Являются ли птицы потомками динозавров. К другим известным вымершим видам птиц относятся
МОСКВА, 8 апр — РИА Новости, Татьяна Пичугина. Благодаря современным методам исследования и новым открытиям палеонтология многое прояснила в эволюции летающих живых существ. Птерозавры, ихтиорнисы, энанциорнисы, микрорапторы сотни миллионов лет царили в воздушном пространстве, но в итоге уступили место птицам. РИА Новости рассказывает о древней истории крылатых созданий и о том, кто мог быть предком птиц.
А был ли предок?
Палеонтологи шутят: посмотрите на птицу — это же летающий динозавр. Действительно, между современными пернатыми и вымершими мезозойскими ящерами много общего: опора на задние лапы, сходство чешуи и перьев, освоение воздушной среды. Это дало основания ученым еще в конце XIX века предположить, что динозавры и есть предки птиц. Тем более что в те времена уже нашли переходную форму между двумя группами существ — археоптерикса.
Он обитал на территории современной Германии 150 миллионов лет назад. Длинные передние лапы, хвост, вытянутая морда, похожая на клюв, а главное — оперение, однозначно указывали на родство археоптерикса с птицами. Проблема в том, что первые веерохвостые, к которым принадлежат настоящие птицы, появились спустя почти 90 миллионов лет. Каким образом они "получились" из археоптерикса, оставалось загадкой.
К тому же, в отличие от птиц, древние пернатые не обладали машущим полетом — анатомия не позволяла. Максимум, на что они были способны, — планировать от ветки к ветке, о чем говорит устройство мозга, известное ученым по томографии костей черепа.
Чтобы летать как птицы, нужны облегченный скелет, крепкие кости, сильное крепление мышц, поднимающих крыло, специфические оперение и строение задних лап, веерообразный хвост. Археоптерикс всего этого был лишен, поскольку, в сущности, представлял собой разновидность динозавра.
Пернатые ящеры
Целое столетие палеонтологи полагали археоптерикса предком птиц, пока не обнаружили других кандидатов. В 1981 году в Аргентине нашли скелеты очень странных существ — пернатых, с крыльями, клювом, опорой на задние лапы. Их назвали энанциорнисами, от греческого "противоптицы". Внешне и образом жизни они напоминали крупных хищных птиц, летали с помощью маха крыла, но обладали многими сходными с динозаврами чертами. Поэтому, вероятно, и вымерли вместе с ящерами примерно 65 миллионов лет назад.
Настоящую революцию в палеонтологии произвели находки на территории китайской провинции Ляонин. Там в 1990-е наткнулись на целое кладбище летающих пернатых динозавров, погребенных слоем вулканического пепла вместе с лесом, где они обитали. Разнообразие было столь велико, что исследователи даже заговорили о динозаврах как птицах, утративших полет.
Среди ископаемых древнего леса обнаружили и примитивных веерохвостых. Это заставило взглянуть на эволюцию птиц по-новому. Например, Евгений Курочкин, один из крупнейших российских специалистов, полагал , что птицы и динозавры — разные эволюционные ветви, отделившиеся от общего пресмыкающегося предка примерно 220 миллионов лет назад.
Почему динозавры не птицы
Динозавры активно осваивали воздушную среду, о чем говорит разнообразие ископаемых форм из провинции Ляонин. Например, конфуциусорнис был беззубым, умел сидеть на ветке, а внешне напоминал фазана. Микрораптор гуи махал всеми четырьмя пернатыми лапами в полете, но, не имея бинокулярного зрения, вряд ли мог точно приземляться. На голове крошечного крылатого анхиорниса красовался хохолок.
Зачатки перьев и пуха обнаружили у синозавроптерикса — двухметрового сухопутного гиганта. Зачем ему понадобился столь необычный кожный покров? Предполагают, что на Земле в начале мезозоя произошло похолодание и эволюция отбирала особей, способных лучше обогреться. Согласно другой гипотезе, перья позволяли холоднокровным рептилиям вести ночной образ жизни.
Ключевым же отличием птиц от динозавров ученые считают миниатюризацию, которая привела к драматическим изменениям внутреннего строения. Передние лапы сильно удлинились, превратившись в крылья. Нижние позвонки срослись в пигостиль, чтобы удерживать хвост, служащий во время полета рулем. Увеличились глаза и мозг — по отношению к размерам тела. Ускорился обмен веществ, чтобы обеспечить энергией для полета. Значит, увеличились почки, выводящие продукты метаболизма.
Гипотеза о том, что птицы произошли от пресмыкающихся, была выдвинута ещё во второй половине XIX века. Однако вопрос происхождения птиц до сих пор вызывает жаркие споры среди палеонтологов.
Предки
Проблема заключается в отсутствии предков птиц или «первой птицы». Найденные отпечатки трактуют по-разному и ни одну находку однозначно не считают предком современных птиц. Рассказывая кратко о происхождении птиц, следует описать самые значимые находки, которые дают представление о происхождении птицы от рептилий.
- Археоптерикс . Самая первая находка, обнаруженная в Баварии в 1861 году. По обнаруженным отпечаткам было описано небольшое существо величиной с ворону, жившее около 150 млн. лет назад. На принадлежность к птицам указывает наличие перьев. Анатомически больше похож на рептилию. Полноценно летать не умел. Возможно, только планировал с ветки на ветку. Однако археоптерикс отнесён к классу Птицы, подклассу Ящерохвостые.
Рис. 1. Археоптерикс - самая древняя птица.
- Энанциорнис . Останки древних птиц были обнаружены в Аргентине в 1981 году. Жили 70-65 млн. лет назад и обладали признаками птиц: имели хорошо развитые крылья, умели летать. Наличие зубов и строение скелета роднят находку с археоптериксом.
- Конфуциусорнисы . Самая древняя птица, независимо утратившая зубы, была найдена в Китае. Обитала около 120 млн. лет назад. Клюв был покрыт роговым чехлом. По отдельным признакам скелет схож с современными птицами.
