Cretaceous Ichthyornis had teeth as well as a beak that could grasp prey like a modern bird’s.

Michael Hanson and Bhart-Anjan S. Bhullar

Fossils reveal how ancient birds got their beaks

Fósseis revelam como os pássaros antigos conseguiram seus bicos

By Gretchen VogelMay. 2, 2018 , 1:00 PM

As every schoolchild now knows, birds are dinosaurs, linked to their extinct relatives by feathers and anatomy. But birds' beaks—splendidly versatile adaptations that allow their owners to grasp, pry, preen, and tear—are nothing like stiff dinosaurian snouts, and how they evolved has been a mystery. Now, 3D scans of new fossils of an iconic ancient bird capture the beak just as it took form.
"This region of the [bird family] tree is populated almost exclusively by flattened specimens," in which delicate features of the skull are lost, says Amy Balanoff, a paleontologist at Johns Hopkins University in Baltimore, Maryland, who was not involved in the research. By bringing details from multiple specimens together, the new scans offer an early glimpse of key features of bird skulls, including a big brain and the movable upper jaw that helps make beaks so nimble.

 Como todos os alunos agora sabem, os pássaros são dinossauros, ligados a seus parentes extintos por penas e anatomia. Mas os bicos dos pássaros - adaptações esplendidamente versáteis que permitem aos seus donos compreender, bisbilhotar, enfeitar e rasgar - não são nada parecidos com focinhos de dinossauro, e como eles evoluíram tem sido um mistério. Agora, imagens em 3D de novos fósseis de um pássaro antigo icônico capturam o bico exatamente quando ele toma forma.

"Esta região da árvore [da família das aves] é povoada quase exclusivamente por espécimes achatados", no qual características delicadas do crânio são perdidas, diz Amy Balanoff, um paleontologista da Universidade Johns Hopkins em Baltimore, Maryland, que não esteve envolvido no estudo. pesquisa. Ao trazer detalhes de vários espécimes juntos, os novos scans oferecem um vislumbre precoce das principais características dos crânios de aves, incluindo um grande cérebro e a mandíbula superior móvel que ajuda a tornar os bicos tão ágeis.

Ichthyornis, an ancient seabird from about 90 million years ago, has long been famous for having a body like a modern bird, with a snout lined with teeth like a dinosaur. Paleontologists studying the first Ichthyornis fossil, discovered in the 1870s in Kansas, initially thought the body came from a small bird and the jaw from a marine reptile. Further excavation convinced them that the pieces belonged to the same animal. In 1880, Charles Darwin wrote that Ichthyornis was among "the best support for the theory of evolution" since On the Origin of Species was published 2 decades earlier.
But in the original Ichthyornis fossil, the upper jaw is missing, and the toothed lower jaw resembles that of other dinosaurs. So paleontologists assumed that early birds made do with a fixed upper jaw, like most other vertebrates.

 Ichthyornis, uma antiga ave marinha de cerca de 90 milhões de anos atrás, tem sido famosa por ter um corpo como um pássaro moderno, com um focinho forrado com dentes como um dinossauro. Os paleontólogos que estudam o primeiro fóssil de Ichthyornis, descoberto em 1870 no Kansas, pensaram inicialmente que o corpo provinha de um pequeno pássaro e do queixo de um réptil marinho. Outras escavações convenceram-nos de que as peças pertenciam ao mesmo animal. Em 1880, Charles Darwin escreveu que Ichthyornis estava entre "o melhor suporte para a teoria da evolução" desde que On the Origin of Species foi publicado 2 décadas antes.

Mas no fóssil Ichthyornis original, a mandíbula superior está faltando, e a mandíbula dentada se assemelha à de outros dinossauros. Assim, os paleontologistas assumiram que os primeiros pássaros se davam com uma mandíbula superior fixa, como a maioria dos outros vertebrados.

In 2014, paleontologists in Kansas found a new specimen of Ichthyornis. They shared the fossil with Bhart-Anjan Bhullar at Yale University and his colleagues.
Instead of extracting the fossil from the limestone in which it is embedded, the researchers used computerized tomography to scan the entire block of rock. Then they scanned three previously unrecognized specimens that they found in museum collections, and combined all the scans into a complete model of Ichthyornis's skull. They also re-examined the original fossil from the 1870s, housed at Yale's Peabody Museum of Natural History. Among unidentified pieces stored with the fossil, they found a small fragment that, when scanned, turned out to contain two key bones from the upper snout—bones that were missing in the new specimens.
Em 2014, os paleontologistas do Kansas descobriram um novo espécime de Ichthyornis. Eles compartilharam o fóssil com Bhart-Anjan Bhullar na Universidade de Yale e seus colegas.

Em vez de extrair o fóssil do calcário no qual está incorporado, os pesquisadores usaram a tomografia computadorizada para escanear todo o bloco de rocha. Em seguida, examinaram três espécimes anteriormente não reconhecidos que encontraram nas coleções de museus e combinaram todos os scans em um modelo completo do crânio de Ichthyornis. Eles também reexaminaram o fóssil original da década de 1870, alojado no Museu de História Natural de Yale, em Peabody. Entre as peças não identificadas armazenadas com o fóssil, encontraram um pequeno fragmento que, quando digitalizado, revelou conter dois ossos-chave do focinho superior - ossos que estavam faltando nos novos espécimes.

Researchers scanned this fossil and three others to get a detailed look at ancient beaks.

Michael Hanson and Bhart-Anjan S. Bhullar

The resulting 3D model captures Ichthyornis's transitional position between modern birds and other dinosaurs, Bhullar and colleagues report this week in Nature. Despite its dinosaurlike teeth, Ichthyornis had a hooked beak, likely covered by a hard layer of keratin, on the tip of its snout. It also could move both top and bottom jaws independently like modern birds.

That means beaks appeared earlier than thought, perhaps around the same time as wings, Bhullar says. The agile jaw probably allowed the bird to preen its feathers and gave it a pincerlike grasp. At the same time, Ichthyornis retained powerful jaw muscles. "more similar to what you'd see in velociraptor than what you'd see in living birds," says Daniel Field, a paleontologist at the University of Bath in the United Kingdom who helped lead the work.

This mosaic of dinosaurian and avian characteristics shows birds in the act of evolutionary transformation, says Patrick O'Connor, a paleontologist at Ohio University in Athens—and offers a reminder that evolution rarely takes a straight path.

 O modelo 3D resultante captura a posição de transição de Ichthyornis entre pássaros modernos e outros dinossauros, Bhullar e seus colegas relatam esta semana na Nature. Apesar de seus dentes semelhantes a dinossauros, Ichthyornis tinha um bico em gancho, provavelmente coberto por uma camada dura de queratina, na ponta de seu focinho. Ele também poderia mover as mandíbulas superior e inferior de forma independente, como as aves modernas.

 Isso significa que os bicos apareceram mais cedo do que se pensava, talvez na mesma época que as asas, diz Bhullar. A mandíbula ágil provavelmente permitiu que o pássaro aparecesse em suas penas e lhe desse um aperto de pinça. Ao mesmo tempo, Ichthyornis reteve poderosos músculos da mandíbula. "mais semelhante ao que você veria no velociraptor do que o que você veria em pássaros vivos", diz Daniel Field, paleontólogo da Universidade de Bath, no Reino Unido, que ajudou a liderar o trabalho.

 Esse mosaico de características dinossaurianas e aviárias mostra pássaros no ato da transformação evolucionária, diz Patrick O'Connor, paleontólogo da Universidade de Ohio em Atenas - e oferece um lembrete de que a evolução raramente segue um caminho reto.

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doi:10.1126/science.aau0560