytande gooen som bubblar till ytan är faktiskt en tjock form av råolja som kallas bitumen. Tjärgroparna bildades när denna bitumen har sipprat ut från djupa underjordiska. Vid kallt väder är oljan fast. Det går inte att fastna i det. Men när vädret blir varmt mjuknar oljan och blir sliskig. Sedan kan den fånga även stora varelser.
Förklarare: Förstå istider I slutet av 1800-talet upptäckte ranchägare som bodde väster om centrala Los Angeles några gamla ben på sina fält. Under många år trodde gårdsägarna att benen var från boskap eller andra husdjur som råkade fastna i oljan som sipprade upp till ytan där. Men 1901 insåg William Warren Orcutt att bönderna hade haft fel. Den här geologen, som arbetade för ett oljebolag i Kalifornien, insåg att benen kom från forntida varelser.
Lite mer än ett decennium senare började forskare gräva ut de fantastiska fossilerna vid Rancho La Brea (spanska för
Till en början var paleontologer – forskarna som studerar fossil – bara intresserade av benen hos stora, ovanliga varelser. Dessa inkluderade mammutar (relaterade till dagens elefanter) och sabeltandade katter (släktingar till lejon och tigrar). Även om dessa sedan länge försvunna varelser verkligen var imponerande, hade bitumen fångat många mindre varelser också, konstaterar Anna Holden. Som paleoentomolog (PAY-lee-oh-en-tow-MOL-oh-gist) studerar hon forntida insekter. Hon gör detta för Natural History Museum i Los Angeles County, inte långt från tjärgroparna.
Ofta kan de små varelser som paleontologer länge ignorerat ge stora ledtrådar om ekosystemet där de hade levt. Till exempel studerade Holden förra året hålorna som insekter hade tunnlat in i benen på bison, hästar och andra djur som äter gräs. De bentuggande insekterna hade livnärt sig på djuren efter att de hade dött. Instängda i tjärgroparna hade deras kvarlevor ännu inte sjunkit ner i den klibbiga smutsen.
Det tar minst fyra månader för insekterna att utvecklas till vuxna, konstaterar Holden. De är aktiva endast under de varmaste månaderna. Detta tyder på att även i mitten av den senaste istiden, för ungefär 30 000 år sedan, fanns det perioder då klimatet var tillräckligt varmt för att bitumen skulle kunna fånga djur – och för att insekterna som livnär sig på dem skulle vara aktiva. Det tyder också på att somrarna måste ha varat i minst fyra månader under dessa varma intervall.
Nu är Holden igång igen. Den här gången tittar hon på fossilerna av två puppor från lövskärarbin. (“Pupae” är plural av pupa, livsstadiet precis innan insekter blir vuxna.)
Dessa bifossiler hade grävts upp från tjärgroparna 1970. De hade utvunnits från cirka 2 meter (6,5 fot) under marken. Denna nivå innehöll resterna av djur, inklusive insekter, som hade levt för mellan 23 000 och 40 000 år sedan.
Video: Hur såg sabeltandkatter ut?
Till skillnad från honungsbin skapar lövskärarbin inte bikupor. De lever ett ensamt liv. Deras bon är tunnlade in i växtstammar, ruttnande trä eller lös jord. En hona lägger ett ägg inuti en liten kapsel gjord av lövbitar trimmade från ett träd eller en buske. Detta beteende förklarar varför bina kallas “bladskärare”.
La Brea-bipupporna hade livnärt sig på pollen och nektar. Bihonan hade deponerat måltiden innan hon lade ett ägg och förseglade dess kapsel.
Varje kapsel är bara cirka 10,5 millimeter (0,41 tum) lång och 4,9 millimeter (0,19 tum) i diameter. Det är en smula mindre än metallbandet som håller på plats ett suddgummi. Holden och hennes team använde en kraftfull röntgenmaskin för att göra 3D-skanningar av varje puppa. Sedan kombinerade en dator hundratals av dessa skanningar, var och en avbildade en tunn skiva vävnad som bara var ungefär en tredjedel av tjockleken på det finaste människohåret. Resultatet är en detaljerad 3D-bild som datorn kan avbilda från vilken vinkel som helst. Datorn kan också titta in i denna digitala massa för att se interna strukturer eller lager.
“Först trodde jag inte att vi hade någon chans att identifiera dessa bin”, säger Holden. Men vissa egenskaper hos pupporna, såväl som den distinkta formen på de små bladrullarna som de var buntade i, hjälpte Holdens team att identifiera typen av bi. Pupporna kom från Megachile (Meh-guh-KY-lee) bin. Deras fossila bokapslar är de första som någonsin bevarats från detta släkte, konstaterar Holden. (Ett släkte är en grupp av närbesläktade arter.) Hon och hennes medarbetare beskrev sina fynd i april 2014
PLOS ONE.