- . Обитали в период между 168 и 66 млн. лет назад. Это обширное семейство, относящееся к подотряду Тероподы, отряду Ящеротазовые, содержит несколько видов динозавров с перьями (дейноних, ютараптор, синорнитозавр). Наиболее значимым является микрораптор или «четырёхкрылый динозавр», имевший крылоподобные поверхности на передних и задних конечностях.
Рис. 2. Дромеозавриды.
- . Найден и описан в Китае в 2009 году. Относится к семейству Троодонтиды, отряд Ящеротазовые. Обитал 167-155 млн. лет назад. В длину достигал 30-40 см и весил 100 г. Имел оперение, длинных хвост, клюв.
Рис. 3. Анхиорнис.
Существуют и другие формы, указывающие на наличие перьев у динозавров. Например, каудиптерикс, живший 120-125 млн. лет назад, имел на хвосте веерные перья, служившие, вероятнее всего, для привлечения полового партнёра.
Эволюция - не линейный процесс. Найденные формы указывают на попытки разных видов освоить воздушное пространство. От какой именно линии произошли птицы, ещё предстоит узнать.
Гипотезы
Анализ находок позволил сформировать гипотезу происхождения и эволюции птиц от предка-динозавра. Первые птицы появились в Юрский период (между 201 и 145 млн. лет назад). Долгое время считалось, что троодонтиды и дромеозавриды - «пернатые динозавры» - являются ближайшими предками современных птиц.
Способность к полёту рептилии приобрели после освоения деревьев. Сохраняя когти на передних конечностях и мощные задние конечности, динозавры могли забираться на деревья. В процессе эволюции они приобрели способность планировать с помощью видоизменённых чешуек, которые впоследствии стали перьями. По другой гипотезе рептилии научились летать «от земли», подпрыгивая за насекомыми.
ТОП-4 статьи которые читают вместе с этой
У слаженной «динозавровой» гипотезы появились противники, когда в 1991 году в Техасе Шанкар Чаттерджи нашёл двух ископаемых птиц - протоависов, живших 220-200 млн. лет назад, т.е. на 50-70 лет раньше археоптерикса. В отличие от «баварской птицы» протоавис имеет больше общих черт с современными птицами. Это значит, что тероподы, жившие позже протоависа, являются в лучшем случае «братьями», а не прямыми предками птиц. Данную гипотезу активно поддерживал палеонтолог Евгений Курочкин.
Находка Чаттерджи встретила резкую критику. Многие палеонтологи считают, что Чаттерджи нашёл химеру - кости, принадлежащие разным животным. На таких данных основывать гипотезу ненаучно.
Лесные обитатели китайской провинции Ляонин 130 миллионов лет назад. На переднем плане парит маленький четырехкрылый динозавр — микрораптор гуи. Летающие справа катайорнисы тоже птицами не считаются. А вот слева на ветке сидит конфуциусорнис, представляющий одну из близких к птицам эволюционных линий. Очевидно, что освоить воздушную среду в меловом периоде пытались различные группы пернатых животных
До недавних пор ранняя эволюция птиц являла собой едва ли не самую темную страницу летописи ископаемых существ. И хотя последние палеонтологические открытия многое прояснили, прочесть ее полностью не удается. Известно лишь то, что птицы произошли от рептилий. Но от каких именно? Прямые предки современных птиц так и не найдены, а оперение и способность к полету неоднократно возникали у разных животных мезозойской эры. Гипотетических предков — хоть отбавляй: среди них числятся псевдозухии, орнитозухии, птерозавры, динозавры и даже крокодилы. А вот археоптерикса, знакомого каждому по картинке в школьном учебнике, из этого списка приходится вычеркнуть.
Птицы наряду с насекомыми — главные обитатели воздушных пространств Земли. Подняться в небо и управлять своими движениями в полете им позволяют несколько приспособлений. Во-первых, особый скелет. Сложно устроенное крыло способно удерживать всю тяжесть тела в воздухе. Его маховые движения зависят от строения плечевого пояса, образованного лопаткой, коракоидом, грудиной и сросшимися в вилочку ключицами. Там, к примеру, есть трехкостное отверстие, через которое проходит сухожилие мышцы, поднимающей крыло вверх после его опускания. Чтобы удержать перья хвоста, служащие в полете рулем, конец позвоночника образовал короткую и широкую кость — пигостиль. Во-вторых, помогает летать птицам и оперение. Управляемость в полете обеспечивают вполне определенные перья: маховые и рулевые. Но есть также перья, назначение которых в другом: они создают обтекаемую форму тела пернатых как при полете, так и при нырянии, служат теплозащитным покровом и, будучи ярко окрашены, помогают в общении между сородичами.
Помимо птиц среди позвоночных в настоящее время умеют летать только летучие мыши и крыланы. Однако у них принципиально другое строение крыла и нет перьев, отчего их полет непохож на птичий. В прошлом же разнообразие летающих и оперенных существ было чрезвычайно велико. Помимо давно известных птерозавров и археоптериксов палеонтологи обнаружили большое количество необычных видов, о существовании которых даже не подозревали. Похоже, животный мир не испытывал недостатка в желающих покорять небо.
Существуют две основные гипотезы обретения животными машущего полета: от более быстрого бега по земле или от прыжков и планирования с каких-то возвышенных мест — деревьев, поднятий в горах. Последняя гипотеза получила косвенные подтверждения после находок в Китае, в провинции Ляонин, разнообразных оперенных динозавров. Сейчас большинство ученых считают, что летающие виды вышли из среды обитавших в лесу, вероятно, каких-то совсем мелких, не больше голубя, видов рептилий и птиц. Их потомки быстро прошли примитивную стадию — планирование с возвышенных мест — и научились летать по-настоящему. Сколько на все это ушло времени, сколько видов сменилось до обретения птицами полета? Никто не скажет, так как найденные палеонтологами летающие существа могли быть не первыми, и самое начало эволюции пернатых по-прежнему от нас скрыто.
