En cache av 118 miljoner år gamla fossiliserade dinosaurie- och fågelfjädrar har återvunnits från en gammal sjöfyndighet som en gång låg bortom den södra polcirkeln.

Fjädrade dinosauriefossiler är kända, men känd från en handfull orter över hela världen. Exempel från södra halvklotet är särskilt sällsynta, och omfattar huvudsakligen endast isolerade fjädrar.

Ett internationellt team av forskare har analyserat en samling av 10 sådana fossila fjädrar som finns i Australien, som avslöjar en oväntad mångfald av tofsade hårliknande "proto-fjädrar" från köttätande dinosaurier, tillsammans med duniga kroppsfjädrar, och vingfjädrar från primitiva fåglar som skulle ha använts för flygning.

Unikt, de fossila fjädrarna från Australien var alla begravda i fina leriga sediment som samlades på botten av en grund sjö nära Sydpolen under dinosauriernas tidsålder.

"Dinosaurieskelett och till och med ömtåliga ben från tidiga fåglar har hittats på uråldriga höga breddgrader tidigare. Ändå, hittills, inga direkt hänförbara integumentära kvarlevor har upptäckts som visar att dinosaurier använde fjädrar för att överleva i extrema polära livsmiljöer, " sa Dr Benjamin Kear från Uppsala universitet i Sverige, en ledande författare i studien.

"Dessa australiska fossila fjädrar är därför mycket betydelsefulla eftersom de kom från dinosaurier och småfåglar som levde i en säsongsmässigt mycket kall miljö med månader av polarmörker varje år."

De fossila fjädrarna upptäcktes i Koonwarra Fish Beds Geological Reserve, som är en kulturarvslistad plats 145 km sydost om Melbourne i Victoria, Australien.

"Fossila fjädrar har varit kända från Koonwarra sedan början av 1960-talet, och erkändes som bevis på gamla fåglar, men har annars fått väldigt lite vetenskaplig uppmärksamhet. Vår studie är alltså den första som heltäckande dokumenterar dessa lämningar, som inkluderar nya exemplar som undersöktes med hjälp av banbrytande teknik, " sa Dr Thomas Rich från Melbourne Museum i Australien, som har lett åtskilliga expeditioner till Koonwarra-orten.

En serie avancerade mikroskopiska och spektroskopiska tekniker användes för att bestämma anatomin och bevarandet av Koonwarra fossila dinosaurier och fågelfjädrar.

"Koonwarra-fjädrarna är bevarade i otrolig detalj, " sa fossilfågelexperten professor Patricia Vickers-Rich från Monash University och Swinburne University of Technology i Melbourne.

"Det finns till och med små filamentliknande strukturer som skulle ha "dragit ihop" fjädervingarna, precis som i flygfjädrar hos moderna fåglar."

Dock, till skillnad från de strukturellt komplexa fjädrarna hos fåglar idag, som kännetecknas av sammankopplade grenar som kallas hullingar och hullingar, olika typer av små dinosaurier hade beläggningar som bestod av mycket enklare hårliknande "proto-fjädrar."

"Dinosaurie 'proto-fjädrar' skulle ha använts för isolering, " sa Dr Martin Kundrát, vid Pavol Jozef Safarik University i Slovakien, en ledande författare i studien.

"Upptäckten av 'proto-fjädrar' vid Koonwarra tyder därför på att fluffiga fjäderrockar kan ha hjälpt små dinosaurier att hålla värmen i forntida polarmiljöer."

Mikroskopiska rester av möjliga melanosomer - cellulära strukturer som innehåller färgpigment - upptäcktes också på flera av de fossila fjädrarna som hittades vid Koonwarra.

Dessa spår förekom över de likformigt mörka fjäderytorna, såväl som i distinkta band som kan representera originalmönster från polära dinosaurier och fåglar.

Melaniska rester har rapporterats på fossila fjädrar från andra håll i världen, och är allmänt erkända som indikatorer på dinosauriefärgning.

De tätt packade fossila melanosomerna som förekommer på Koonwarra-fjädrarna kan antyda mörka färger som kanske bidrog till kamouflage, visuell kommunikation, och/eller värmeabsorbans i kalla polära klimat.

Möjlig bevarande av biomolekyler utvärderades också, men visade sig vara för nedbrytande, och gick uppenbarligen förlorade under vittring av berget.

Koonwarras fossila fjädrar ger den första registreringen av dinosaurieintegument från de gamla polarområdena, och antyda vad som en gång var en global distribution av fjäderklädda dinosaurier och tidiga fåglar.

Några av de fossila fjädrarna som hittats vid Koonwarra visas i utställningen "600 miljoner år" på Melbourne Museum i Australien.