Apabila gema dinosaur mengalir melalui hutan dan memercikkan gua-gua hingga meriam 66 juta tahun yang lalu semasa kepupusan mereka, dunia tidak berdiam diri - mamalia bengkak dan berbual-bual dalam bayang-bayang mereka, mengisi lompang dengan spesies yang baru dan cepat berkembang. Para saintis berfikir bahawa plasenta pertama muncul sekitar masa ini, meletakkan asas bagi kumpulan mamalia terbesar yang masih hidup hari ini, termasuk kita.
Paleocene - zaman selepas kepupusan dinosaur bukan burung - menandakan satu daripada tempoh evolusi mamalia yang paling penting, tetapi penyelidik tidak memahami bagaimana dan mengapa mamalia berkembang begitu cepat pada masa ini. Evolusi cepat cenderung mengikuti kepupusan besar-besaran, tetapi para saintis tidak memahami corak itu, kata Tom Williamson, ahli paleontologi di Muzium Sejarah & Sains Alam New Mexico di Albuquerque. "Inilah yang kita sebenarnya sebahagian daripada, nenek moyang kami berasal pada masa ini, dan ia benar-benar tidak difahami, " kata Williamson.
Itulah sebabnya dia dan sekumpulan enam saintis lain dari Amerika Syarikat, Scotland, China dan Brazil sedang bekerjasama untuk menggoda berpuluh-puluh fosil mamalia dari 12 juta tahun pertama selepas dinosaurus hilang untuk mewujudkan pokok keluarga mamalia awal yang paling terperinci sehingga kini. Mereka perlu menganalisis struktur rangka rumit - termasuk tulang telinga dan kes-kes otak - untuk membezakan spesies, tetapi imbasan sinar-X tradisional tidak boleh selalu diambil pada minutiae ini. Oleh itu, pasukan telah membentuk satu perkongsian unik dengan Makmal Kebangsaan Los Alamos (LANL) di New Mexico untuk menghasilkan imejan resolusi tinggi menggunakan pengimbas neutron yang canggih. Williamson adalah ahli paleontologi pertama yang berkolaborasi dengan cara ini dengan makmal, yang mempunyai akar dalam pertahanan nuklear. Perkongsian itu menunjukkan bagaimana teknologi nuklear yang akhirnya boleh menghapuskan kami kerana spesies juga menghasilkan inovasi, seperti pengimbas neutron ini, yang dapat membantu kami memahami asal usul kami sebagai spesies.
Sebelum dinosaurus hilang, salah satu daripada kumpulan mamalia yang paling umum dan pelbagai yang bergerak di sekeliling planet ini adalah makhluk-makhluk seperti tikus yang dipanggil multituberculates. Sebahagian daripada mereka terselamat kepupusan, mengukur saiz tikus kecil. Tetapi kumpulan mamalia baru juga mula muncul selepas kepupusan, dan berubah dengan cepat. "Anda pergi dari mamalia bersaiz kucing ke sesuatu yang saiz seseorang dalam kira-kira 300, 000 tahun, yang sangat cepat, " kata Williamson, dengan menyatakan bahawa kadar pantas ini adalah sebahagian daripada apa yang menjadikan tempoh ini sangat menarik tetapi juga mencabar faham.
Tom Williamson mencatatkan penemuan fosil di tapak lapangannya di San Juan Basin di barat laut New Mexico. (Laura Poppick) Untuk sampai ke tapak medan utama di mana Williamson telah menemui bukti yang mencukupi tentang kehidupan ini, kami memandu beberapa jam di barat laut Albuquerque ke kawasan tanah lapang di San Juan Basin. Ketika kami tiba, kami berjalan melalui bukit-bukit kelabu abu-abu warna debu bulan yang pernah menjadi tebing sungai. Mereka kini mengikis angin, perlahan-lahan membuang sisa-sisa ekosistem purba. Ini menandakan salah satu tempat terbaik di dunia untuk mencari mayat mamalia dari masa ini, Williamson menerangkan ketika kami turun ke kemurungan yang rata di mana dia telah mendapat nasib dalam dekad pemburuan fosilnya.
Saya mula melatih mata saya untuk fosil di tengah-tengah reruntuhan di tanah dan mengambil sepotong batu kelabu putih-putih saiz penumbuk saya. Ia mempunyai bijian berarah yang, seperti saya, kelihatan seperti tulang. Saya tunjukkan kepada Williamson dan dia menggelengkan kepalanya. "Hanya kayu yang berbatu-batu, " katanya, tidak seperti terkesan oleh pokok berjuta-juta tahun bertukar menjadi batu seperti saya.
Selama beberapa jam yang akan datang, saya melatih mata saya lebih akut dan mencari fosil lain yang membunuh: kulit kura-kura, kulit kadal, skala ikan, dan banyak lagi. Tetapi apa yang dikatakan Williamson adalah sisa-sisa mamalia, terutamanya gigi dan tengkorak haiwan termasuk Eoconodon coryphaeus -omnivora berukuran kecil kucing yang mampu memanjat-dan Pantolambda bathmodon, herbivora berukuran domba yang hampir mendekati tanah. Dia selepas gigi dan tengkorak kerana bahagian-bahagian lain dari kerangka mamalia cenderung kelihatan sangat mirip jika mereka berkembang untuk menahan keadaan persekitaran yang sama. "Orang bodoh yang anda fikir mereka berkait rapat apabila mereka tidak, " jelas Williamson.
