Tiến hóa khủng long

Khủng long thống trị thế giới trong Kỷ nguyên Mesozoi, được chia thành ba Thời kỳ. Trong Kỷ Trias, tổ tiên khủng long đang tiến hóa. Vào kỷ Trias muộn, thế giới đã nhìn thấy những con khủng long thực sự đầu tiên. Trong kỷ Jura, số lượng khủng long ngày càng tăng. Đến kỷ Phấn trắng, nhiều loại khủng long khác nhau đã phát triển.

Các nhà cổ sinh vật học nghiên cứu các loại khủng long khác nhau để tìm ra mối quan hệ của chúng với các loài khủng long khác và tìm ra tổ tiên của loài khủng long. Điều này có thể cho các nhà khoa học biết nhiều điều về quá trình tiến hóa. Nó cũng có thể cho họ biết một số điều về thế giới mà loài khủng long đã sống. Khủng long và các sinh vật khác trong lịch sử đã được xếp vào các loại phân cấp, sử dụng một hệ thống phân loại gọi là hệ thống Linnaean. Ngày nay, nghiên cứu về các mối quan hệ với khủng long sử dụng một phương pháp gọi là cladistics, sử dụng sự hiện diện của các đặc điểm hình thái được chia sẻ để tái tạo cây phân nhánh của quá trình tiến hóa khủng long.

Bởi vì các nhà khoa học có thông tin không đầy đủ về khủng long, các nhóm có thể thay đổi khi thông tin mới được tìm thấy. Vì vậy, mỗi hóa thạch khủng long mới được phát hiện có thể là chìa khóa mở ra một số thông tin về sự tiến hóa và tổ tiên của loài khủng long.

1. Hệ thống phân loại Linnaean
2. Sử dụng Cladistics để phân tích các mối quan hệ tiến hóa
3. Phân loại và Tiến hóa
4. Khủng long như Archosaurs
5. Archosaurs Evolve

Vào những năm 1750, nhà thực vật học Thụy Điển Carl von Linné (người được biết đến với tên gọi theo tiếng Latinh là Linnaeus) đã phát triển một hệ thống phân loại tất cả các sinh vật sống. Mỗi sinh vật có hai tên khoa học, một chi và một tên loài. Nhà khoa học đầu tiên mô tả một sinh vật mới (bất kỳ sinh vật sống nào) đặt tên cho nó. Kể từ khi Linnaeus bắt đầu sử dụng hệ thống này, hơn một triệu loài đã được đặt tên.

Tên khoa học được đặt trong Hệ thống Linnaean vì các sinh vật sống được gọi là những thứ khác nhau bằng các ngôn ngữ khác nhau. Ví dụ, con mèo nhà là die Katze trong tiếng Đức; le chat bằng tiếng Pháp; nhưng các nhà sinh vật học người Anh, Pháp và Đức gọi nó là Felis catus.

Khi chọn tên, một nhà khoa học có thể nêu bật một đặc điểm thú vị của sinh vật hoặc có thể đặt tên cho nó để vinh danh một người hoặc nơi nó được tìm thấy. Vì vậy, khủng long ăn thịt khổng lồ Tyrannosaurus rex là "vua thằn lằn bạo chúa" ngự trị trên các loài khủng long khác.

Trong Hệ thống Linnaean, các loài tương tự được nhóm lại thành một chi, các chi tương tự thành một họ, các họ tương tự thành một thứ tự, thứ tự tương tự thành một lớp, các lớp tương tự thành một ngành, và các loài tương tự thành một vương quốc.

Chó, sói đồng cỏ và chó sói thuộc chi Canis. Vulpes, chi cáo và Canis đều thuộc họ chó Canidae. Họ gấu Canidae và Ursidae, là một phần của bộ Carnivora (động vật ăn thịt). Động vật ăn thịt và người thuộc lớp Mammalia (tất cả các loài động vật có vú). Các loài động vật có vú và cá nằm trong bộ Phylum Chordata (động vật có xương sống, hay còn gọi là bộ đệm). Hợp âm và san hô là thành viên của vương quốc Animalia (động vật). Các phân loại này được gọi là đơn vị phân loại (số ít: đơn vị phân loại), và việc nghiên cứu các phân loại này được gọi là phân loại học.