Det är möjligt att regn spolade bibon i en pöl av bitumen, där vätskan senare begravde dem, säger Holden. Det är dock inte troligt. Fossilerna är så känsliga, förklarar hon, att strömmande vatten sannolikt skulle ha slitit isär dem. Istället tror hon att bina måste ha grävt sina bon i jordar vid tjärgroparna. Senare skulle sipprande olja ha täckt boen, misstänker hon. Med tiden skulle jord och annat material som sköljts eller blåste in i området ha begravt bon ännu djupare.
Eftersom lövskärarbin bara tolererar ett mycket snävt miljöområde, ger deras fossiler mycket mer detaljerade uppgifter om lokala förhållanden än fossiler från till exempel vargar eller kameler. Dessa stora killar klarade en mycket bredare variation av förhållanden, inklusive förändringar i temperatur och nederbörd.
Faktum är att Megachile fossiler berättar för forskare att området kring tjärgroparna vid den tidpunkt då pupporna begravdes skulle ha varit svalare och regnigare än det är idag. Dessutom skulle bäckar eller små floder ha behövt rinna genom området då och ge livsmiljö för de växter som bina använde för att skapa sina lummiga bon.
Evolution i aktion Bitumenet som bubblade upp vid Rancho La Brea fångade varelser under en period av ungefär 33 000 år. Även om hela den perioden ligger inom den senaste istiden, varierade klimatet mycket under den tiden.
La Brea Tar Pits ligger i centrala Los Angeles. Matt Kieffer/Flickr (CC BY-SA 2.0)
Och det betyder att dessa arter hade gott om tid att utvecklas och anpassa sig till regionens föränderliga förhållanden. För att undersöka om de faktiskt gjorde det, måste forskare titta på ett stort urval av fossiler från varelser som hade dött under ett brett tidsintervall, förklarar Julie Meachen. Hon är paleontolog vid Des Moines University i Iowa.
Smilodon fatalis, eller den sabeltandade katten, är en av de bästa kandidaterna, konstaterar hon. Dessa istidsdjur (en gång felaktigt kända som sabeltandade tigrar) var ungefär lika stora som moderna lejon och tigrar, men kraftigare. Deras starka framben hjälpte dem att ta tag i och få ner byten. Varelsens mest utmärkande egenskaper var dess 25-centimeter (10-tums) huggtänder. Under det senaste århundradet har forskare grävt upp fossiler vid La Brea Tar Pits från mer än 2 000 av dessa ikoniska varelser.
I en ny studie tittade Meachen och två andra forskare på 123 käkben från dessa skräckinjagande rovdjur. De kom från flera olika tjärgropsplatser. Experterna mätte 14 olika aspekter av skallarna. Till exempel mätte de placeringen av vissa tänder och tjockleken på käkbenet. De mätte också vinkeln med vilken käkbenet fäste vid skallen. Den vinkeln hjälpte forskarna att uppskatta styrkan av varje varelses bett.
För att beräkna ett fossils ålder mäter forskare vanligtvis hur mycket kol-14 det innehåller. Kol-14 är en annan form, eller isotop
, av elementet. Isotoper varierar något i vikt. Många isotoper är stabila, medan vissa, inklusive kol-14, genomgår radioaktivt sönderfall. Den sönderfallshastigheten är konstant. Till exempel, vart 5 730 år försvinner hälften av allt kol-14 från ett prov av organiskt material – su ch som trä, ben eller något annat som en gång var en del av en levande växt eller ett djur. Att mäta hur mycket kol-14 som “saknas” gör det möjligt för forskare att beräkna dess ungefärliga ålder. Detta kallas “koldatering.”
Fossil av djur som sabel- tandad katt kan ge forskare ledtrådar om forntida klimat. Page Museum vid La Brea Tar Pits
Den dateringen tyder på att de stora katterna som lämnade dessa fossiler – tillsammans med alla andra som grävdes fram från samma plats – blev fångade under flera olika intervaller. Dessa varierade från ungefär 13 000 till 40 000 år sedan.
Andra studier hade visat att käkbenslängden hos köttätande däggdjur är relaterad till den totala kroppsstorleken, säger Meachen. Hennes teams nya käkbensanalys avslöjar att sabeltandade katter förändrades i storlek under 27 000-årsperioden. Dessutom noterar hon, “Det verkar som att de förändrades med klimatet.”
