Происхождение птиц: "орнитизация" (конец юрского - меловой период)

Мало кто из древних обитателей Земли может сравниться по своей популярности со знаменитым археоптериксом, восемь скелетов которого найдено в Германии в отложениях позднеюрского возраста.

Это существо сочетает в себе признаки хищных динозавров-теропод и птиц. Пока археоптерикс был единственной известной "полуптицей-полурептилией", ситуация казалась простой. От динозавров произошел археоптерикс, от археоптерикса - настоящие птицы.

Но последовали новые находки, которые, как водится, вместо того чтобы еще более прояснить ситуацию, сильно ее запутали. Во-первых, выяснилось, что археоптерикс был совсем не одинок.

В отложениях мелового периода обнаружилось множество близких к археоптериксу существ, обладающих смесью птичьих и динозавровых признаков. Этих странных птиц назвали "энанциорнисами", т. е. "противоптицами", чтобы подчеркнуть, что они, возможно, и не имеют прямого отношения к настоящим птицам. Орнитизация, или "оптичивание", шла многими параллельными путями, и какая именно из "переходных форм" дала начало современным птицам, не так-то просто понять.

Археоптерикс и его родичи энанциорнисы действительно очень близки к хищным динозаврам - тероподам. Хотя у них выработались многие птичьи признаки, до сих пор у ученых остались сомнения в том, что энанциорнисы были прямыми предками современных птиц. Эксперты отмечают, что у энанциорнисов не заметно тенеденции к постепенному приобретению тех птичьих особенностей, которых им "не хватало", чтобы стать настоящими птицами.

Энанциорнис.

Зато обнаружились, причем в большом количестве, разнообразные наследники хищных динозавров, близкие по признакам к энанциорнисам или к каким-то другим птицеподобным созданиям. Оказалось, что многие мелкие хищные динозавры в разное время приобретали те или иные птичьи черты. Найдено довольно много видов динозавров с настоящими перьями.

Зачем динозаврам перья? Перья не сразу стали использоваться для полета. Сначала они, по всей видимости, служили для термоизоляции и были похожи на пух современных птиц. Потом они пригодились для брачных демонстраций. В октябре 2008 года в Китае нашли остатки пушистого нелетающего динозаврика размером с голубя, у которого на хвосте было четыре длиннейших пера, примерно таких же, как у самцов современных райских птиц. Такие перья могли использоваться только для привлечения самок - больше они ни на что не годны. Позже перья могли пригодиться как средство планирования при прыжках с ветки на ветку (у древесных динозавров дромеозаврид) либо для ускорения бега - у быстро бегающих наземных форм.

Недавно откопали совсем уж невероятных "четырехкрылых" динозавров - микрорапторов, которые, скорее всего, умели неплохо летать. Крупные перья, явно предназначенные для полета, были у них не только на передних конечностях, но и на задних!

До недавнего времени считалось, что все "оптичившиеся" динозавры были сравнительно мелкими. Однако в 2007 году в Китае был найден настоящий птицеподобный гигант, живший в позднемеловую эпоху и весивший около полутора тонн.

В Китае нашли кости гигантского птицеподобного динозавра.

По мнению большинства ученых, непосредственными предками птиц были целюрозавры (это одна из групп теропод, являющихся, в свою очередь, одной из групп ящеротазовых динозавров). Многие целюрозавры в течение юрского и особенно мелового периодов приобретали различные птичьи черты, в том числе перья, причем эти события происходили независимо в разных эволюционных линиях. Эксперименты по "орнитизации" продолжались и после появления настоящих птиц - по-видимому, вплоть до самого конца эпохи динозавров, наступившего на рубеже мезозойской и кайнозойской эр (65,5 млн лет назад).

Один из многочисленных видов пернатых динозавров.

До сих пор считалось, что степень "оптичивания" у целюрозавров коррелировала с размерами: наибольшее число птичьих черт было отмечено у мелких представителей группы, тогда как у крупных целюрозавров орнитизация не заходила так далеко. Предполагалось, что, увеличиваясь в размерах, целюрозавры могли терять некоторые птичьи признаки и возвращаться к более примитивному состоянию. Новая находка китайских палеонтологов показала, что даже крупнейшие представители группы могли быть очень похожи на птиц.

Чудовище, названное гигантораптором, проживало на территории Китая в позднемеловую эпоху, в период между 89,3 млн и 65,5 млн лет назад. Оно имело 8 м в длину, 3,5 м в высоту при горизонтальном положении туловища и весило около полутора тонн.