Долгое время считали, что оперение птиц — это видоизмененная миллионами лет эволюции чешуя рептилий. Однако результаты новейших исследований заставляют в этом сомневаться. И оперение, и чешуя, как, впрочем, все покровные образования у позвоночных животных, зарождаются из клеток наружного слоя кожи — эпидермиса. Чешуя рептилий состоит из так называемого альфа-кератина — белка с короткими пептидными цепями. Она образуется из выступающих участков одного наружного слоя эпидермиса. При развитии пера у птиц сначала также появляется бугорок эпидермиса, но формируется он не одним, а двумя его наружными слоями. Затем этот бугорок погружается внутрь кожи, образуя подобие мешочка — фолликул, из которого и вырастает перо. Причем материал для пера немного другой — бета-кератин, составленный длинными пептидными цепями, а значит, более эластичный и крепкий, способный поддерживать перьевые пластинки. Альфа-кератин у птиц также присутствует, он идет на образование покрова клюва, когтей и чешуи на цевках. Кроме того, перо птиц имеет трубчатое строение, а чешуя рептилий сплошная. По всей видимости, перо — это эволюционная новация, со временем доказавшая свою полезность.
Оперение, которое легко приобретает различную форму и окраску, открыло перед пернатыми почти неограниченные возможности к различным видам полета, развитию сигнальных и опознавательных структур, освоению многих экологических ниш. Именно оперение помогло птицам достичь того огромного разнообразия, которое мы сейчас наблюдаем. Почти десять тысяч видов — это больше, чем все остальные наземные позвоночные.
Если большинство оперенных динозавров не умели летать, зачем им понадобились пух или перья? Ясно, что не для полета. Во всяком случае, не сразу для полета. Возможно, разнообразные пуховые образования возникли у хищных ящеров как термоизоляционный покров, на что указывают данные палеоклимата. В середине и конце триасового периода (230-210 миллионов лет назад), когда появились первые динозавры, на Земле случилось похолодание. По окраинам огромного материка Пангеи, единственного в то время, появились широтные климатические зоны с прохладным влажным климатом. Обитавшие там животные приспосабливались к холоду, в том числе с помощью оперения. Напротив, центр Пангеи занимали сухие и пустынные области с высоким уровнем солнечной радиации, так как облачность в тех краях бывала редко. Для защиты от излучения рептилиям опять же годились пух и перья. Со временем перышки на концах передних конечностей, на хвосте и на голове могли превратиться в удлиненные перья, служившие украшениями или опознавательными признаками. Они-то и стали основой для появления летательных перьев у некоторых динозавров. Сходным образом оперение могли приобрести и другие рептилии, среди которых оказались далекие предки птиц.
В птицах не значится
На протяжении без малого 150 лет, с момента первой находки, археоптерикс считался прародителем современных пернатых. Фактически, кроме знаний об этом существе, никаких других данных о происхождении птиц у ученых долгое время не было. Казалось бы, такие признаки, как оперение и крылья, неоспоримо говорили о том, что археоптерикс — древнейшая птица. С другой стороны, по строению черепа, позвоночника и других частей скелета он был схож с хищными динозаврами. Эти наблюдения породили гипотезу о возникновении птиц от древних ящеров, ставшую сейчас особенно популярной.
Как часто случается в науке, одновременно нашла поддержку и альтернативная гипотеза. Давно высказываемые сомнения насчет прямого родства археоптериксов и птиц (слишком разнятся они анатомически) превратились в убежденность, поскольку с начала 1980-х годов палеонтологи нашли и оперенных динозавров, и древнейших птиц, и их близких родственников. Нашли и новые скелеты археоптериксов. Сегодня их известно десять, все — верхнеюрского возраста (145 миллионов лет назад) с реки Альтмюль в Баварии. Последний экземпляр, который сохранился лучше остальных, описанный в конце 2005 года, окончательно убеждает, что археоптерикс происходит от хищных динозавров, но к современным птицам отношения не имеет. Он — нечто другое: не динозавр, но и не птица. Пришлось поискать другого кандидата на роль предка пернатых.
Пуховик для динозавра
О существовании оперенных динозавров догадывались давно, но подтверждений тому не было. Они появились в 1990-х годах на территории Китая, в провинции Ляонин. Там палеонтологи обнаружили целое кладбище лесной флоры и фауны возрастом 130-120 миллионов лет. Что делает событие уникальным, так это вскрытая раскопками природная зона. Обычно для изучения доступны морские или околоводные сообщества животных и растений из-за лучших условий захоронения. Лесные, степные или горные обитатели прошлого чаще всего не сохраняются в ископаемом состоянии, потому что быстро перерабатываются бактериями в прах. А тут — мгновенный снимок из жизни леса середины мелового периода, зафиксированный вулканическим пеплом.
Первый же обнаруженный скелет ящера с похожими на пух короткими бороздками по контуру всего тела — синозавроптерикс (Sinosauropteryx prima) вызвал многочисленные споры: не все были согласны, что маленькие бороздки на окаменелой глине остались от пуха. Затем откопали другое существо, у которого уже, без сомнения, на хвосте и передних лапах сохранились отпечатки перьев. За сходство с археоптериксом ему присвоили имя протархеоптерикс (Protarchaeopteryx robusta). На конечностях другого динозавра — каудиптерикса (Caudipteryx zoui) — перья росли еще гуще, а туловище покрывал пух.Теперь описано больше десятка ящеров, оперенных удивительно разнообразно: от короткого пуха до настоящих асимметричных перьев на конечностях, свидетельствующих о способности к полету. Кроме того, в скелете этих хищных динозавров обнаружились некоторые характерные только для птиц признаки: вилочка, крючковидные отростки на ребрах, пигостиль. Но все же это были не птицы, а небольшие хищники, которые передвигались в основном бегом. С длинными хвостами, зубастые, покрытые чешуйчатой кожей, с укороченными передними лапами и длинными когтистыми пальцами. Судя по строению скелета, в массе своей по-настоящему летать, то есть махать крыльями, они не могли. Известен лишь один вид, поднявшийся на ступеньку выше. Это микрораптор гуи (Microraptor gui) — интереснейший экземпляр маленького дромеозавра, найденный там же, в Ляонине. Весь в мелком оперении, с хохолком на голове. Его передние лапы покрывали асимметричные (с узкими наружными и широкими внутренними опахалами) маховые перья в точности, как у птиц. Задние лапы тоже были в летательных перьях, более длинных на плюсне и укороченных на голени. Получается не что иное, как четырехкрылый пернатый динозавр, который мог перелетать с дерева на дерево. Летун из него, впрочем, получался неважный. В отсутствие бинокулярного зрения (когда поле зрения обоих глаз перекрывается) микрораптор не мог точно нацеливаться на место посадки и опускался на деревья, видимо, довольно неловко.
