Pterodactyler och andra relaterade bevingade reptiler som levde tillsammans med dinosaurierna förbättrade stadigt sin förmåga att flyga för att bli himlens dödliga mästare under loppet av miljontals år.

En ny studie publicerad i tidskriften Natur har visat att pterosaurier – en grupp varelser som blev jordens första flygande ryggradsdjur – utvecklades för att förbättra sin flygprestanda under sin 150 miljoner år långa existens, innan de dog ut samtidigt som dinosaurierna för 66 miljoner år sedan.

Forskare från University of Reading, Lincoln och Bristol genomförde den mest detaljerade studien hittills om hur djur utvecklas för att bli bättre lämpade för sina miljöer med tiden. De kombinerade fossila rekord med en ny modell för flygning baserad på dagens levande fåglar för att mäta deras flygeffektivitet och fylla i luckorna i vår kunskap om deras evolutionära historia.

Detta gjorde det möjligt för forskarna att spåra den gradvisa utvecklingen av pterosaurier och visa att de blev dubbelt så bra på att flyga under loppet av sin historia. Det visade också att deras utveckling orsakades av konsekventa små förbättringar under en lång period, snarare än plötsliga evolutionära utbrott som tidigare föreslagits.

Professor Chris Venditti, en evolutionsbiolog vid University of Reading och huvudförfattare till studien, finansierat av Leverhulme Trust, sa, "Pterosaurier var en mångfaldig grupp av bevingade ödlor, med en del i storleken som sparvar och andra med ett lätt flygplans vingspann. Fans av filmen Jurassic World kommer att ha sett en dramatisering av hur enorma och dödliga dessa varelser skulle ha varit. Deras diet bestod mest av andra djur, från insekter till mindre dinosaurier.

"Trots att deras slutliga skicklighet i luften är välkänd, frågan om huruvida pterosaurier blev bättre på att flyga och om detta gav dem en fördel gentemot sina förfäder har förbryllat forskare i decennier. Det finns många exempel på hur naturligt urval fungerar på relativt korta tidsskalor, men hittills har det varit mycket svårt att påvisa om växter eller djur anpassar sig för att bli mer effektiva under en lång period.

"Vår nya metod har gjort det möjligt för oss att studera långsiktig evolution på ett helt nytt sätt, och svara äntligen på denna fråga genom att jämföra varelserna i olika stadier av deras evolutionära sekvens under många miljoner år."

Pterosaurier utvecklades från landbaserade djur och dök först upp som flygblad under den tidiga triasperioden, för cirka 245 miljoner år sedan. De första fossilerna är från 25 miljoner år senare.

Forskarna övervakade förändringar i flygeffektiviteten för pterosaurier genom att använda fossiler för att mäta deras vingspann och kroppsstorlek i olika skeden. Deras nya modell baserad på levande fåglar tillämpades på data för 75 pterosauriearter, som visade att pterosaurier gradvis blev bättre på att flyga under miljontals år.

Modellerna visade att pterosaurier anpassade sin kroppsform och storlek för att använda 50 % mindre energi när de flyger över sin 150 miljoner år långa historia. De visade att varelserna ökade i massa med 10 gånger, vissa till slut väger mer än 300 kg.

Den nya metoden avslöjade också att en grupp pterosaurier — azhdarchoider — var ett undantag från regeln. Forskare har varit oense om hur bra dessa djur flög, men den nya studien visade att de inte blev bättre under hela sin existens.

Den förstorade storleken på azhdarchoider verkade ge deras överlevnadsfördelar istället, med ett djur - Quetzlcoatlus - som växer till en giraffs höjd.

Dr. Joanna Baker, Evolutionsbiolog och medförfattare vid University of Reading sa, "Detta är unika bevis på att även om dessa djur var kompetenta flygare, de tillbringade förmodligen mycket av sin tid på marken. Mycket effektiv flygning gav dem förmodligen inte någon större fördel, och vårt fynd att de hade mindre vingar för sin kroppsstorlek är i linje med fossila bevis för deras minskade beroende av flyg."

Professor Stuart Humphries, biofysiker och författare från University of Lincoln kommenterade, "En av de få saker som inte har förändrats under de senaste 300 miljoner åren är fysikens lagar, så det har varit fantastiskt att använda dessa lagar för att förstå utvecklingen av flykten hos dessa fantastiska djur."

Professor Mike Benton vid University of Bristol sa, "Tills nyligen, paleontologer kan beskriva varelsernas anatomi utifrån deras fossiler och räkna ut deras funktioner. Det är verkligen spännande nu att kunna beräkna driftseffektiviteten för utdöda djur, och sedan jämföra dem genom deras utveckling för att se hur effektiviteten har förändrats. Vi behöver inte bara titta på fossilerna med häpnad, men kan verkligen ta tag i vad de säger till oss."