Исследовав структуру костей на срезах, исследователи пришли к выводу, что найденный динозавр погиб на 11-м году жизни (возраст определили по числу "годовых колец"). Он уже был взрослым, но продолжал расти. По-видимому, к старости гиганторапторы могли весить существенно больше полутора тонн. Как и другие гигантские динозавры, гигантораптор рос очень быстро, значительно быстрее, чем его ближайшие родственники - некрупные целюрозавры из группы Oviraptorosauria .

В строении скелета гигантораптора выявлен ряд черт, которые сближают его с птицами и ранее у крупных динозавров не встречались. В частности, из всех гигантских теропод у гигантораптора были самые длинные и тонкие конечности - как передние, так и задние. Авторы находки полагают, что гигантораптор, возможно, был самым быстрым бегуном в своем размерном классе.

Отпечатки перьев не сохранились, но исследователи полагают, что перья у гигантораптора могли быть, особенно на передних конечностях (предположение основано на наличии перьев у родственников и предполагаемых предков гигантораптора и на некоторых косвенных признаках). Есть мнение, что перья у бегающих теропод изначально развились для тепла и лишь потом были приспособлены для полета. Однако нам следует иметь в виду, что крупные перья на передних конечностях никогда не служили для теплоизоляции: скорее, они выполняли функции аэродинамического характера.

(Источник: Xing Хu et al. A gigantic bird-like dinosaur from the Late Cretaceous of China // Nature. 2007. V. 447. P. 844-847.)

Как заметил российский палеоорнитолог Е. Н. Курочкин, у археоптерикса на сегодняшний день не осталось ни одного "птичьего" признака, который не был бы найден у тех или иных динозавров. Раньше такими признаками считались перья, крючковидные отростки на ребрах и вилочка (сросшиеся ключицы). Зато многие из тех признаков, которые есть у настоящих (веерохвостых) птиц, но отсутствуют у динозавров, не обнаружены ни у археоптерикса, ни у его ящерохвостых родственников.

Кто был предком настоящих птиц? Археоптерикс и его родня - энанциорнисы, - несомненно, произошли от динозавров. Однако, по мнению Е. Н. Курочкина, это была тупиковая ветвь, вымершая в конце мелового периода вместе с динозаврами и не оставившая потомков.

Курочкин считает, что предков настоящих птиц нужно искать в более древних эпохах. Возможно, птицы произошли вовсе не от пернатых динозавров, не от археоптерикса и не от энанциорнисов, а от более древних пресмыкающихся - позднетриасовых текодонтов. Не исключено, что эта группа рептилий была общим предком и птиц, и динозавров.

Лучшим из обнаруженных до сих пор кандидатов на роль птичьего предка среди текодонтов является протоавис, найденный в позднетриасовых отложениях США в 1983 г. Хотя протоавис был наземным животным и не умел летать, у него имеются важнейшие птичьи признаки, которых нет ни у археоптерикса, ни у энанциорнисов, ни у пернатых динозавров.

Возможно, движение в "птичью" сторону началось еще в триасе у текодонтов. Линия, приведшая к настоящим птицам и идущая от форм, близких к протоавису, не сразу достигла эволюционного успеха. Вначале доминировала "энанциорнисовая" линия, идущая от хищных динозавров - теропод. Причем птичьи признаки приобретались параллельно в нескольких линиях динозавров, поэтому говорят о "процессе орнитизации теропод". Эта линия оказалась тупиковой. Только после ее вымирания в конце мела настоящие (веерохвостые) птицы заняли освободившееся экологическое пространство и достигли подлинного расцвета.

Впрочем, большинство западных ученых не разделяют эту точку зрения и выводят птиц напрямую из энанциорнисов и им подобных промежуточных форм.

Завершая разговор о происхождении птиц, расскажу об одном необычном исследовании, результаты которого были опубликованы в начале 2007 года в журнале Nature (Chris L. Organ, Andrew M. Shedlock, Andrew Meade, Mark Pagel, Scott V. Edwards. Origin of avian genome size and structure in non-avian dinosaur s // Nature. 2007. V. 446. E 180-184.).

Кто бы мог подумать, что в серьезных научных журналах начнут появляться статьи об эволюции геномов динозавров - животных, в чьих ископаемых костях за давностью лет никакой ДНК попросту не осталось. Тем не менее это произошло.

Изобретательность исследователей, выполнивших эту работу, вызывает чувство глубокого восхищения.