Казалось бы, можно предположить, что птицы произошли от паривших среди деревьев хищных динозавров. Однако сделать это не позволяют слишком существенные анатомические различия между ними. Так что не стоит спешить и записывать оперенных динозавров в предки птиц.
Состоявшиеся конкурентыБок о бок с оперенными динозаврами обитали энанциорнисы, что по-гречески означает «противоптицы» — существа особенно важные для понимания эволюции пернатых. Судя по находкам, это была самая многочисленная и разнообразная группа летунов, обитавших в меловом периоде.
Внешне энанциорнисы сильно напоминали современных птиц. Среди них встречались мелкие и крупные виды, беззубые и зубастые, бегающие, водоплавающие, древесные, и, главное, — они все прекрасно летали. В скелете оказалось тоже много знакомого: те же кости крыла, туловища и задних конечностей. Только кое-что иначе сочленяется в лопатке, кое-что — в пятке, голени и позвоночнике. Мелкие на первый взгляд различия. А в итоге — другая система поднимания крыла и работа ног. Большинство настоящих птиц могут вертеть лапами в разных направлениях: завернуть внутрь, вывернуть наружу. Хищникам, орлам и соколам, это помогает ловко схватывать и удерживать жертву. Ноги же энанциорнисов (многие из которых, кстати, тоже были хищниками) устроены иначе, из-за чего они ходили по земле, скорее, неуклюже переваливаясь с боку на бок, как гуси. Все это сильно отдаляет энанциорнисов от настоящих птиц. Получается, что их внешняя схожесть — формальна. Как хвост водных ящеров ихтиозавров похож на хвост рыб, так лапы и крылья энанциорнисов похожи на лапы и крылья настоящих птиц.
Многие анатомические особенности роднят энанциорнисов с хищными динозаврами. Это подтверждают и находки в Монголии эмбрионов внутри ископаемых яиц. Оказалось, что кости скелета окончательно формировались у этих примитивных пернатых очень рано. Суставы у невылупившихся птенцов уже были костные, как у динозавров, а не хрящевые. У птенцов же современных птиц суставы долго остаются хрящевыми и только через несколько месяцев замещаются растущей костью. К тому же на поперечных срезах костей энанциорнисов видны линии задержек роста, подобные годичным кольцам на стволах деревьев. Это говорит о том, что кости у них не вырастали за один сезон до окончательных размеров, а формировались циклами на протяжении нескольких лет, замедляясь в холодные сезоны года. Значит, противоптицы не могли поддерживать температуру тела на постоянном уровне — так же как и рептилии. По всей видимости, именно хищные динозавры были предками энанциорнисов. Примерно 67 миллионов лет назад и те и другие вымерли, не оставив после себя потомков.Предок, которого может и не быть
Долгое время считалось, что настоящие птицы, или, как их еще называют, веерохвостые, появились в начале кайнозойской эры, то есть не ранее 65 миллионов лет назад. И вдруг посыпались находки возрастом 100, 130 миллионов лет с территории США, Монголии и Китая. Определениям возраста сначала даже не поверили, но последующие работы подтвердили — да, во времена динозавров и энанциорнисов веерохвостые пернатые уже водились. Выглядели они совсем как современные и достигли даже некоторого разнообразия. Откуда же они взялись, если рассмотренные выше оперенные и летающие существа не годятся им в прародители? Сейчас существует лишь одно предположение.
В 1991 году американский палеонтолог Шанкар Чаттерджи описал найденное им в штате Техас необычное существо, во многом схожее с птицами. Его возраст — 225 миллионов лет, что на 80 миллионов древнее возраста археоптерикса. Существо назвали протоависом техасским (Protoavis texensis) — «протоптицей», и не без оснований. Его объемистый череп вмещал довольно большой мозг с полушариями и мозжечком, какого в позднетриасовое время, когда он жил, не было у других позвоночных. Судя по строению черепа, протоавис обладал бинокулярным зрением и широко расставленными крупными глазами, что говорит о его способности ловко охотиться и хорошо ориентироваться в окружающем мире, как это свойственно птицам. В скелете протоависа вообще много сходных с веерохвостыми птицами черт, но пропорции тела, короткие и мощные конечности, положение центра тяжести указывают на то, что он не мог летать. И оперения у него, видимо, не было. Несмотря на это, протоавис больше похож на настоящую птицу, нежели археоптерикс, и на сей момент именно протоависа можно считать наиболее близким предком современных птиц. Если это так, то их эволюцию следует вести не от динозавров, а от более древних рептилий, объединяемых в группу архозавров.
Находка протоависа позволила найти ответ еще на один вопрос: чем же все-таки отличаются птицы от динозавров? Поскольку птицы затрачивают на полет огромное количество энергии, уровень обмена веществ у них значительно выше, чем у рептилий. У птиц расход кислорода при обмене веществ в расчете на один килограмм веса в 3-4 раза превышает этот же показатель у рептилий. Раз скорость обмена высока, следовательно, и шлаки из организма должны выводиться быстро. Для этого нужны большие мощные почки. У современных птиц в тазовых костях есть три глубокие впадины, в которых и размещаются эти крупные почки. Такие же впадины для почек имеются и в тазовых костях протоависа. Очевидно, его организм отличался высоким уровнем обмена веществ, несвойственным рептилиям.
Все бы хорошо, но реконструкция протоависа многим палеонтологам не внушает доверия. Его остатки залегали вперемежку с костями других пресмыкающихся, в таких условиях немудрено перепутать и посчитать за единое существо части двух или даже нескольких разных животных. В общем, для окончательных выводов следует подождать других находок, а современные птицы пока останутся без прямых предков.