Till exempel, två gånger under den perioden – för cirka 36 000 år sedan och igen för cirka 26 000 år sedan – var klimatet relativt svalt. Vid dessa tillfällen var katterna relativt små, rapporterar Meachen. Men däremellan – för cirka 28 000 år sedan – värmdes klimatet. Vid det här laget blev katterna relativt stora. Forskarna beskriver sina fynd i april Journal of Evolutionary Biology.
Denna trend stämmer inte överens med vad forskare hade kommit att förvänta sig, konstaterar Meachen. Inom biologi finns det en allmän regel om djurens kroppsstorlek. Den heter Bergmanns regel. (Den är uppkallad efter den tyska vetenskapsmannen som studerade levande djur och kom med denna regel på 1840-talet.) Denna regel hävdar att varelser i kallare områden vanligtvis är större än närbesläktade arter som lever i varmare områden.
Analyser av form och storlek på underkäkbenen från sabeltandade katter som grävdes fram kl. Rancho La Brea avslöjar att varelserna utvecklades när klimatet förändrades under den senaste istiden. George C. Page Museum
Om denna trend tillämpas på olika tidpunkter, säger Meachen, så borde djur som lever under kalla perioder vara större än de som levde i varma tider.
Men fossiler vid Rancho La Brea följer inte denna regel. Och det är inte klart varför, tillägger Meachen. Det är möjligt att storleken på sabeltandade katter förändrades som svar på tillgången på mat. När klimatet var svalt och det fanns gott om mat hade det inte nödvändigtvis varit en fördel att vara stor. Men när klimatet värmdes och blev matbrist, kan katter ha behövt en storleksfördel för att tävla mot andra rovdjur.
Från katter till “hundar”
En annan ny studie av fossiler i tjärgrop gav liknande resultat. Denna analys var mycket lik Meachens analys av sabeltandade katter. Men här fokuserade forskare på hemska vargar (Canis dirus). Dessa utdöda varelser var ungefär lika stora som grå vargar idag. Men precis som de sabeltandade katterna var dessa vargar kraftigare än sina moderna släktingar.
Forskare har grävt fram fossil av mer än 4 000 fruktansvärda vargar vid Rancho La Brea.
I den nya studien analyserade Robin O'Keefe och hans medarbetare 73 fruktansvärda vargskallar. O'Keefe är paleontolog vid Marshall University i Huntington, W. Va. På varje skalle kartlade teamet platsen för 27 biologiska “landmärken”. Dessa omfattade tänder, ögonhålor och där käkmusklerna hade fäst sig vid benet. Precis som med katterna förändrades den övergripande formen på de förfärliga vargarnas skallar med tiden, rapporterar han.
Analyser av formen och storleken på de nedre käkbenen från sabeltandade katter som grävts fram vid Rancho La Brea avslöjar att varelserna utvecklades i takt med att klimatet förändrades under den senaste istiden. Siffror betecknar skallens “landmärken”.
George C. Page Museum
Farliga vargar var mindre vid toppen av den senaste istiden, då regionens klimat var som kallast. Återigen, det matchar inte trenden som förväntas av Bergmanns regel, konstaterar O'Keefe. Hans team rapporterade sina resultat i januari-april Palaeontologia Electronica.
“När klimatet var varmt, stressade det verkligen ekosystemet”, förklarar O'Keefe. Som ett resultat hämmades vargarnas tillväxt ofta. De hade vanligtvis kortare nosar och många fler trasiga tänder än vad vargar levde under kallare tider. Hårda tider kan ha tvingat dem att spricka upp stora ben när vargarna jagade efter knappa näringsämnen, misstänker O'Keefe. Och det skulle ha ökat risken för att spricka tänder.
Liksom Meachen och hennes arbete med sabeltandade katter, tror O'Keefe att hur mycket mat som fanns i närheten hade stor inverkan på storleken på en fruktansvärd vargkropp.
För att verifiera det kunde forskare gräva djupare i fossilregistret, säger O'Keefe. Till exempel, förklarar han, kan forskare mäta förhållandet mellan kväve-14 och kväve-15 i fossilerna. Om andelen kväve-15 är ovanligt hög kan det vara ett tecken på att rovdjuren var överst i en näringskedja som innefattade många nivåer av varelser. Med tiden kan variationer i förhållandet mellan kväveisotoper peka på förändringar, och inte bara i en arts matvanor.
“Dessa saker kan berätta för oss hur ekosystemen förändrades”, säger O'Keefe. “Vi borde verkligen böja oss bakåt för att se vad det fossila rekordet kan säga oss.”
Ordsökning ( klicka här för att förstora för utskrift )
Leave a Reply