Een moderne reconstructie van drie ichtyosaurussen. Nobu Tamura/Wikimedia Commons/CC BY-SA 4.0

Prachtig fossiel toont aan dat ichtyosaurus warmbloedig en gecamoufleerd was en blubber bezat

Ichtyosaurussen, oude, dolfijnvormige zeereptielen, hebben meer met hun verre verwant gemeen dan alleen maar de vorm. Dat blijkt uit een onderzoek door een internationaal team van een fossiel van een Stenopterygius ichtyosaurus uit het jura-tijdperk, dat zo goed bewaard is dat er zelfs zacht weefsel in te onderscheiden is. De studie toont aan dat ichtyosaurussen meer dan waarschijnlijk een laag isolerende blubber bezaten, net als dolfijnen, wat betekent dat ze ook warmbloedig waren, en dat ze dezelfde camouflagekleuren hadden.

"Ichtyosaurussen zijn interessant omdat ze veel kenmerken gemeen hebben met dolfijnen, maar absoluut geen nauwe verwanten zijn van die zeezoogdieren", zei Mary Schweitzer in een persmededeling van de North Carolina State University (NC State).  "We zijn ook niet erg zeker over hun biologie. Ze hebben veel kenmerken gemeen met nu nog levende zeereptielen zoals zeeschildpadden, maar we weten uit het fossielenbestand dat ze levendbarend waren, wat geassocieerd wordt met warmbloedigheid. Deze studie geeft een antwoord op een aantal van die biologische raadsels."

Schweitzer is mede-auteur van de nieuwe studie en professor biologie aan NC State en gastdocent aan de Zweedse Lunds universitet

Het zeer goed bewaarde, 180 miljoen jaar oude fossiel van een Stenopterygius uit de groeve in Holsmaden. Bovenaan een foto, onderaan een diagram van het 85 cm lange fossiel, wat zowat de helft van de totale oorspronkelijke lichaamslengte uitmaakt. Johan Lindgren

Zeer goed bewaard

Johan Lindgren, een professor aan de Lunds universitet in Zweden, en de belangrijkste auteur van de nieuwe studie, stelde een internationaal team samen om een zowat 180 miljoen jaar oud, zeer goed bewaard fossiel van een Stenopterygius te bestuderen. Dat fossiel is afkomstig uit de Holzmaden-groeve in Duitsland. In het olieschalie-gesteente van die groeve zijn al eerder fossielen gevonden die zo goed bewaard zijn dat men zelfs de huid nog kan onderscheiden. 

"Zowel de omtrek van het lichaam als overblijfselen van inwendige organen zijn duidelijk zichtbaar", zei Lindgren. "Opmerkelijk is dat het fossiel zo goed bewaard is, dat het mogelijk is om individuele cellagen waar te nemen in de huid."

De onderzoekers identificeerden celachtige microstructuren in de huid van het fossiel waarin organellen met pigment zaten, en ook sporen van een inwendig orgaan, waarvan ze dachten dat het de lever was. Ze vonden ook materiaal dat chemisch gezien overeenkwam met de blubber van gewervelden. Die wordt enkel gevonden bij dieren die in staat zijn om hun lichaamstemperatuur te regelen onafhankelijk van de omgevingsomstandigheden. 

Een ander mooi bewaard fossiel van een ichtyosaurus en een aantal spiraalvormige ammonieten. (Foto: Didier Descouens/Wikimedia Commons/CC BY-SA 4.0)

Hoge resolutie onderzoekstechnieken

Lindgren stuurde stalen van het fossiel naar zijn internationale collega's, onder wie ook Schweitzer. Het team onderzocht het fossiel met een aantal hoge resolutie analysetechnieken, onder meer met time-of-flight secondary ion mass spectrometry (ToF SIMS), nanoscale secondary ion mass spectrometry (NanoSIMS), pyrolyse-gaschromatografie/massaspectrometrie, met een aantal microscopische technieken en het voerde ook een immuunhistochemische analyse uit. Dat is een techniek waarbij men bepaalde componenten lokaliseert in biologische weefsels aan de hand van specifieke antilichamen.

Schweitzer en haar onderzoeksassistente Wenxia Zheng onttrokken zacht weefsel aan de stalen, en voerden er verschillende hoge resolutie immuunhistochemische analyses op uit. 