Впрочем, как и древние птицы без прямых потомков. Потому что проследить эволюцию птиц последовательно от начала до конца не удается. Пробелов еще предостаточно. В частности, не найдены промежуточные звенья между древними веерохвостыми, у которых еще сохранялись черты рептилий — растущие из альвеол зубы, брюшные ребра и длинный ряд позвонков в хвосте, — и современными группами птиц. Внезапно, как будто ниоткуда, в конце мезозойской эры появились древние гуси, гагары, альбатросы, бакланы и другие водные птицы.
На правах гипотезы
Итак, мы увидели ряд удивительных оперенных существ, обитавших на Земле по крайней мере в конце мезозоя, на отрезке 145-65 миллионов лет назад. В то время мир был полон животными, стремящимися освоить воздушное пространство. Помимо вездесущих энанциорнисовых в морях Северной Америки водились зубастые, похожие на олуш, ихтиорнисы. Гесперорнисы обитали в позднемеловое время в морях древней Евразии. В Европе ходили гаргантюависы — непонятного родства птицы размером с индюка. В лесах Монголии и Китая обитали древесные амбиортусы, ляонингорнисы и оперенные динозавры. И еще много попадается одиночных форм, чье положение на эволюционном древе пернатых установить сложно. Четко прослеживаются лишь две ветви: от протоависов к веерохвостым птицам и от оперенных динозавров к археоптериксам и далее энанциорнисам.
Известен ряд ископаемых форм, которые не продвинулись дальше планирования. В то время как настоящий машущий полет удался только птерозаврам (мы здесь их не обсуждаем, так как они совсем не имеют отношения к птицам), микрорапторам гуи, энанциорнисам и настоящим веерохвостым птицам. Все они были успешны в освоении воздушной среды. Птерозавры царили в воздухе на протяжении 160 миллионов лет, энанциорнисы — по меньшей мере 80 миллионов лет. И тех и других превзошли, вероятно, в конкурентной борьбе веерохвостые птицы, широко расселившиеся по планете в последние 65 миллионов лет.
За прошедшие пару десятков лет палеонтологи показали, что параллельная эволюция — широко распространенный путь среди живых существ. Было несколько попыток среди беспозвоночных стать членистоногими, среди древних рыб выйти на сушу и стать амфибиями, среди рептилий — стать млекопитающими, среди растений — приобрести цветковость и стать покрытосеменными. Но обычно лишь одна—две из них оказывались успешными в дальнейшем.
Одна из самых популярных палеонтологических гипотез последнего времени, похоже, потерпела полное фиаско. Согласно новым данным американских ученых, птицы не являются потомками динозавров и происходят от особой группы архозавров, обособившейся от гигантских ящеров в далеком прошлом.
Scansoriopteryx. Реконструкция: Matt Martyniuk
Сенсационное открытие, способное буквально перевернуть с ног на голову всю современную палеонтологию, сделали Стивен Черкас из Музея динозавров в городе Блэндинг и Алан Федуччия из университета Северной Каролины. С помощью своей новой методики они изучили остатки крохотного пернатого ящера Scansoriopteryx и пришли к выводу о том, что нет никаких оснований считать его динозавром.
Scansoriopteryx, название которого переводится на русский язык примерно как "крылолаз" или "лазокрыл", был мелким, примерно с воробья, архозавром. Остатки единственной, неполовозрелой особи скансориоптерикса нашли в начале 21 века в юрских отложениях китайской провинции Ляонин. Судя по дошедшим до наших дней ископаемым, Scansoriopteryx был устроен примитивнее знаменитого археоптерикса и хорошо умел лазать по деревьям, планируя с них с помощью небольших крыльев.
До последнего времени скансориоптерикса относили к целурозаврам – группе теропод, от которых, по мнению большинства ученых, и произошли современные птицы. Однако исследование Черкаса (который, кстати, и открыл Scansoriopteryx) и Федуччия заставляет пересмотреть этот подход. Дуэт ученых использовал трехмерную микроскопию и фотографирование при низких углах освещения, чтобы прояснить структуры, нечетко рассмотренные прежде. Благодаря этому палеонтологам удалось уточнить естественные очертания костей таза, хвоста и конечностей, а заодно и обнаружить удлиненные сухожилия, тянувшиеся вдоль хвостовых позвонков, как у Velociraptor.
Тем не менее, большинство полученных данных свидетельствуют о том, что скансориоптериксу не хватало фундаментальных структурных особенностей скелета, чтобы быть причисленным к динозаврам. Скорее, он является потомком ранних архозавров, освоивших лазание по деревьям задолго до появления ужасных ящеров Соответственно, и птицы, у самых корней родословного древа которых располагается Scansoriopteryx, являются не потомками динозавров, а в лучшем случае их двоюродными племянниками.
Между тем у самого скансориоптерикса отчетливо видны типично птичьи адаптации вроде удлиненных передних конечностей, превратившихся в оперенные крылья, специализированной полулунной кости запястья и приспособленных к усаживанию на ветки лап. Скорее всего, это животное находилось в начале освоения полета, в который отправлялось, планируя с ветвей деревьев.
"Идентификация Scansoriopteryx как нединозавровой птицы позволяет переосмыслить наше понимание взаимосвязи между динозаврами и птицами. Ученые, наконец, получили ключ от двери, отделяющей птиц от динозавров", – прокомментировал свое открытие Черкас.
Мангровые леса, раскинувшиеся зелеными шатрами над белоснежными песчаными пляжами и разноцветными отелями на побережье мексиканского штата Юкатан, стали настоящим раем как для птиц, так и для любителей понаблюдать за ними. Поросшие деревьями водные топи, расположенные на основном миграционном пути пернатых – настоящая тихая гавань для миллионов птиц, ежегодно совершающих межконтинентальные перелеты между Америками.
