Ketika gema dinosaurus berderak melalui hutan dan mencebur melalui ngarai yang tenang 66 juta tahun yang lalu selama kepunahannya, dunia tidak terdiam - mamalia berlarian dan berbincang dalam bayang-bayang mereka, mengisi kekosongan dengan spesies baru yang berkembang pesat. Para ilmuwan berpikir plasenta pertama muncul sekitar waktu ini, meletakkan dasar bagi kelompok mamalia terbesar yang hidup hari ini, termasuk kita.
Paleosen - zaman setelah kepunahan dinosaurus non-unggas - menandai salah satu periode paling penting dari evolusi mamalia, tetapi para peneliti tidak memahami bagaimana dan mengapa mamalia berevolusi dengan sangat cepat selama masa ini. Evolusi cepat cenderung mengikuti kepunahan massal, tetapi para ilmuwan juga tidak memahami pola itu, kata Tom Williamson, seorang ahli paleontologi di Museum Sejarah Alam & Sains New Mexico di Albuquerque. "Ini adalah tempat kita sebenarnya bagian dari, leluhur kita sendiri berasal pada saat ini, dan itu benar-benar kurang dipahami, " kata Williamson.
Itulah sebabnya dia dan tim dari enam ilmuwan lain dari AS, Skotlandia, Cina dan Brasil bekerja bersama untuk menggoda puluhan fosil mamalia dari 12 juta tahun pertama setelah dinosaurus menghilang untuk membuat pohon keluarga mamalia awal yang paling rinci hingga saat ini. Mereka perlu menganalisis struktur kerangka yang rumit - termasuk tulang telinga dan kasus otak - untuk membedakan spesies, tetapi pemindaian sinar-X tradisional tidak selalu dapat menangkap hal-hal kecil ini. Jadi tim telah membentuk kemitraan unik dengan Laboratorium Nasional Los Alamos (LANL) di New Mexico untuk menghasilkan citra resolusi tinggi menggunakan pemindai neutron canggih. Williamson adalah ahli paleontologi pertama yang berkolaborasi dengan laboratorium ini, yang berakar pada pertahanan nuklir. Kemitraan ini menunjukkan bagaimana teknologi nuklir yang pada akhirnya dapat memusnahkan kita sebagai suatu spesies juga menghasilkan inovasi, seperti pemindai neutron ini, yang dapat membantu kita memahami asal usul kita sendiri sebagai suatu spesies.
Sebelum dinosaurus menghilang, salah satu kelompok mamalia yang paling umum dan beragam yang berkeliaran di planet ini adalah makhluk mirip binatang pengerat yang disebut multituberculate. Beberapa di antaranya selamat dari kepunahan, mengukur ukuran tikus kecil. Tetapi kelompok mamalia baru juga mulai muncul setelah kepunahan, dan berubah dengan cepat. “Anda beralih dari mamalia seukuran kucing menjadi sesuatu yang seukuran seseorang dalam sekitar 300.000 tahun, yang sangat cepat, ” kata Williamson, mencatat bahwa langkah cepat ini adalah bagian dari apa yang membuat periode ini sangat menarik tetapi juga menantang untuk memahami.
Tom Williamson mencatat fosil yang ditemukan di lokasi ladangnya di San Juan Basin di barat laut New Mexico. (Laura Poppick) Untuk sampai ke lokasi lapangan utama di mana Williamson telah menemukan banyak bukti kehidupan ini, kami berkendara beberapa jam di barat laut Albuquerque ke tanah tandus San Juan Basin. Ketika kami tiba, kami berjalan melalui bukit abu-abu tandus warna debu bulan yang dulunya tepi sungai. Mereka sekarang terkikis oleh angin, perlahan-lahan menumpahkan sisa-sisa ekosistem purba. Ini menandai salah satu tempat terbaik di dunia untuk menemukan sisa-sisa mamalia dari periode waktu ini, Williamson menjelaskan ketika kita mendaki ke depresi yang datar di mana dia memiliki keberuntungan dalam perburuan fosil selama puluhan tahun.
Aku mulai melatih mataku mencari fosil di tengah puing-puing di tanah dan mengambil sepotong batu kelabu keputihan seukuran kepalan tanganku. Ini memiliki butiran terarah yang, bagi saya, sepertinya itu bisa menjadi tulang. Saya tunjukkan pada Williamson dan dia menggelengkan kepalanya. "Hanya kayu yang membatu, " katanya, tidak terkesan dengan pohon multi-juta tahun berubah menjadi batu seperti aku.
Selama beberapa jam berikutnya, saya melatih mata saya lebih tajam dan menemukan banyak fosil lain: cangkang kura-kura, kulit kadal, sisik ikan, dan banyak lagi. Tetapi apa yang sebenarnya dicari Williamson adalah sisa-sisa mamalia, terutama gigi dan tengkorak hewan termasuk Eoconodon coryphaeus — omnivora seukuran kucing yang mampu memanjat — dan Pantmambda bathmodon, herbivora seukuran domba yang tinggal lebih dekat ke tanah. Dia mengejar gigi dan tengkorak karena bagian lain kerangka mamalia cenderung terlihat sangat mirip jika mereka berevolusi untuk bertahan pada kondisi lingkungan yang sama. “Orang bodoh semacam itu membuat Anda berpikir bahwa mereka terkait erat padahal sebenarnya tidak, ” Williamson menjelaskan.