"We ontwikkelden een reeks antilichamen die we op al de stalen aanbrachten, en we zagen gedifferentieerde binding, wat wil zeggen dat de antilichamen voor een bepaald proteïne - zoals keratine of hemoglobine - zich enkel bonden aan bepaalde gebieden", zei Schweitzer. Keratine is een taai eiwit dat vooral voorkomt in de huid, hemoglobine is een ijzerhoudend eiwit dat in het bloed voorkomt.

"Dat toont de specificiteit van deze antilichamen aan, en het vormt een sterk bewijs voor het feit dat verschillende proteïnen zijn overgebleven in verschillende weefsels. Je zou niet verwachten van keratine te vinden in de lever, bijvoorbeeld, maar hemoglobine zou je wel verwachten. En dat is wat we zagen in de reactie van die stalen op de verschillende antilichamen en andere chemische instrumenten." 

Het laboratorium van Lindgren vond ook chemische bewijzen voor onderhuidse bluber. "Dit is het eerste directe chemische bewijs voor warmbloedigheid in een ichtyosaurus, aangezien blubber een kenmerk is van warmbloedige dieren", zei Schweitzer. 

Een voorstelling uit het begin van de vorige eeuw van een mosasaurus die vecht met twee ichthyosaurussen. Anatomisch is de voorstelling niet juist: de dieren hebben een te lange, wendbare nek en ook de rafels op hun rugzijde kloppen niet bij alle drie. (Illustratie: Professor Heinrich Harder, "Die Wunder der Urwelt" (1912)

Schubben verloren

Alles samen genomen tonen de bevindingen van de onderzoekers dat de ichtyosaurus Sternopterygius een huid had zoals een walvis, en een kleurenpatroon dat lijkt op dat van veel nog levende mariene dieren - donker aan de bovenkant en lichter aan de onderkant. Dat zou het dier gecamoufleerd hebben tegen natuurlijke vijanden, zoals vliegende pterosaurussen van bovenuit, en pliosaurussen van onderuit. 

"Zowel op basis van de vorm als van de chemische analyses kwamen we tot de conclusie dat, hoewel Stenopterygius vaagweg beschouwd zou kunnen worden als een "reptiel", het dier de schubachtige huid verloren had die geassocieerd wordt met reptielen, net zoals de moderne lederschildpad", zei Schweitzer. "De schubben verliezen vermindert de weerstand, en vergroot de wendbaarheid onder water."

Sternopterygius had dus een huid als een walvis, dezelfde camouflage- kleuren, een laag blubber en hij was warmbloedig. De overeenkomsten met nu nog bestaande, in zee levende zoogdieren en reptielen strekken zich uit tot het ultrastructurele en moleculaire niveau, zeggen de onderzoekers, en ze vormen een afspiegeling van de alomtegenwoordige beperkingen van hun gedeelde aanpassing aan het leven in zee. Dat noemt men convergente evolutie, waarbij totaal niet verwante soorten gelijkaardige kenmerken met dezelfde functie ontwikkelen, omdat ze dezelfde ecologische niche innemen of zich aangepast hebben aan hetzelfde milieu.  

"De staat waarin dit dier bewaard is gebleven, is uitzonderlijk, vooral voor een mariene omgeving, - maar de Holzmaden-formatie staat bekend voor haar buitengewoon goed bewaarde fossielen. Dit specimen heeft ons meer bewijzen gegeven dat deze weefsels en moleculen een extreem lange tijd bewaard kunnen blijven, en dat de analyse van zachte weefsels nieuw licht kan werpen op evolutionaire patronen, verhoudingen en hoe oude dieren functioneerden in hun milieu." 

"Onze resultaten waren herhaalbaar en consistent in de verschillende laboratoria. Dit werk toont echt aan wat we kunnen ontdekken als we een multidisciplinair onderzoek van een uitzonderlijk specimen uitvoeren in verschillende instituten", zei Schweitzer.

De studie van het team uit Zweden, de VS, Japan, Duitsland en Zwitserland is gepubliceerd in "Nature".

Fossiel van de vin van een ichtyosaurus (Foto:  Viridiflavus/Wikimedia Commons/CC BY-SA 3.0)