Một trong những lĩnh vực nghiên cứu khủng long tích cực nhất trong hai thập kỷ qua là xem xét lại toàn diện các mối quan hệ của chúng bằng cách sử dụng phương pháp tiếp cận mới gọi là cladistics, còn được gọi là hệ thống phát sinh loài. Không giống như hệ thống Linnean, đặt các sinh vật vào các loại phân cấp, cladistics cố gắng xác định nhiều sự kiện đặc trưng dẫn đến sự phân tách bằng cách phân nhánh của tất cả các sinh vật, sống và tuyệt chủng. Nói một cách đơn giản hơn, cladistics là một phương pháp phân tích các mối quan hệ tiến hóa giữa các nhóm để xây dựng cây phả hệ của họ.

Cladistics nhóm các sinh vật trên cơ sở các ký tự có nguồn gốc được chia sẻ (synapomorphies) và sử dụng một khái niệm triết học gọi là parsimony, cho rằng kiểu phân nhánh đơn giản nhất (kiểu có ít bước nhất) có nhiều khả năng gần với kiểu thật nhất. Các nhà khoa học sử dụng cladistics không xếp các sinh vật vào các loại lồng nhau như hệ thống Linnean, bởi vì họ cho rằng mỗi nhánh xảy ra bởi cùng một quá trình xác định đơn giản. Tuy nhiên, các phân loại Linnean khác nhau vẫn được sử dụng rộng rãi để sắp xếp các nhóm vào các loại, như được trình bày trong cuốn sách này.

Sau khi Charles Darwin công bố thuyết tiến hóa của mình, các nhà sinh vật học bắt đầu tìm hiểu lý do tại sao các sinh vật lại xếp vào nhóm tự nhiên. Ví dụ, các loài trong chi chó Canis trông giống nhau bởi vì chúng đều có một tổ tiên chung. Cáo (chi Vulpes) và chó (chi Canis) trông không giống nhau lắm vì tổ tiên chung của chúng xa xưa hơn. Tổ tiên chung sống càng xa, con cháu của họ càng phải tiến hóa và thay đổi lâu hơn.

Hầu như không thể chứng minh rằng hai loài có chung một tổ tiên. Nhưng bằng cách lập một danh sách đầy đủ các đặc điểm, các nhà khoa học có thể cho thấy khả năng hai loài có quan hệ họ hàng với nhau như thế nào. Hai loài càng có nhiều đặc điểm thì càng có nhiều khả năng chúng có quan hệ họ hàng gần và nhận được những đặc điểm đó từ một tổ tiên chung.

Ví dụ, cả chim sẻ và dơi đều có cánh tay và bàn tay là cánh, nhưng cánh chim sẻ và cánh dơi khác nhau nhiều. Cánh chim sẻ và cánh dơi tiến hóa riêng biệt chứ không phải do một tổ tiên chung. Đây được gọi là sự tiến hóa hội tụ . Mặt khác, cánh của chim sẻ, đại bàng, đà điểu và tất cả các loài chim khác đều giống nhau. Điều này cho thấy các loài chim ngày nay có quan hệ họ hàng gần gũi và xuất thân từ một tổ tiên chung.

Chỉ có một số loài khủng long được biết đến từ những bộ xương hoàn chỉnh hoặc gần như hoàn chỉnh; gần một nửa số loài được biết đến chỉ dựa trên răng hoặc các mảnh xương. Hình dạng của xương được sử dụng để phân loại khủng long. Chỉ hàng trăm con khủng long còn sót lại mới được nghiên cứu về các mối quan hệ.

Xương hiếm khi được hóa thạch. Các sinh vật sống thường phân hủy và biến mất sau khi chết. Các nhà cổ sinh vật học rất khó để mô tả một bộ xương hóa thạch chưa hoàn chỉnh và quyết định xem con vật trông như thế nào và hoạt động như thế nào chỉ từ một vài di tích hóa thạch. Việc phát hiện ra một loài khủng long mới - hoặc hóa thạch mới của một loài khủng long ít được biết đến - có thể thay đổi cây phả hệ. Chúng ta sẽ không bao giờ biết tất cả các nhóm khủng long khác nhau đã từng sống, vì vậy cây phả hệ của chúng sẽ luôn không đầy đủ.