Tetapi struktur tertentu, termasuk tulang telinga, tidak rentan terhadap apa yang disebut evolusi konvergen ini karena telinga tidak mudah terombang-ambing oleh lingkungan seperti halnya bagian tubuh lainnya, kata Williamson. Lubang kecil di tengkorak tempat pembuluh darah dan saraf menghubungkan otak ke seluruh tubuh adalah pengidentifikasi yang sangat membantu spesies yang berbeda, kata Michelle Spaulding, seorang ahli paleontologi di Purdue University Northwest di Westville, Indiana yang terlibat dalam penelitian ini. “Itu dapat menciptakan pola yang sangat diagnostik di wilayah telinga yang membantu kami mengidentifikasi kelompok hewan mana yang akan menjadi bagian, ” catatnya.
Tapi lubang itu kecil dan tidak mungkin untuk dipelajari dengan mata telanjang, jadi di situlah kemitraan tim dengan Laboratorium Nasional Los Alamos menjadi sangat penting bagi proyek. Laboratorium mengoperasikan beberapa pemindai sinar-X dan neutron berenergi tertinggi di dunia yang dapat menghasilkan beberapa citra dengan resolusi tertinggi, kata Ron Nelson, seorang ilmuwan instrumen di Neutron Science Center laboratorium. Dia menguji pemindai neutron pada tengkorak dinosaurus besar dengan Williamson tahun lalu, berhasil menghasilkan pemindaian resolusi tertinggi dari tengkorak tyrannosaurus yang pernah diselesaikan. Dengan keyakinan pada teknologi, mereka sekarang telah beralih ke pencitraan struktur mamalia yang lebih kecil.
Laboratorium Nasional Los Alamos dibangun pada tahun 1943 untuk penelitian pertahanan nuklir yang terkait dengan Proyek Manhattan, upaya untuk mengembangkan senjata nuklir pertama selama Perang Dunia II. Sejak itu, ia semakin memperluas kolaborasinya dengan para ilmuwan mulai dari ahli botani hingga fisikawan, terutama di Pusat Sains Neutron yang mencakup akselerator sepanjang setengah mil yang menghasilkan neutron - partikel bermuatan yang ditemukan di dalam atom yang menawarkan keunggulan pencitraan dibandingkan elektron yang digunakan dalam X -Rays.
Sedangkan sinar-X dapat diserap oleh dan pandai pencitraan bahan padat, neutron mendeteksi komposisi dalam atom, terlepas dari kerapatan. Itu berarti neutron dapat menembus bahan dan menangkap citra yang tidak bisa dilakukan sinar-X. Contoh klasik yang menunjukkan fenomena ini adalah gambar mawar di dalam labu timah. “Neutron lebih sensitif terhadap bunga, sehingga Anda bisa membayangkan bunga di dalam timah, ” kata Nelson.
Pencitraan neutron memiliki berbagai aplikasi dalam mendeteksi bahan peledak dan bahan nuklir. Tetapi juga menawarkan solusi baru untuk pencitraan fosil yang terjebak di dalam dan dikaburkan oleh mineral padat di bebatuan. Memecah fosil dari batu akan menghancurkan sampel, sehingga pemindaian neutron memberi para ilmuwan alternatif non-destruktif — meskipun sampel menjadi radioaktif selama beberapa waktu setelah pemindaian, Williamson mencatat. Sampelnya biasanya aman untuk ditangani setelah beberapa hari, tetapi bahan lain akan tetap radioaktif lebih lama tergantung pada komposisinya.
Nelson mengatakan kemitraan dengan ahli paleontologi saling menguntungkan, karena menantang lab untuk mengatasi masalah baru. “Dengan meningkatkan teknik kami pada sampel mereka, kami meningkatkan kemampuan yang kami miliki untuk masalah lain yang kami coba selesaikan, ” katanya.
Pemindaian neutron (kiri) dan pemindaian sinar-X (kanan) dapat menawarkan citra gratis untuk mempelajari berbagai komponen fosil. (Laboratorium Nasional Los Alamos) Selain dari pemindaian fosil, tim akan melihat ke dalam kimia dari gigi spesies yang berbeda untuk mempelajari lebih lanjut tentang iklim di mana hewan-hewan itu hidup. Tim juga akan melihat data tentang hubungan molekuler antara mamalia modern dan bagaimana mereka berhubungan dengan beberapa dari yang punah ini. jenis. Ini membantu memberikan kalibrasi waktu dan perancah untuk pohon, tetapi data molekuler masih memiliki banyak celah yang perlu diisi. Itulah mengapa sangat penting untuk melakukan analisis fosil yang mendalam ini, kata Anjali Goswami, ahli paleontologi di Natural. Museum Sejarah di London yang juga mempelajari evolusi mamalia awal tetapi tidak terlibat pekerjaan ini.
“Salah satu hal paling penting untuk dilakukan adalah keluar dan mencari fosil dan mencari situs baru yang tidak dipahami dengan baik, ” katanya, mencatat bahwa daerah-daerah yang kurang berpengalaman di India dan Argentina tempat dia bekerja juga dapat membantu mengisi kesenjangan di teka-teki evolusi mamalia awal.
Pohon keluarga yang dihasilkan akan memberikan batu loncatan untuk mengeksplorasi lebih detail tentang makhluk purba ini, termasuk berbagai jenis lanskap dan lingkungan yang mereka lalui, kata Spaulding.
"Begitu kita mengetahui bagaimana segala sesuatu terkait, kita dapat mulai mengajukan pertanyaan yang lebih menarik tentang evolusi mamalia, " katanya.
