En krita-tid, fågel i kråkstorlek från Madagaskar skulle ha skivat sig genom luften med en stor, bladliknande näbb och erbjuder viktiga nya insikter om utvecklingen av ansikte och näbbform i de mesozoiska föregångarna till moderna fåglar. Ett internationellt team av forskare ledda av Ohio University professor Dr Patrick O'Connor och Stony Brook University professor Dr Alan H Turner tillkännagav upptäckten idag i tidskriften Natur .

Fåglar har spelat en avgörande roll i att forma vår förståelse av biologisk evolution. Så länge sedan som i mitten av 1800-talet, Charles Darwins skarpa iakttagelser av mångfalden av näbbform hos Galapagosfinkar påverkade hans avhandling om evolution genom naturligt urval. Denna fossila fågelupptäckt lägger till en ny twist på utvecklingen av skallar och näbbar hos fåglar och deras nära släktingar, visar att evolutionen kan arbeta genom olika utvecklingsvägar för att uppnå liknande huvudformer hos mycket avlägset besläktade djur.

Fågeln heter Falcatakely, en kombination av latinska och malagasiska ord inspirerade av den lilla storleken och den skärformade näbben, den senare representerar en helt ny ansiktsform hos mesozoiska fåglar. Arten är känd från en enda välbevarad, nästan fullständig skalle, en som begravdes i ett lerigt skräpflöde för cirka 68 miljoner år sedan. Fågelskelett är sällsynta i fossilregistret på grund av deras lätta ben och liten storlek. Fågelskallar är ett ännu ovanligare fynd. Falcatakely är den andra krita fågelarten som upptäckts på Madagaskar av National Science Foundation-finansierat team.

Det känsliga exemplaret förblir delvis inbäddat i sten på grund av den komplexa samlingen av lättbyggda ben som utgör skallen. Även om det är ganska litet, med en beräknad skallelängd på endast 8,5 cm (~ 3 tum), den utsökta konserveringen avslöjar många viktiga detaljer. Som ett exempel, en komplex serie av räfflor på benen som utgör sidan av ansiktet indikerar att djuret var värd för en vidsträckt keratinös beläggning, eller näbb, i livet.

"När ansiktet började dyka upp från klippan, vi visste att det var något väldigt speciellt, om inte helt unikt, " konstaterar Patrick O'Connor, professor i anatomi och neurovetenskap vid Ohio University och huvudförfattare på studien. "Mesozoiska fåglar med så höga, långa ansikten är helt okända, med Falcatakely som ger en fantastisk möjlighet att ompröva idéer kring huvud- och näbbutveckling i den härstamning som leder till moderna fåglar."

Falcatakely tillhör en utdöd grupp fåglar som kallas Enantiornithes, en grupp känd uteslutande från kritaperioden och främst från fossiler som upptäckts i Asien. "Enantiornithines representerar den första stora diversifieringen av tidiga fåglar, ockuperar ekosystem tillsammans med sina icke-fågelsläktingar som Velociraptor och Tyrannosaurus, säger Turner, en docent i anatomiska vetenskaper vid Stony Brook University och studiemedförfattare. "Till skillnad från de första fåglarna, som Archaeopteryx, med långa svansar och primitiva drag i skallen, Enantiornitiner som Falcatakely skulle ha sett relativt moderna ut."

En livsrekonstruktion av Falcatakely kan lämna intrycket att detta är en relativt omärklig fågel. Men det är under den keratinösa näbben som den evolutionära intrigen ligger. O'Connor och hans kollegor kunde inte ta bort de enskilda benen från Falcatakely från berget för att studera eftersom de var alldeles för ömtåliga. Istället, forskargruppen använde högupplöst mikrodatortomografi (μCT) och omfattande digital modellering för att virtuellt dissekera individuella ben från berget, med förstorad 3-D-utskrift av de digitala modellerna som är avgörande för att rekonstruera skallen och för jämförelser med andra arter. Allt eftersom forskningen fortskred, det blev uppenbart att ben som utgör ansiktet i Falcatakely var organiserade helt annorlunda än någon dinosaurie, fågel eller icke-fågel, trots att de har ett ansikte som ytligt liknar ett antal moderna fågelgrupper som lever idag.

Alla levande fåglar bygger skelettet av sina näbbar på ett mycket specifikt sätt. Det är mestadels bildat av ett enda förstorat ben som kallas premaxilla. I kontrast, de flesta fåglar från dinosauriernas tidsålder, som den ikoniska Archaeopteryx, har relativt ospecialiserade nosar som består av en liten premaxilla och en stor maxilla. Förvånande, forskarna fann detta liknande primitiva arrangemang av ben i Falcatakely men med en övergripande ansiktsform som påminner om vissa moderna fåglar med en hög, lång övre näbb och helt olik något känt i mesozoikum.

"Falcatakely kan i allmänhet likna ett antal moderna fåglar med skinn och näbb på plats, dock, det är den underliggande skelettstrukturen i ansiktet som vänder på det vi vet om fågelns evolutionära anatomi" noterade O'Connor. "Det finns helt klart olika utvecklingsmässiga sätt att organisera ansiktsskelettet som leder till generellt liknande slutmål, eller i det här fallet, liknande huvud- och näbbform."

För att utforska hur denna typ av konvergent anatomi utvecklades, O'Connor och Turner tog hjälp av sin kollega Dr Ryan Felice, en expert på skalleanatomi hos fåglar och andra dinosaurier. "Vi fann att vissa moderna fåglar som tukaner och nöthornsfåglar utvecklade väldigt lika sickle-formade näbbar tiotals miljoner år efter Falcatakely. Det som är så fantastiskt är att dessa härstamningar konvergerade på samma grundläggande anatomi trots att de var väldigt avlägset besläktade, " noterade Felice, lektor i mänsklig anatomi vid University College London.

Falcatakely återfanns från stenar från senaste kritatiden (70-68 miljoner år sedan) i vad som nu är nordvästra Madagaskar, i vad som har tolkats som en halvtorr, mycket säsongsbetonad miljö. Samma miljö var också värd för ett antal andra verkligt bisarra djur, som mopsnäsan, växtätande krokodyliform Simosuchus och det nyligen beskrivna däggdjuret Adalatherium. "Att tänja på gränserna för vår kunskap om jordens historia och biologiska evolution, vi måste leta i outforskade eller underutforskade regioner, " noterade Turner.

"Upptäckten av Falcatekely understryker att mycket av jordens djupa historia fortfarande är höljd i mystik, " tillade O'Connor, "särskilt från de delar av planeten som har varit relativt mindre utforskade." Madagaskar har alltid tänjt på gränserna för biologisk potential. Verkligen, Madagaskars unika biota har fascinerat naturhistoriker och vetenskapsmän över många discipliner, ofta inramad i samband med evolutionen isolerat på den stora ökontinenten. "Ju mer vi lär oss om krita-ålderns djur, växter, och ekosystem i det som nu är Madagaskar, ju mer vi ser att dess unika biotiska signatur sträcker sig långt tillbaka i det förflutna och reflekterar inte bara öns ekosystem på senare tid."