Under den sena kritaperioden, för mer än 65 miljoner år sedan, fåglar som tillhör hundratals olika arter flög runt dinosaurierna och genom skogarna lika ymnigt som de flög omkring i våra skogar och åkrar idag.

Men efter katastrofen som utplånade de flesta dinosaurierna, bara en grupp fåglar fanns kvar:förfäderna till de fåglar vi ser idag. Varför överlevde bara en familj massutrotningen?

Ett nyligen beskrivet fossil från en av dessa utdöda fågelgrupper, kusiner till dagens fåglar, fördjupar det mysteriet.

Det 75 miljoner år gamla fossilet, från en fågel ungefär lika stor som en kalkongam, är det mest kompletta skelettet som upptäckts i Nordamerika av vad som kallas enantiornithines (uttalas en-an-tea-or'-neth-eens), eller motsatta fåglar. Upptäcktes i området Grand Staircase-Escalante i Utah 1992 av University of California, Berkeley, paleontologen Howard Hutchison, fossilet låg relativt orörd i University of California Museum of Paleontology i Berkeley tills doktoranden Jessie Atterholt fick veta om det 2009 och bad om att få studera det.

Atterholt och Hutchison samarbetade med Jingmai O'Conner, den ledande experten på enantiornitiner, att utföra en detaljerad analys av fossilet. Baserat på deras studie, enantiornitiner i den sena kritatiden var de aerodynamiska jämlikarna till förfäderna till dagens fåglar, kan flyga starkt och smidigt.

"Vi vet att fåglar i den tidiga kritatiden, för cirka 115 till 130 miljoner år sedan, var kapabla att flyga men förmodligen inte lika väl anpassade för det som moderna fåglar, sade Atterholt, som nu är biträdande professor och instruktör i mänsklig anatomi vid Western University of Health Sciences i Pomona, Kalifornien. "Vad detta nya fossil visar är att enantiornitiner, fastän helt skilda från moderna fåglar, utvecklat några av samma anpassningar för mycket raffinerade, avancerade flygstilar."

Fossilets bröstben eller bröstben, där flygmusklerna fäster, är djupare än andra enantiornitiner, vilket innebär en större muskel och starkare flygning som mer liknar moderna fåglar. Bärarmsbenet är mer V-format, som önskebenet hos moderna fåglar och till skillnad från det U-formade önskebenet från tidigare fåglar och deras dinosaurieförfäder. Bärbenet eller furcula är flexibel och lagrar energi som frigörs under vingslaget.

Om enantiornitiner i den sena kritatiden var lika avancerade som moderna fåglar, dock, varför dog de ut med dinosaurierna medan de moderna fåglarnas förfäder inte gjorde det?

"Den här speciella fågeln är cirka 75 miljoner år gammal, cirka 10 miljoner år före döden, ", sa Atterholt. "En av de riktigt intressanta och mystiska sakerna med enantiornitiner är att vi hittar dem i hela kritatiden, för ungefär 100 miljoner år av existens, och de var mycket framgångsrika. Vi hittar deras fossiler på alla kontinenter, över hela världen, och deras fossiler är mycket, väldigt vanligt, i många områden vanligare än den grupp som ledde till moderna fåglar. Och ändå överlevde moderna fåglar utrotningen medan enantiornitiner dör ut."

En nyligen föreslagen hypotes hävdar att enantiornitinerna i första hand var skogsbor, så att när skogarna gick upp i rök efter asteroidanfallet som signalerade slutet på kritatiden – och slutet för icke-fågeldinosaurier – försvann även enantiornitinerna. Många enantiornitiner har kraftiga böjda klor som är idealiska för att sitta och kanske klättra, Hon sa.

"Jag tycker att det är en riktigt intressant hypotes och den bästa förklaringen jag har hört hittills, ", sa Atterholt. "Men vi måste göra riktigt rigorösa studier av enantiornithines ekologi, för just nu är den delen av pusslet lite handviktig."

Atterholt, Hutchison och O'Connor, som är vid Institutet för ryggradsdjurspaleontologi och paleoantropologi i Peking, Kina, publicerade en analys av fossilet idag i tidskriften med öppen tillgång PeerJ .

Theropoddinosaurier utvecklades till fåglar

Alla fåglar utvecklades från fjäderbeklädda theropoder - de tvåbenta dinosaurierna som T. rex - med början för cirka 150 miljoner år sedan, och utvecklades till många härstamningar i kritatiden, mellan 146 och 65 miljoner år sedan.

