Solen steker ökenlandskapet La Buitrera i norra Patagonien i Argentina medan tre paleontologer letar efter fossil. Alla tre kryper runt och söker igenom grus och sten efter tecken på skelettdelar.
Plötsligt hittar en av dem en sten som visar sig vara ett fossiliserat ormkranium. Det är bara några centimeter långt och nästan perfekt bevarat i 3D-struktur, vilket är intressant av två anledningar.
Forskarna har länge saknat de nödvändiga pusselbitarna för att kunna kartlägga ormens vindlande utvecklingshistoria, dels för att det bara finns några få och fragmenterade spår av ormkranier, och dels för att många fossiler oftast är lite skadade eller hittas i 2D efter många års press på botten av ett fossillager. Fyndet i La Buitrera blev dock en vändning.
Nu har de det bäst bevarade fossilkraniet från någon urtidsorm och ytterligare sju fossiler som hittats i samma område.
I laboratorietester visar sig fossilet komma från ormen Najash rionegrina. Fyndet visar att ormar miste sina framben betydligt tidigare än forskarna hittills har trott, men också att de bibehöll sina bakben i miljontals år. På det viset förbinder Najash ormarnas historia som ödlor med nutiden.
Fossilkraniet är en vidareutveckling av ödlors kranier, men i ett mellanstadium och fortfarande utan alla de flexibla käkleder som dagens ormar har. Najash hade också bakben när den levde för 93 till 100 miljoner år sedan – ett arv från dess förfäder, ödlorna.
Magert fossilarkiv skapar tvivel
Ormar tillhör en grupp reptiler, så kallade squamater, som också omfattar ödlor. Trots att det är svårt att se är ormar och ödlor nära besläktade Båda härstammar från en grupp urtidsödlor.
Så långt är forskarna eniga, men bortsett från det omges ormarnas ursprung och evolutionshistoria av mystik.
Två konkurrerande teorier handlar om att de första ormarna antingen uppstod i havet eller utvecklades från landlevande ödlor som specialiserade sig som grävare. Osäkerheten beror bland annat på att de alla flesta ormar har varit smådjur med bräckliga skelett som snabbt vittrar sönder, vilket betyder att fossilarkiven är bristfälliga och i huvudsak består av små bitar av ryggradskotor.
Dessutom kan många förhistoriska ormar ha försvunnit för evigt utan att lämna några spår efter sig eftersom de flesta ormfossiler också vittrar bort efter hand.
Utforskningen av ormarnas evolution tog en viktig vändning 1997, då forskare på University of Alberta i Kanada och The University of Sydney i Australien publicerade sina fynd av en urgammal ormfossil från Mellanöstern. Ormen fick namnet Pachyrhachis.
För första gången hade forskarna hittat ett ormfossil med tecken på relativt välutvecklade bakben. Strax därefter hittades också två andra ormar med bakben, Hassiophis och Eupodophis, i Mellanöstern.
Alla tre ormarna hittades i ett geologiskt lager som för 100 miljoner år sedan var under vatten. Det ledde till en teori om att de första ormarna utvecklades från en grupp vattenlevande reptiler, sannolikt från gruppen av så kallade mosasaurier.
Najash förde upp ormarna på land
Teorin fick sig dock en knäck när forskare för första gången hittade rester av Najash som fanns vid ungefär samma tid som ormarna i Mellanöstern. Den hade också bakben och eftersom den hittades i ett område som inte var under vatten på den tiden var forskarnas teori att den levde på land.
Teorin fick stöd av ett 110 till 115 miljoner år gammalt fossil av en orm med fyra ben, som hittades i Brasilien. Ormen, som har fått namnet Tetrapodophis amplectus, var relativt liten, bara 20 centimeter lång, och dess huvud var stort som en tumfingernagel. De två frambenen var ungefär en centimeter långa, med små armbågar, handleder och händer som inte var längre än fem millimeter.
Bakbenen var längre än frambenen och hade fötter som var större än händerna på frambenen. Genom årmiljonerna har ormarna genomgått en rad enastående anpassningar som gör att de i dag skiljer sig betydligt från sina ödleliknande förfäder. Lemmarna har försvunnit, kroppen har blivit avlång och strömlinjeformad och gapet kan öppnas 180 grader tack vare förändringar i kraniet och käkar som hålls samman av elastiska ledband. Skillnaderna har gjort det svårt för forskare att bygga upp ett stamträd och bestämma ormarnas plats i förhållande till andra squamater.