Ученые воспользовались тем обстоятельством, что в ископаемых костях, если они достаточно хорошо сохранились, на срезах бывают видны маленькие полости, в которых при жизни животного помещались клетки костной ткани - остеоциты. Известно, что размер генома в некоторых группах живых существ положительно коррелирует с размером клеток. Справедливо ли это для остеоцитов позвоночных? Авторы изучили срезы костей 26 видов современных тетрапод (то есть четвероногих; к ним относятся амфибии, рептилии, птицы и млекопитающие) и обнаружили линейную зависимость между размером генома и средним объемом остеоцита. Найденная зависимость позволила ученым с приемлемой точностью оценивать размеры геномов ископаемых видов.

Авторы воспользовались этой замечательной возможностью, чтобы ответить на вопрос, который давно волнует ученых: когда и почему у предков современных птиц произошло радикальное уменьшение генома? Дело в том, что птичьи геномы значительно меньше по размеру, чем у остальных тетрапод. Размер генома современных птиц - от 0,97 до 2,16 млрд пар нуклеотидов, в среднем 1,45. Для сравнения - у жабы 6,00, у крокодила 3,21, у коровы 3,7, у кошки 2,9, у мыши 3,3, у человека 3,5. Считалось, что уменьшение генома у птиц является своеобразной адаптацией к полету. Из генома была выброшена значительная часть некодирующих и повторяющихся участков, в частности многие мобильные генетические элементы. По логике вещей для птиц было важнее всего максимально облегчить свое тело и оптимизировать обмен веществ. Наличие в каждой клетке сотен миллионов "лишних" пар нуклеотидов было бы для них непозволительной роскошью: ведь все эти километры ДНК нужно еще и обслуживать - определенным образом упаковывать, ремонтировать при возникновении различных поломок, копировать перед каждым клеточным делением. А для этого клетка должна синтезировать и содержать огромное количество различных белковых молекул, не говоря уже об энергетических затратах. Но это только логика, а природа зачастую действует в обход человеческого разумения.

Чтобы проверить, действительно ли уменьшение генома было связано с полетом, необходимо было выяснить размеры генома у вымерших предков птиц. Ученые исходили из теории о происхождении птиц от динозавров-теропод. Между прочим, в силу особенностей современной биологической систематики факт происхождения птиц от динозавров (а не от общих с динозаврами предков) требует рассматривать птиц как подгруппу динозавров, а для "собственно" динозавров теперь применяют громоздкий термин "non-avian dinosaurs" (нептичьи динозавры). То есть формально динозавры не вымерли: посмотрите в окно - на ветках сидит множество крылатых "динозавриков"!

Ученые измерили остеоциты у 31 вида динозавров и ископаемых птиц, или, как они пишут, "птиц и нептичьих динозавров". По размеру остеоцитов они прикинули возможные размеры геномов их владельцев. Результаты получились довольно неожиданные. Оказалось, что размеры остеоцитов и, следовательно, геномов сильно различаются у двух основных групп динозавров - птицетазовых и ящеротазовых. К птицетазовым относятся растительноядные формы, такие как трицератопс и игуанодон. К ящеротазовым помимо двуногих хищников - теропод относятся также массивные диплодоки и им подобные из группы завропод. И как будто нарочно, чтобы всех запутать, птицы произошли вовсе не от птицетазовых, а от ящеротазовых динозавров.

Как выяснилось, геномы птицетазовых динозавров имели средний размер около 2,5 млрд пар нуклеотидов, что вполне сопоставимо с современными рептилиями. Геномы теропод, в том числе самых древних, живших задолго до появления птиц, были значительно меньше - в среднем 1,78 млрд п. н. Из девяти исследованных видов теропод только у одного (овираптора) размер генома оказался за пределами диапазона, характерного для современных птиц. Единственный исследованный представитель завропод - апатозавр - тоже имел маленький геном.

Авторы пришли к заключению, что общий предок всех динозавров имел типичный для наземных позвоночных большой геном. Это состояние сохранилось у птицетазовых динозавров, а также у рептилий, доживших до наших дней. У ящеротазовых динозавров еще на заре их истории (в триасе) произошло радикальное сокращение генома. Птицы, таким образом, унаследовали маленький геном от своих предков - динозавров-теропод, а не приобрели его позже как адаптацию к полету.