Моим гидом к птичьей точке отдыха стал Луи Салинас-Пеба, ученый из местного отделения Национального автономного университета Мексики. Хотя Луи по образованию ботаник, он научился мастерски распознавать птиц (а еще – говорить тихо и мягко, чтобы не распугать объекты наблюдения) и мог назвать практически любой из многочисленных видов пернатых, представители которых попадались нам на глаза в мангровых зарослях. Луи прекрасно определяет птиц и по пению. Смешение местных видов и залетных пернатых, поражает: на одной территории встречаются и голубокрылые чирки из Канады, и местные юкатанские кактусовые крапивники, а среди высоких красных фламинго то и дело снуют крошечные колибри – мексиканские дорихи.
Воздух вибрирует от гортанных сигналов тревоги, издаваемых бразильскими и ушастыми бакланами: птицы кричат все громче и настойчивее по мере приближения нашей маленькой лодки к их гнездам. Вдруг несколько бакланов в блестящем черном оперении взмывают в небо, притягивая мой взгляд...
Согласно последним данным молекулярной биологии и палеонтологии, разнообразные современные птицы – страусы, утки и куры – берут начало от трех групп птиц, возникших в конце мелового периода. Фотографии сделаны на фермах Roaming acres, Лафайетт, штат Нью-Джерси (страус) и Little Ghent, Гент, штат Нью-Йорк (утка, петух).
Я мысленно переношусь в прошлое на 66 миллионов лет назад, когда гость из космоса превратил эту часть планеты в пылающую преисподнюю. Такая ассоциация возникает у меня не случайно: всего в 50 километрах к востоку от мангров стоит тихая прибрежная деревня Чиксулуб-Пуэрто, давшая название гигантскому ударному кратеру, в центре которого расположена. За десятки миллионов лет вал кратера сгладился, и сейчас его можно обнаружить лишь с помощью методов геологической съемки. Кратер, частично скрытый под водами Мексиканского залива, свидетельствует о том, что в конце мелового периода астероид диаметром около 10 километров на огромной скорости врезался в Землю. До сих пор ряд ученых считает, что именно это событие, случившееся 66 миллионов лет назад, привело к гибели всех динозавров, правивших к тому времени на планете более 135 миллионов лет.
С одной оговоркой – почти всех.
Любой палеонтолог скажет, что это не совсем так, поскольку современные птицы – последняя «живая ветвь» обширного родового древа: они потомки грозных хищников, за время эволюции превратившихся во множество пернатых созданий. Более 10 тысяч видов птиц сегодня населяют Землю. «Нет никаких сомнений в том, что птицы – это динозавры в широком смысле, – утверждает Луи Чиаппе, директор Института динозавров в Музее естественной истории округа Лос-Анджелес. – Слишком много фактов говорят об этом, так что я поставил бы данный вопрос в один ряд вот с каким: являются ли люди приматами».
Почему предки современных птиц не вымерли после падения астероида? Ответить очень непросто, учитывая, как редко ученым удается найти распознаваемые птичьи окаменелости (ведь косточки у них исключительно тонкие и хрупкие). Однако благодаря нескольким уникальным находкам, сделанным в последнее десятилетие, а также молекулярному генетическому анализу исследователям удалось приоткрыть завесу тайны над происхождением птиц современного типа. Древнейший из известных динозавров, вставший на путь эволюции в направлении птиц, – археоптерикс (Archaeopteryx) возрастом 150 миллионов лет. В его облике сочетались черты и птиц, и ящеров: в пасти торчали ряды острых зубов, на передних конечностях красовались когти, а сзади торчал длинный костлявый хвост. Птицы давно утратили все эти признаки, а их наличие подчеркивает близкое родство археоптерикса с динозаврами вроде хорошо известных благодаря «Парку юрского периода» велоцирапторов. Однако археоптериксу были присущи и вполне птичьи черты: оперенные крылья, пригодные для полета; ключицы, сросшиеся в вилочку, амортизирующую толчки при машущем полете; относительно крупный мозг.
Уже в конце 1860-х годов археоптерикса провозгласили недостающим звеном между динозаврами и птицами. Однако в эволюционной цепочке оставалось много пробелов, и лишь без малого полтора века спустя находки окаменелостей позволили заполнить некоторые из них: в 1996 году палеонтологи обнаружили пернатого динозавра, не состоявшего в родстве с птицами – синозавроптерикса (Sinosauropteryx prima), возрастом почти 130 миллионов лет. Как и многие другие подобные окаменелости, ящер был найден в озерных отложениях мелового периода в китайской провинции Ляонин. Здешние древние озера и действовавшие в те времена вулканы создали подходящие условия для захоронения множества разных существ: тут находят полные скелеты динозавров и всевозможных птиц (в большинстве своем неродственных современным пернатым) с отпечатками перьев и чешуи. Эти остатки сохранились настолько хорошо, что на них удалось даже обнаружить следы пигментов и определить по ним расцветку чешуи и перьев древних существ. Как и археоптерикс, многие из этих животных сочетали признаки птиц и хищных динозавров.
Например, микрораптор (Microraptor gui) отличался черным, как у ворона, оперением, но обладал четырьмя крыльями, скорее всего, позволявшими планировать между ветвями. А более похожий на птиц лонгиптерикс (Longipteryx chaoyangensis) скользил над водной гладью, вылавливая рыбу зубастыми, как у ящеров, челюстями. Под деревьями гордо расхаживал анхиорнис (Anchiornis huxleyi), динозавр угольного цвета с пушистым рыжим хохолком, похожий на этакого готического фазана. Короткими крыльями с тремя когтями на концах можно было лишь хлопать. «Вы ни за что бы не подумали, что подобные создания когда-то существовали, если бы не увидели все эти кости», – убеждена Шэннон Хакетт из отдела птиц Филдсовского музея естественной истории. Несмотря на изобилие находок ископаемых крылатых и пернатых в Ляонине, отнести какую-либо из этих окаменелостей к птицам современного типа трудно.
В руках у биолога-эволюциониста Гевина Томаса из Музея естествознания в Лондоне тушка двурогого калао. Исследователи под руководством Томаса изучили трехмерные оцифрованные изображения тысяч клювов таких птиц, как траурный пищухоклювый древолаз (1), двузубый коршун (2), топорик (3) и челноклюв (4) и получили дополнительное подтверждение того, что птичье многообразие, вероятно, сложилось очень быстро. С
канированные изображения клювов: Гевин Томас
Однако и они уже летали в меловом периоде. Так, в 2005 году на антарктическом острове Сеймур обнаружили кости птицы, необычайно похожей на современную утку, – вегависа.