Khủng long được phân loại là loài bò sát, nhưng tất cả các loài bò sát không tạo thành một nhánh duy nhất (một nhóm bao gồm một loài tổ tiên chung và tất cả các loài có nguồn gốc từ nó). Có hai nhóm bò sát. Một nhánh bao gồm tất cả các loài bò sát sống, khủng long, ichthyosaurs, plesiosaurs và chim (Sauropsida). Nhóm còn lại là các loài động vật có vú và các loài bò sát giống như động vật có vú đã tuyệt chủng (Theropsida). Cá sấu và chim có quan hệ họ hàng gần gũi với nhau hơn là với thằn lằn và rắn. Chúng là một phần của một tộc sauropsid nhỏ hơn, Archosauria. Thằn lằn và rắn nằm trong nhánh Lepidosauria. Archosaurs có một lỗ lớn ở phía trước của mỗi mắt. Khi nhiều nhóm archosaurs phát triển, fenestra phản quỹ đạo này ("cửa sổ trước mắt" ) đôi khi đóng (ở cá sấu và khủng long ăn thực vật sau này) hoặc hợp nhất với lỗ mũi (ở pterosaurs). Đây là lỗ mở lớn nhất trong hộp sọ của các loài khủng long ăn thịt lớn, chẳng hạn như Allosaurus và Tyrannosaurus,

Các archosaurs sớm nhất được tìm thấy trong đá Permi, được hình thành trước khi Kỷ nguyên Mesozoi bắt đầu. Vào đầu Đại Trung sinh, khi đời sống động vật đang hồi phục sau cuộc đại tuyệt chủng hàng loạt tồi tệ nhất trong lịch sử thế giới, loài archosaurs đã mở rộng và nhanh chóng lan rộng. Hầu hết những loài archosaurs đầu tiên đó đã tuyệt chủng vào cuối Kỷ Trias, nhưng Pterosauria, Saurischia và Ornithischia vẫn tồn tại đến cuối Đại Trung sinh, và Crocodilia vẫn tồn tại cho đến nay. Chim chưa được tìm thấy trong kỷ Trias, mặc dù một số loài động vật giống chim khó hiểu trong kỷ Trias gần đây đã được phát hiện ở châu Á, châu Âu và Texas.

Hai thay đổi quan trọng về mặt tiến hóa đã diễn ra giữa các loài archosaurs. Họ đã thay đổi từ những con vật có dáng dài ngoằn ngoèo, giống như thằn lằn sang những con vật đi bằng hai chân được giữ ngay dưới cơ thể của chúng. Sự thay đổi khác là từ chuyển hóa máu lạnh giống thằn lằn (cách cơ thể sử dụng năng lượng) sang chuyển hóa máu nóng giống chim. Những thay đổi này không diễn ra ở tất cả các loài archosaurs, nhưng chúng đã xảy ra ở loài khủng long. Cá sấu là ví dụ sống sót duy nhất mà những thay đổi đó không xảy ra; chim là nhóm sống sót duy nhất mà chúng đã xảy ra.

Tính máu nóng có thể đã xuất hiện sớm trong dòng chim khủng long, vì vậy hầu hết tất cả các loài khủng long đều là loài máu nóng. Đặc điểm này có thể được thừa hưởng từ tổ tiên chung của loài khủng long với loài chim. Hoặc, những thay đổi này có thể xảy ra sau khi khủng long và chim tách ra, do đó chỉ có một số loài khủng long săn mồi tiên tiến là máu nóng.

Tổ tiên của loài khủng long đã phát triển mắt cá chân khỏe hơn. Loại mắt cá này xuất hiện ở loài pterosaurs, khủng long và chim. Lagosuchus, Lagerpeton và Pseudolagosuchus là những con khủng long nhỏ, đi bằng hai chân (chúng đi bằng hai chân) với mắt cá chân nâng cao và các đặc điểm khác cho thấy chúng có quan hệ họ hàng gần với khủng long.