И все таки связь между размером генома и полетом существует. Об этом свидетельствуют два обстоятельства. Во-первых, у нелетающих птиц, таких как страусы, геном больше, чем у летающих. По-видимому, утрата способности к полету привела к тому, что всевозможные мобильные элементы снова "расплодились" в геноме нелетающих птиц. Во-вторых, у летучих мышей геном меньше, чем у других млекопитающих.

По-видимому, уменьшение генома у ящеротазовых динозавров следует рассматривать не как адаптацию к полету, а как «реадаптацию, то есть как признак, развившийся в связи с какими-то иными обстоятельствами, а впоследствии облегчивший развитие способности к полету.

Параллельная эволюция в высыхающем Арале. Параллелизмы характерны отнюдь не только для крупных эволюционных событий, связанных с переходом на более высокий уровень организации. Поразительные примеры параллельной эволюции наблюдались в последние годы в гибнущем Аральском море. О них стало известно благодаря исследованиям биологов из Омска С. И. Андреевой и Н. И. Андреева.

Как известно, сейчас Арала как единого водоема уже не существует: он разделился на два изолированных, быстро высыхающих пересоленных "озера" - Большой и Малый Арал. Резкое увеличение солености привело к вымиранию большей части видов животных и растений. Однако некоторые двустворчатые моллюски сумели выжить. Внезапная перемена условий привела к тому, что уцелевшие виды начали быстро эволюционировать. У них резко возросла изменчивость и появились целые "букеты" новых форм, причем различия между этими новыми формами и исходными видами порой очень велики: такая степень различий характерна для разных родов, а иногда и семейств двустворчатых моллюсков. Массовое вымирание освободило множество экологических ниш. Вымерли, не выдержав повышения солености, все моллюски-фильтраторы. Однако многие зарывающиеся грунтоеды оказались более "солеустойчивыми". Опустевшие ниши фильтраторов стали "втягивать" в себя выживших моллюсков, которые ранее вели совсем другой образ жизни.

В результате зарывающиеся грунтоеды из рода Cerastoderma буквально на глазах изумленных исследователей стали вылезать на поверхность грунта и превращаться в фильтраторов (при этом в строении их раковины происходили соответствующие изменения). Самое интересное, что все эти эволюционные процессы протекали очень сходным образом в двух разобщенных водоемах - Большом и Малом Арале!

К сожалению, этот уникальный эволюционный "эксперимент" уже закончился, и закончился трагически - как и любое событие, ставшее следствием неразумного вмешательства человека в природу. Соленость в Большом Арале недавно достигла непереносимого для моллюсков уровня в 6%, что привело к их полному вымиранию. Возможно, в Малом Арале они проживут еще какое-то время, но сравнивать их эволюцию уже не с чем.

| |

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.

Какое у нас представление о динозаврах? Это травоядные или хищники на двух нижних конечностях с укороченными верхними. Но недавно китайские палеонтологи обнаружили у некоторых видов гигантских ящеров... примитивное оперение! О значении их открытия "Правде.Ру" рассказал заместитель директора по науке Палеонтологического института РАН Сергей Рожнов.

Эволюция в биологии доказывает необратимое историческое развитие живой природы. Каковы же ее характерные черты? Прежде всего, преемственность. С момента возникновения жизни новое появляется в живой природе не на пустом месте, не из ничего, а из старого.

Не менее характерная черта эволюции — усложнение и совершенствование структур организмов от одной геологической эпохи к другой. Людей и первые примитивные микроорганизмы, возникшие около 4 млрд лет назад, связывает непрерывная цепочка поколений.

Одной из основных особенностей эволюционного процесса является закон целесообразности. Все организмы, населяющие Землю, приспособлены к условиям, в которых они существуют.

Так, австралийские ученые предполагают, что обилие еды и недостаток хищников в окружающей среде после их массового вымирания 65 млн лет назад привели к тому, что некоторые виды птиц, ранее неплохо летавшие, в результате эволюции набрали вес и стали ходить по земле. Возможно, страусы эму растолстели и перестали взмывать в небо после вымирания хищников, которые на них охотились.

Исследуя останки давно вымерших животных, ученым приходится искать ответы на новые, порой совершенно неожиданные вопросы. Например, нельзя исключить полностью факт, что динозавры — родственники птиц.

Как показали исследования, проведенные китайскими учеными, у некоторых разновидностей динозавров присутствует примитивное оперение. Сделать открытие помогло углубленное изучение старой находки (1990 год) — хорошо сохранившихся, окаменелых останков Археоптерикса.

Кстати, в период с 1990 по 2000 годы было найдено много окаменелых останков "пернатых динозавров", что сопутствовало развитию исследований этого удивительного явления.