Hutchison sa att han stötte på fossilet som eroderades ur marken i de robusta badlandsområdena i Kaiparowits-formationen i Grand Staircase-Escalante National Monument i Garfield County, Utah, strax innanför gränsen till det nyligen reducerade monumentet. Efter att ha hittat fågelfossiler tidigare, han kände igen det som en enantiornitin från sen krita, och en sällsynt sådan. De flesta fåglar från Amerika är från den sena kritatiden (100-66 miljoner år sedan) och kända endast från ett enda fotben, ofta mellanfoten. Detta fossil var nästan komplett, saknar bara huvudet.

"1992, Jag letade främst efter sköldpaddor, ", sa Hutchison. "Men jag plockar upp allt eftersom jag är intresserad av den totala faunan. De andra djuren de förekommer med berättar mer om livsmiljön."

Enligt Hutchison, området där fossilet hittades är från mellan 77 och 75 miljoner år sedan och var förmodligen ett stort delta, som Mississippiflodens delta, tropisk och skogbevuxen med massor av dinosaurier men även krokodiler, alligatorer, sköldpaddor och fiskar.

Till skillnad från de flesta fågelfossiler som finns utanför Amerika, särskilt de från Kina, fossilet krossades inte platt. Den klassiska fågeln från tidiga krita, Archaeopteryx, var tillplattad i sandsten, som bevarade ett vackert urval av fjädrar och skelettlayouten. kinesiska enantiornitiner, mestadels från den tidiga kritatiden, är lika vackra och krossade plattare än en pannkaka.

"Å ena sidan, det är bra - du får hela skelettet för det mesta, du får mjukvävnadskonservering, inklusive fjädrar. Men det betyder också att allt är krossat och deformerat, " sa hon. "Inte för att våra fossiler har noll deformation, men totalt sett har de flesta av benen riktigt vacker tredimensionell konservering, och verkligen, riktigt bra detaljer. Vi ser platser där muskler och senor fäste, alla möjliga intressanta saker för anatomer."

När Hutchison förberedde fossilerna och placerade dem i UC Museum of Paleontology-samlingen, de uppmärksammade några spirande och etablerade paleontologer, men ingen slutförde en analys.

"Saken är legendarisk. Människor i paleontologisamhället för ryggradsdjur har känt till det här för evigt och alltid, och det hände bara att alla som antogs arbetade med det blev för upptagna och det föll i vägen och hände bara aldrig, ", sa Atterholt. "Jag blev hedrad och otroligt exalterad när Howard sa att jag kunde ta mig an projektet. Jag var över månen."

Hennes analys visade att av den sena kritatiden, enantiornithines had evolved advanced adaptations for flying independent of today's birds. Faktiskt, they looked quite similar to modern birds:they were fully feathered and flew by flapping their wings like modern birds. The fossilized bird probably had teeth in the front of its beak and claws on its wings as well as feet. Some enantiornithines had prominent tail feathers that may have differed between male and female and been used for sexual display.

"It is quite likely that, if you saw one in real life and just glanced at it, you wouldn't be able to distinguish it from a modern bird, " Atterholt said.

This fossil bird is also among the largest North American birds from the Cretaceous; most were the size of chickadees or crows.

"What is most exciting, dock, are large patches on the forearm bones. These rough patches are quill knobs, and in modern birds they anchor the wing feathers to the skeleton to help strengthen them for active flight. This is the first discovery of quill knobs in any enantiornithine bird, which tells us that it was a very strong flier."

Atterholt and her colleagues named the species Mirarce eatoni (meer-ark'-ee ee-tow'-nee). Mirarce combines the Latin word for wonderful, which pays homage to "the incredible, detailed, three-dimensional preservation of the fossil, " Hon sa, with the mythical Greek character Arce, the winged messenger of the Titans. The species name honors Jeffrey Eaton, a paleontologist who for decades has worked on fossils from the Kaiparowits Formation. Eaton first enticed Hutchison to the area in search of turtles, and they were the first to report fossils from the area some 30 years ago.

Thousands of such fossils from the rocks of the Kaiparowits Formation, many of them dinosaurs, contributed to the establishment of the Grand Staircase-Escalante National Monument in 1996.

"This area contains one of the best Cretaceous fossil records in the entire world, underscoring the critical importance of protecting and preserving these parts of our natural heritage, " Atterholt said. "Reducing the size of the protected area puts some of our nation's most valuable natural and scientific resources at risk."