Bakbenen hängde med i miljontals år
Ormarnas förvandling till dagens djur utan lemmar sträckte sig under en period på minst 70 miljoner år. Paleontologer har hittat fossil från fyra olika familjer av ormar som alla hade små stumpar till bakben. Enligt analyser behöll ormar med bakben sin kroppsform i flera miljoner år.
Det stämmer överens med att fossil från Najash och andra ormar med bakben helt saknar alla spår av framben. Därmed tyder mycket på att förlusten av framben kan ha varit på gång länge eftersom Najash levde för 90 till 100 miljoner år sedan.
Förlusten av framben har förmodligen varit den första stora händelsen i ormarnas evolution.
Att flera urgamla anfäder under en lång period hade sina bakben kvar antyder att det inte bara var en tillfällig övergångsfas på vägen mot ormar utan ben.
Forskare menar att den avlånga kroppen med ett par små bakben måste ha haft en evolutionär fördel eftersom den överlevde i flera miljoner år. Ormarna använde förmodligen inte sina små bakben för att röra sig framåt, men de kan ha spelat en viktig roll vid parning.
Här kan bakbenen ha hjälpt ormarna att hålla sina könsöppningar tätt intill varandra tills överföringen av sädesceller var slutförd.
Ormens kranium är överlägset
Trots att ormar bäst kan kännas igen på deras avlånga kroppar utan ben är det inte den benlösa kroppen som gör ormarna enastående i djurriket. Ormarna är inte de enda reptilerna utan ben. Däremot har ormarna en stor fördel i form av ett flexibelt kranium. Här saknas en rad skelettdelar, bland annat käkben, vilket betyder att ormarnas mun kan gapa över stora bytesdjur.
Forskarna har länge förundrats över hur ormarna fick ett så radikalt annorlunda kranium än ödlor, men med fyndet av det nästan helt intakta kraniet från Najash har gåtan fått sin lösning.
Najash undersöktes av forskarna i laboratoriet med en rad CT-skanningar och mikroskopundersökningar för att få inblick i benstrukturen i kraniet. Därefter jämfördes strukturen i kraniet med kranier hos dagens ormar och ödlor.
Och precis som forskarna hade förväntat sig avslöjade kraniet en perfekt övergångsfas från ödlornas stelare kranier till de mer flexibla kranier som dagens ormar har. Najash har bara några av de flexibla leder som moderna ormars kranier har medan mellanörat är ett mellanting mellan ödlornas och ormarnas.
De omfattande undersökningarna av kraniet har bidragit till att förändra biologernas bild av ormarnas ursprung. Utifrån benstrukturen i kraniet och jämför med både utdöda och nu levande arter av ödlor och ormar testade forskarna en rad möjligheter för att komma fram till det mest sannolika stamträdet, vilket gör att biologerna nu ser ormarnas ursprung i ny dager.
Exempelvis har den mest primitiva formen av dagens ormar, så kallade blindormar, fått en lite senare position på stamträdet. De ormliknande blindormarna är som namnet indikerar blinda och dessutom duktiga grävare. Tidigare molekylära undersökningar har placerat dem som den tidigaste förgreningen, men baserat på undersökningarna av de nya fynden tillhör Najash en ännu tidigare förgrening.
Det hittills äldsta tecknet på ormar beskrevs så sent som 2015 i tidskriften Nature. Fossilet kommer från ormen Eophis underwoodi, och hittades i närheten av Oxford i England. Det cirka 25 centimeter långa fossilet kan dateras till juratiden, cirka 170 miljoner år sedan och är den tidigaste ormarten som har hittats. Analyser av Eophis underwoodi visar att ormar till och med kan ha funnits i minst 190 miljoner år.
Benen kan göra comeback
I dag har benen försvunnit helt, men möjligheten till ben finns alltjämt kvar djupt inne i dagens ormars dna. Exempelvis utvecklar pytonormars foster bakben i ägget. I uppemot ett dygn efter att ägget är lagt växer bakbenen varefter processen stoppas och de små knopparna krymper igen.
Även hos vuxna pytonormar och boaormar som kungsboan sitter det ett par pyttesmå knoppar nära svansens ände – djupt begravda i muskler. Forskare har undersökt pytonormars dna och upptäckt att de har bevarat hela det molekylära maskineri som krävs för att bilda bakben. Det enda som förhindrar att pytonormar återbildar sina ben är en form av genetisk brytare som stänger av maskineriet.
Om brytaren slås om kan pytonormar och andra ormarter potentiellt få tillbaka sina ben och på det viset i framtiden bli en återgång till urtiden.