По мнению палеонтологов, если исходить из того, что похожие животные должны были произойти от общего предка, то можно составить родословную всего животного царства. Постепенно накапливающиеся в организмах малозаметные изменения спустя миллионы лет приводили к возникновению совершенно новых видов.

Исследования китайских ученых указывают на то, что примитивный вариант оперения появился у динозавров более 200 миллионов лет назад. Палеонтологи изучали ранее неизвестный вид ящеров, который был назван Tianyulong confuciusi.

Уже известны около дюжины видов динозавров с оперением. Все они были хищниками, передвигающимися на двух ногах. Многие были найдены в районе ранних меловых формаций Yixian в Китае.

После продолжительной и кропотливой работы, ученые пришли к выводу: наличие перьевого покрова у Tianyulong confuciusi указывает на его существование у древних динозавров еще до разделения их на птиц и ящеров, которое произошло 250-200 миллионов лет назад.

Так же исследователи не исключают гипотезу, что оперение могло возникнуть вследствие параллельной эволюции. То есть перья у различных видов динозавров появились независимо друг от друга, а вовсе не от общего пернатого предка.

Иммунологический тест, которому подверглись ископаемые останки одного из найденных экземпляров — динозавра Shuvuuia, дал положительный результат на наличие бета-кератина (не путать с провитамином бета-каротином!). Этот протеин, содержащийся в оперенье современных пернатых, впоследствии был обнаружен и у других видов динозавров.

Также образцы "пернатых" ящеров были найдены в провинции Ляонин в Китае. Эта территория была не раз похоронена под лавой и пылью вулкана, который существовал в районе нынешней Монголии 124 миллиона лет назад, что и сделало это место лучшим хранилищем для окаменелых останков и их сохранности. Пепел сберег большинство живых организмов, которые были под ним захоронены.

Своей точкой зрения с "Правдой.Ру" поделился заместитель директора по науке
Палеонтологического института РАН Сергей Рожнов . "Пернатых динозавров уже давно находили. Но до крупнейшей находки, недавно в Китае, никто не придавал этому особого значения.

Дальнейшие исследования помогут получить более ясную картину того, что послужило причиной подобного явления, — добавил ученый. — Возможно, оно поможет пролить свет на некоторые важные моменты эволюции".

praporweg 7 сентября 2015 в 16:55

Сравнительная физиология динозавров и птиц. Популярно о малоизвестном. Часть 1 «Кости титанов»

• Научно-популярное

В одном из моих , вы ознакомились с хронологией крупнейших геологических и космических катастроф в истории нашей планеты. Последний из 5 крупнейших «апокалипсисов», предположительно поставил точку на более чем 150 миллионах лет существования «царей» фауны мезозойской эры - динозаврах. Впрочем «ужасные ящеры» все же оставили после себя палеонтологические «следы», позволяющие нам подробно ознакомиться с нелегкой жизнью этих рептилий.

В нескольких частях этого объемного обзора, я попытаюсь изложить вам малоизвестные подробности о физиологии и жизнедеятельности древних гигантских (и не очень) «ужасных» рептилий. Ниже в общих чертах будет описана сравнительная характеристика скелета, интеллекта и генетики динозавров с таковыми у их современных потомков - птиц, и родственных им крокодилов.

«Непохожие родственники»

В целом фиксируется огромное различие в строении скелета современных птиц и динозавров, объясняется это 160 миллионами лет адаптации определенной группы манирапторов к активному полету, вызвавшее кардинальную «перестройку» скелета и физиологии птиц. Нечто подобное наблюдается и у млекопитающих при сравнении копытных животных и их морских родственников (китообразных).
Подобное обретение существенных различий в морфологии родственных животных при их адаптации к разным экологическим нишам в науке именуется дивергенцией.

Кто кому родственник? Систематика хищных динозавров и птиц

Манирапторы являются большой группой динозавров, включающих в себя как современных птиц, так и их близких родственников - дейнонихозавров (небольшие хищники с «ужасным когтем»). Сами дейнонихозавры делились на троодонтид (по названию самого известного рода - троодона, жившего в конце эпохи динозавров), и дромеозавров (напр. бамбираптор и дейноних). В свою очередь манирапторы, вместе с тиранозавридами и орнитомимозаврами («имитаторами птиц»), входили в еще более многочисленную группу тираннорапторов. Последние вместе с комсогнатами (мелкие хищные тероподы) образовывали самую многочисленную группу теропод - целлурозавров.