Джулия Кларк из Техасского университета в Остине провела классический анатомический анализ остатков вегависа (Vegavis iaai) возрастом 67 миллионов лет и сделала цифровую реконструкцию его скелета, что позволило отнести его к той же группе, куда входят современные утки и гуси. В 2016 году палеонтологи изучили второй, более полный скелет вегависа и установили, что эта птица не только выглядела как утка, но и, вполне вероятно, крякала по-утиному. В окаменелости сохранился отпечаток самого древнего известного сиринкса – своеобразного «динамика», как две капли воды схожего с голосовым аппаратом современных гусеобразных. «Вегависа можно назвать одной из важнейших окаменелостей, проливающих свет на происхождение современных птиц», – объясняет Дэниел Филд, биолог-эволюционист из Батского университета.
А годом раньше группа ученых под руководством профессора орнитологии Йельского университета Ричарда Прума изучила гены 198 видов обитающих на планете птиц и сопоставила результаты с данными по окаменелостям. Согласно построенному ими подробному филогенетическому древу пернатых, лишь три современные группы птиц возникли до начала кайнозойской эры, когда и начался расцвет известных сегодня отрядов.
Чтобы увидеть таких птиц воочию, я направляюсь в город Кеммерер (штат Вайоминг). Он находится в 160 километрах к северо-востоку от Солт-Лейк-Сити среди холмов с осыпающимися склонами и в буквальном смысле построен на костях, возраст которых составляет 52 миллиона лет. Здешние суровые засушливые земли известны прежде всего множеством окаменевших рыб, что, в общем-то, закономерно, ведь в середине палеогенового периода тут, посреди субтропической болотистой равнины, располагалось огромное озеро – жители юга Флориды легко узнали бы в этих местах родные соленые заводи. Донные отложения водоема, как и меловые озера Китая, «заморозили во времени» целую экосистему, включая множество древних птиц. Палеонтологи обнаружили здесь более сотни целых птичьих скелетов. «Это самое полное местонахождение эоценовой эпохи», – поясняет Лэнс Гранде, хранитель Филдсовского музея и мой проводник к месту раскопок.
Лэнс посещает это палеонтологическое эльдорадо, известное под будничным названием «озеро окаменелостей», уже более 40 лет. Обычно летом он по несколько недель проводит раскопки на частной земле, которую берет в аренду.
В конце июня, когда я присоединяюсь на неделю к его команде, здесь стоит страшная жара. Работающие на одном из холмов старшеклассники-энтузиасты и волонтеры из музея обучают меня, как нужно извлекать массивные каменные плиты из отложений и высматривать на них следы древней жизни. Однажды поздним утром, когда земля вокруг буквально дымилась под испепеляющими солнечными лучами и я была в седьмом поту, Лэнс попросил меня прерваться: он хотел показать что-то необыкновенное. Рабочий с соседнего карьера принес… птицу.
Потенциальный трофей прибыл к нам аккуратно уложенным в пыльном кузове пикапа. Остатки пернатого лишь чуть-чуть выступали из-под слоя известняка, однако я отчетливо разглядела тонкие косточки и отпечаток крыла с перьями. Лэнс захотел повнимательнее ознакомиться с находкой, так что мы бережно завернули ее и помчались в местную больницу, чтобы сделать рентген. Рентгенологи встретили нас без ожидаемого мной удивления – очевидно, мы привезли к ним далеко не первого «пациента». Изучив несколько снимков, к концу нашего спонтанного визита Лэнс убедился, что внутри каменной плиты был скрыт целый скелет, – находку стоило забрать с собой.
Такой путь – из Кеммерера в Чикаго – проделало множество птиц, обнаруженных здесь. Сейчас они обустроились на выставочных стендах и в хранилищах Филдсовского музея. Несколько недель спустя после нашей экспедиции я побывала в легендарном музее. Мне удалось рассмотреть вблизи древнего попугая, представителя певчих воробьиных, а также одну из недавно описанных учеными птиц-мышей. Все эти остатки доказывают: в экосистемах середины палеогенового периода сложилось необыкновенное разнообразие пернатых. «Каждый второй найденный образец птицы оказывается чем-то совершенно новым, – делится Лэнс. – Просто поразительно!»
В наше время птицы-мыши, вроде данного музейного образца, встречаются лишь в Африке к югу от Сахары. Однако хрупкая окаменелость, хранящаяся в этих пузырьках, свидетельствует о том, что древние птицы-мыши Tsidiiyazhi abini около 60 миллионов лет назад обитали на юге Северной Америки. Благодаря редкой находке ученым удалось уточнить время разделения разных ветвей родословного древа птиц и подтвердить, что они претерпели настоящий эволюционный взрыв в начале кайнозойской эры. Фотография сделана в Музее естественных наук и истории Нью-Мексико, Альбукерке.
Последние годы оказались богатыми на находки для ученых, пытающихся разобраться с тем, как налаживалась жизнь пернатых в кайнозойскую эру. Недавно в Нью-Мексико палеонтологи извлекли остатки еще одной птицы-мыши, жившей 62 миллиона лет назад, которую назвали Tsidiiyazhi abini, что можно перевести как «маленькая утренняя птичка». Сейчас она считается одной из древнейших кайнозойских птиц. Вроде бы мелочь, но очень важная. Во-первых, находка показывает, что эти небольшие длиннохвостые птички, оби-тающие в наши дни лишь в Африке к югу от Сахары, появились совсем в другой части света и в первой половине кайнозойской эры населяли леса почти по всей планете. А во-вторых, птицы-мыши, прекрасно умеющие карабкаться по стволам деревьев, представляют собой специализированных потребителей плодов именно цветковых растений и сейчас помогают многим видам распространять семена далеко от родительского растения. (Свое название пичуги получили за то, что пушисты и умеют продираться сквозь самые густые и колючие кусты.)