Tetapi struktur tertentu, termasuk tulang telinga, tidak seperti yang terdedah kepada evolusi konvergen yang dipanggil ini kerana telinga tidak mudah dipengaruhi oleh alam sekitar sebagai bahagian badan lain, kata Williamson. Lubang-lubang kecil di tengkorak di mana salur darah dan saraf menyambungkan otak ke seluruh badan adalah pengenalpastian khusus spesies yang berbeza, kata Michelle Spaulding, ahli paleontologi di Purdue University Northwest di Westville, Indiana yang terlibat dalam kajian tersebut. "Mereka boleh membuat corak diagnostik yang sangat baik di kawasan telinga yang membantu kita mengenal pasti kumpulan haiwan apa yang akan dimiliki, " katanya.
Tetapi lubang-lubang itu kecil dan mustahil untuk dikaji dengan mata kasar, jadi di sinilah kerjasama pasukan dengan Laboratorium Nasional Los Alamos menjadi penting untuk projek itu. Makmal ini mengendalikan beberapa pengimbas sinar-X dan pengesan neutron tertinggi di dunia yang boleh menghasilkan beberapa citra resolusi tinggi yang mungkin, kata Ron Nelson, seorang saintis instrumen di Pusat Sains Neutron makmal. Dia menguji pengimbas neutron pada tengkorak dinosaur yang besar dengan Williamson tahun lepas, berjaya menjana imbasan resolusi tertinggi tengkorak tyrannosaur yang pernah siap. Dengan keyakinan terhadap teknologi, mereka kini beralih ke pengimejan struktur mamalia yang lebih kecil.
Makmal Kebangsaan Los Alamos dibina pada tahun 1943 untuk penyelidikan pertahanan nuklear yang berkaitan dengan Projek Manhattan, usaha untuk membangunkan senjata nuklear pertama semasa Perang Dunia II. Sejak itu, ia semakin memperluas kerjasama dengan saintis dari ahli botani kepada ahli fizik, terutamanya dalam Pusat Sains Neutron yang merangkumi pemecut yang panjang setengah mil yang menjana neutron - zarah yang tidak dijelaskan yang terdapat di dalam atom yang menawarkan kelebihan pencitraan ke atas elektron yang digunakan di X -rays.
Manakala sinar-X dapat diserap oleh dan baik pada pengimejan bahan padat, neutron mengesan komposisi dalam atom, tanpa mengira kepadatan. Ini bermakna neutron boleh menembusi bahan dan menangkap imejan yang tidak boleh dilakukan sinaran X. Contoh klasik yang membuktikan fenomena ini adalah imej mawar di dalam balang plumbum. "Neutrons lebih sensitif terhadap bunga, jadi anda boleh gambar bunga di dalam memimpin, " kata Nelson.
Pengimejan Neutron mempunyai pelbagai aplikasi dalam mengesan bahan letupan dan bahan nuklear. Tetapi ia juga menawarkan penyelesaian baru untuk fosil pencitraan yang tersangkut di dalam dan ditutup oleh mineral padat dalam batuan. Memecahkan fosil dari batu akan memusnahkan sampel, jadi pengekalan neutron memberikan saintis satu alternatif yang tidak merosakkan-walaupun sampel menjadi radioaktif untuk tempoh masa selepas imbasan, nota Williamson. Sampelnya biasanya selamat untuk ditangani selepas beberapa hari, tetapi bahan lain akan kekal radioaktif lebih lama bergantung kepada komposisi mereka.
Nelson berkata perkongsian dengan ahli paleontologi saling menguntungkan, kerana ia mencabar makmal untuk mengatasi masalah baru. "Dengan memperbaiki teknik kami pada sampel mereka, kami meningkatkan keupayaan yang kami ada untuk masalah lain yang kami cuba selesaikan, " katanya.
Satu imbasan neutron (kiri) dan imbasan X-ray (kanan) boleh menawarkan imejan percuma untuk mengkaji komponen fosil yang berlainan. (Makmal Kebangsaan Los Alamos) Selain daripada fosil pengimbasan, pasukan akan melihat ke dalam kimia pelbagai gigi spesies untuk mengetahui lebih lanjut mengenai iklim yang dihidapi haiwan tersebut. Pasukan ini juga akan melihat data tentang hubungan molekul antara mamalia moden dan bagaimana ia berkaitan dengan sesetengah punca ini spesies. Ini membantu menyediakan penentukuran masa dan perancah untuk pokok ini, tetapi data molekul masih mempunyai banyak jurang yang perlu diisi. Sebab itulah sangat penting untuk menjalankan analisis fosil yang mendalam ini, kata Anjali Goswami, ahli paleontologi di Alam Muzium Sejarah di London yang juga mengkaji evolusi mamalia awal tetapi tidak melibatkan kerja ini.
"Salah satu perkara yang paling penting untuk dilakukan ialah mencari dan mencari fosil dan mencari tapak baru yang tidak difahami dengan baik, " katanya, dengan menyatakan bahawa kawasan yang kurang memahami di India dan Argentina di mana dia bekerja juga boleh membantu mengisi kekosongan dalam teka-teki evolusi mamalia awal.
Pokok keluarga yang dihasilkan akan memberikan batu loncatan untuk menerokai lebih banyak maklumat mengenai makhluk purba ini, termasuk pelbagai jenis landskap dan persekitaran yang mereka layari melalui, kata Spaulding.
"Apabila kita mengetahui bagaimana semuanya berkaitan, kita boleh mula bertanya lebih banyak soalan tentang evolusi mamalia, " katanya.