Наиболее изученные представители семейства дейнонихозавров, перьевой покров предполагается по следам «перьевых» ячеек сохранившихся на крылоподобных кистях велоцираптора и дейнониха

Однако целлурозавры не охватывают всех известных хищников теропод. В юрском (и раннем меловом) периоде доминировали в основном карнозавры, которые разошлись (генетически) с целлурозаврами ок. 170 млн лет назад, и с которыми входят в гигантский инфраотряд тетануров. Из наиболее значимых карнозавров следует отметить кархарадонтозавра, гиганотозаврва и аллозаврид. Спинозавр, крупнейший хищный теропод эры динозавров, тоже входил в группу титануров, но как представитель отдельного от целлурозавров отряда спинозаврид.

Относительные размеры крупнейших хищных теропод

Кроме тетануров известны и другие группы хищников. Один из главных «злодеев» видео игры «Турок» - карнотавр, относился к инфраотряду цератозаврид, относительно примитивных небольших хищных динозавров.

Антонимом дивергенции является конвергенция - процесс обретения схожих морфологических черт разными группами животных, при их адаптации к схожим условиям жизнедеятельности. Наглядный пример конвергенции на примере (слева на право) земноводной афанераммы, пресмыкающегося крокодила и млекопитающего амбулоцета (предка китообразных)

В общих чертах морфология динозавров представляла из себя нечто среднее между архаичными чертами пресмыкающихся (строение костей, генетика и метаболизм) и прогрессивными чертами птиц и млекопитающих (прямохождение, перьевой покров, строение челюстного аппарата травоядных динозавров). Доминирование тех или иных (прогрессивных или архаичных) черт скорее всего сильно варьировалось у разных отрядов и даже семейств динозавров.

Всех динозавров делят на две основные группы - ящеротазовых и птицетазовых:

У двуногих ящеротазовых динозавров - теропод (схема ниже) центр тяжести располагался на линии таза, тяжелый хвост уравновешивал массивную голову животного. Лобковая (красный цвет) и седалищная (зеленый) кости таза располагались перпендикулярно к позвоночнику вдоль задних конечностей животного. Синим цветом выделена подвздошная кость, на которую крепятся мышцы бедра (в т.ч. и у человека).

Тираннозавр рекс, типичный ящеротазовый хищный теропод, родственный птицам по группе целлурозавров

Тазобедренный сустав основной части «четвероногих» растительноядных динозавров значительно отличался от такового у теропод. В частности лобковая и седалищная кость были расположены позади таза животных параллельно друг другу (аналогично птицам, так называемые «птицетазовые динозавры»). Впрочем, такое разделение на «двуногих» и «четвероногих» весьма условно, так четвероногие зауроподы имели схожий с тероподами тазобедренный сустав, а многие птицетазовые динозавры активно практиковали передвижение на задних конечностях.

Птицетазовый динозавр семейства гадрозавров («утконосые» динозавры)

Зауропод из рода брахиозавров, можно отметить его принадлежность к ящеротазовым динозаврам, несмотря на передвижение на четырех конечностях

Тазобедренный сустав птиц значительно менее мобилен, лобковая и седалищная кости направлены назад и сращены друг с другом и нередко, с задней частью таза и хвостовых позвонков, образуя сложный крестец. Хвост птиц сильно редуцирован в пигостиль (который имелся и у некоторых овираптозавров), позвоночник малоподвижен. Ребра птиц имеют крючковатые отростки, позволяющие грудному отделу животного не двигаться при полете. На концах ребер большинства птиц крепится грудина и киль, на которые в свою очередь крепятся сильные маховые мышцы крыльев. Ребра и позвоночник динозавров были более мобильными чем у птиц, киля они так же не имели (впрочем, нет его и у современных не летающих птиц типа страусов).

Отдельно следует упомянуть разное строение шейных позвонков птиц и динозавров. У последних они амфицельные (двояковогнутые) или процельные/опистоцельные (вогнуты с одной стороны и выпуклы с другой, как у большинства пресмыкающихся). Шейные позвонки у птиц гетероцельные - седлообразные, выпукло-вогнутые с обеих сторон, что обеспечивает им большую подвижность шейного отдела, недоступную ни одному известному виду динозавров и млекопитающих.