Не менее интересная находка – гигантский пингвин вайману (Waimanu manneringi) возрастом 61 миллион лет, недавно обнаруженный в Новой Зеландии. Присвоенное ему учеными имя на языке майори означает «водяная птица» – вайману действительно уже не летал, а только плавал, хотя по стилю плавания больше напоминал современных гагар (с которыми они близкие родственники), чем пингвинов, – греб лапами, а не крыльями. Кроме того, изучение пигментов в перьях другого ископаемого пингвина, инкаяку (Inkayacu paracasensis) – гиганта полутораметровой длины, – выявило, что древние пингвины были не иссиня-черными, как современные, а, скорее, красновато-коричневыми. (Инкаяку, что с языка коренного народа Перу, кечуа, переводится как «король воды», з6 миллионов лет назад нырял за рыбой у тихоокеанского побережья Южной Америки.) В этой, казалось бы, мелочи – ну, подумаешь, черный он был или бурый – кроются большие эволюционные преобразования: ведь пигментные тельца, меланосомы, у черных пингвинов крупные и выложены в перьях ровными плоскими рядами, что позволяет уменьшить сопротивление среды при движении под водой, придавая перьям упругость и жесткость.
Все эти окаменелости, похоже, неплохо вписываются в данные последних генетических исследований: в 2014–2015 годах вышло несколько работ, в которых ученые, изучив полные геномы 48 ныне живущих птиц, и пришли к выводу, что бурный расцвет разнообразия современных пернатых начался именно в кайнозойскую эру.
«Эволюции потребовались десятки миллионов лет, чтобы на свет появились маленькие крылатые динозавры, способные летать, взмахивая передними конечностями. Такое строение тела оказалось весьма удачным, – подытоживает Стивен Брюсатт, палеонтолог из Школы геонаук Эдинбургского университета. – И ныне этим существам принадлежит весь мир!»
Озеро окаменелостей
Хотя ископаемые рыбы (1) встречаются в известняках «озера окаменелостей» в Вайоминге гораздо чаще, отсюда уже извлечено более сотни полных отпечатков птиц. Среди них встречаются птицы-мыши (2), попугаи (3), нелетающие представители отряда журавлеобразных (4) и фрегаты (5). В слоях возрастом 52 миллиона лет скрыта богатейшая «коллекция» невероятно прекрасно сохранившихся окаменелостей – вроде этого отпечатка древней певчей птицы (6). Такое обилие находок великолепной сохранности создает, по словам Лэнса Гранде из Филдсовского музея, «идеальный шторм в палеонтологии». Фотографии сделаны в Филдсовском музее естественной истории, Чикаго.
В чем же современные птицы превзошли динозавров и других пернатых предшественников?
В 2017 году группа исследователей под руководством палеонтолога Грегори Эриксона из Университета штата Флорида выяснила, что у динозавров, неродственных птицам, на инкубацию яиц и развитие детенышей уходили многие месяцы и даже годы. Тогда как у большинства современных птиц срок высиживания гораздо короче, а потомство взрослеет за считаные дни или недели.
Есть, впрочем, множество других мнений о преимуществах птиц перед динозаврами: свою роль мог сыграть и несколько иной рацион – в основном семена цветковых, ставших в конце мелового периода самыми распространенными растениями, и даже строение гнезд. Чтобы лучше разобраться во всем этом, необходимо продолжать поиски птичьих окаменелостей мезозойской и самого начала кайнозойской эры в Южной Америке, Новой Зеландии и даже в ледяных пустынях Антарктиды. Новые открытия уже в скором времени ожидают нас и в генетике. Ученые из Китайского национального генного банка используют более быстрые и точные методы для потоковой расшифровки (в черновом варианте) полного генома всех видов современных птиц. Они собираются закончить эту на первый взгляд неподъемную работу уже к 2020 году. Ожидается, что такой банк генетических данных позволит исследователям не только лучше познать генетические особенности современных пернатых, но и выстроить более точную их родословную.
Однако вернемся на вал чиксулубского кратера. Хавьер Чиаппа-Каррара, глава академического отдела Национального автономного университета Мексики в Юкатане, сейчас больше обеспокоен другим вопросом: смогут ли птицы справиться с незаметно надвигающейся угрозой нового массового вымирания. В Мексике обитает более тысячи видов пернатых, около половины встречается на полуострове Юкатан. Из них примерно 220 перелетных птиц: они прибывают сюда на зимовку или просто останавливаются, чтобы набраться сил во время путешествия между Северным и Южным полушариями. Теперь многие из них рискуют остаться без привычной среды обитания.
Вот, например, в мангровом лесу прямо у берега мы заметили огромную креветочную ферму за пластиковой оградой. Среди манг-ровых болот появляется все больше гостиниц и домов отдыха. И все больше людей потребляют воду из артезианских источников, поддерживающих функционирование этой прибрежной экосистемы. Хавьер и его группа исследователей пытаются как можно точнее оценить влияние человека на природу.
Похожий сценарий в наши дни реализуется по всему миру. Мы меняем окружающую среду, уничтожая места обитания животных и влияя на климат так быстро, словно невидимый астероид вновь падает на нашу планету. [Человек влияет на жизнь планеты гораздо сильнее, чем повлияло падение пресловутого чиксулубского астероида: последний, согласно современным датировкам, врезался в Землю за 150–130 тысяч лет до конца мезозойской эры, и астероидный взрыв, вероятно, потревожил лишь экосистему Америки, никак не сказавшись на всепланетном вымирании динозавров и других организмов. – Примечание российской редакции.]
Отличие событий лишь в том, что древняя космическая глыба была безразлична к происходящему. Люди же способны вмешаться в ход событий и, может быть, если еще не поздно, предотвратить катастрофу, на это и надеется Хавьер. Вместе с коллегами он помог организовать ежегодный фестиваль птиц на полу-острове Юкатан и рассказывает всем гостям о чудесном мире пернатых.
Каждый год эти энтузиасты учат людей тому, что нужно ценить природу и защищать потомков тех, кто сумел пережить падение всей мезозойской экосистемы – настоящих динозавров, по сей день живущих на суше, в небе и в море.