Скелет современной птицы (голубя)
1 - череп, 2 - шейные позвонки, 3 - вилочка 4 - клювовидный отросток, 5 - крючковидные отростки ребер, 6 - киль, 7 - коленная чашечка, 8 - цевка, 9 - пальцы, 10 - большая берцовая кость (тибиотарсус), 11 - малая берцовая кость (тибиотарсус) 12 - бедро, 13 - седалищная кость, 14 - лобковая кость, 15 - подвздошная кость, 16 - хвостовые позвонки 17 - пигостиль, 18 - сложный крестец, 19 - лопатка, 20 - поясничные позвонки, 21 - плечевая кость, 22 - локтевая кость, 23 - лучевая кость, 24 - запястья, 25 - кисть, 26 - пальцы, 27 - крылышко

Бедренные кости птиц, даже не летающих, малоподвижны и направленны в сторону друг от друга. Перемещаются сухопутные птицы преимущественно с помощью движения тибиотарзуса (голень птицы с приросшейся малой берцовой костью) и цевки (сросшиеся кости плюсны). Т.е. тибиотарзус птиц, механически, выполняет роль бедренной кости у млекопитающих и динозавров. Конечности динозавров, напротив, располагались параллельно друг другу и под телом животных, в противоположность остальным пресмыкающимся и аналогично современным млекопитающим. Очевидно динозавры не были пресмыкающимися в буквальном смысле этого слова. Голень динозавров, как и голень млекопитающих, состояла из двух берцовых костей, многие (особенно маленькие динозавры) не имели цевки, и аналогично человеку, имели не сросшиеся кости плюсны.

Слева на право, сравнение задних конечностей теропода семейста тиранозаврид (вида рекс), волчьих млекопитающих (лисицы) и сухопутных птиц (страус). 1- кость бедра, 2 - кости голени (большая и малая берцовые/ тибиарзус у птиц), 3 - кости плюсны, сросшиеся у птиц в цевку (за исключением пингвинов) и некоторых динозавров - теропод. Зеленым цветом обозначены кости активно участвующие в передвижении животного. Грубо говоря, роль колена у современных птиц выполняет голеностопный сустав

Моделирование бега динозавров (галлимимуса и тиранозавра) из Парка Юрского периода, в сравнении с бегом современного страуса (внизу)

Малоподвижные бедра птиц позволяют им активно перемещаться по земле, не рискуя схлопыванием воздушных мешков, необходимых птицам для активного дыхания (в полете и беге легкие птицы не расширяются как у млекопитающих, воздух через них «прокачивают» те же воздушные мешки). Некоторые палеонтологи принимают этот факт как косвенное свидетельство отличной от птичьей дыхательной системы у теропод.

Обнаружение аэростеона , хищного теропода группы карнозавров, жившего 80 млн лет назад, отчасти опровергает выводы выше. «Воздушные кости» динозавра предположительно несут следы присутствия воздушных мешков. Изначально такие мешки могли служить для терморегуляции динозавров, и уже потом, с совершенствованием метаболизма начали использоваться для интенсивного газообмена

Еще сильнее различия между двумя группами животных проявляются при сравнительном анализе их черепов. Череп птицы крепится к шейным позвонкам снизу, шейные позвонки же динозавров крепились сзади черепа. Череп птиц имеет шарообразную форму и имеет две диапсидные дуги, верхняя из которых сильно редуцированна. Череп динозавров менее сферичен и обладает двумя развитыми диапсидными дугами (чаще всего с височными отверстиями). Челюсти динозавров устроены сложно, и подобно млекопитающим заполнены зубами. Современные птицы лишены зубов, и вместо сложного челюстного аппарата обладают относительно простым, легким, но прочным клювом.

Оговорка. Последнее сравнение не совсем корректно, так как ученым известны как «беззубые» динозавры (овирапторы), так и «зубастые» птицы (энансиорнисовые птицы, господствовавшие в меловой период, имели динозавроподобный челюстной аппарат.)

Графическое представление эволюции прогрессивных черт динозавров от «ужасных ящеров» и до «ужасных птиц»

(Временные масштабы и порядок появления животных не соблюдены )

Тираннозавр Рекс, живший 70-65 млн лет назад, представлял из себя весьма типичного (если не сказать эталонного) теропода. Из типичных черт динозавра в глаза бросаются две мощные задние конечности, ящеротазовый тазобедренных сустав, и массивный хвост, служащий балансиром для крупной и грузной головы животного. Череп прикреплен к шейным позвонкам сзади, имеются мощные челюсти покрытые зубами, пред глазничные отверстия (облегчающие череп) и за глазничные диапсидные отверстия куда крепились челюстные мышцы животного (аналог височной впадины человека). На фоне более близких родственников птиц - дромеозавров, выделяется отсутствием вилочки (срощенные кости ключицы) и сильно редуцированными относительными размерами передних конечностей

Дейноних, живший на 40 млн лет раньше тираннозавра рекс, обладал столь похожими на птиц чертами своего скелета (при жизни животное было размером с волка), что послужил для палеонтологов (особенности для знаменитого Джона Острома), одним из первых убедительных свидетельств происхождения птиц от динозавров. В частности кисти его передних конечностей очень сильно напоминают кисти крыльев первоптицы-археоптерикса, и отдаленно кисти современных птиц. Будучи «изломанными», кисти предположительно складывались на боках животного и скорее всего обладали перьями (как и у птицеподобных предков дейнониха). На ребрах имеются крючки как и у птиц. Легкие кости животного и жесткий, покрытый сухожилиями хвост (улучшающий маневренность при поворотах), указывал на его высокую скорость, и впервые навел палеонтологов на мысль о теплокровности динозавров. Как и все дромеозавры, дейноних имел «вилочку» в передней части груди, служащей для современных птиц «амортизатором» при сильных взмахах крыльев

Археоптерикс, живший 150 млн лет назад, впервые показавший прямую связь между птицами и пресмыкающимися, и сам считающийся одной из первых птиц, в целом сильно напоминает уменьшенного до размеров голубя дейнониха. Отличается от последнего большими относительными размерами мозга, уменьшением размеров челюстей и редукцией диапсидного отверстия. Археоптерикс не был предком птиц, но считается ближайшим его родственником, имел развитое оперение, но летать не умел, планируя с дерева на дерево

Микрораптор, динозавр из группы дромеозавров размером с археоптерикса, так же очень сильно напоминал своего более древнего родственника, что делает их скелеты практически неотличимыми для не специалистов. Животное жило 125 млн. лет назад и по образу жизни напоминало археоптерикса, обладая развитым перьевым покровом черного цвета. Охотился на насекомых и ранних птиц, которых глотал практически целиком. Как и выше упомянутый дромеозавр дейноних, лобковые и седалищные кости животного имеют тенденцию «загибания» назад

Современник микрораптора, и его «сосед» по региону (северо восточный Китай, южная Монголия), конфуциорнис уже находился на полпути между динозаврами и птицами. Его челюсти были лишены зубов, плечевой сустав был сильно развит, а вместо длинного хвоста птица уже имела пигостиль - место крепления хвостового оперения, улучшавшего маневренность при полете. Как и у микрораптора, на ребрах птицы имелись крючки, жестко фиксировавшие брюшную полость при полете. Место сочленения шейных позвонков и черепа находилось на полпути между его положением у динозавров и современных птиц. Однако строение плечевого сустава не позволяло птице полноценно освоить полет, ровно как и недоразвитый киль. Тазобедренный сустав все еще сильно напоминал таковой у дромеозавров

Синорнисы были одними из первых птиц, освоившими полноценный полет. Несмотря на это механика их полета сильно отличалась от таковой у современных птиц, как и у остальных энансиорнисовых птиц («противоптиц»). Имелся киль, пигостиль, а пальцы передних конечностей частично были сращены друг с другом. Челюстной аппарат и тазобедренный сустав больше был похож на таковой у динозавров, нежели современных (веерохвостных) птиц. Практический полный скелет синорниса был обнаружен в брюхе ископаемого микрораптора, который на них и охотился

Микрораптор, нападающий на группу синорнисов

Впрочем, древнейшими пернатыми, освоившими полноценный полет были предки современных нам веерохвостых птиц (Archaeornithura meemannae), «кузены» энантиорнитов по кладе Орнитоторасов - эуорниты. Последние отделились от энантиорнисов предположительно в самом конце юрского периода 140-145 млн. лет назад. Уже тогда начала проявляться тенденция специализации эуорнитов к охоте на мелководье и на береговых линиях. Позднемеловые ихтиорнисообразные вели схожий с чайками и крачками образ жизни и физиологически практически не отличались от современных птиц (смотрите изображение внизу), за исключением наличия зубов на обеих челюстях. Из колоссального разнообразия планирующих и летающих динозавров, мел-палеогенное вымирание пережила лишь небольшая часть эуорнитов, предков современных птиц (неорнитов).

«Ужасные птицы»
После мел-палеогенного вымирания птицы, одновременно с млекопитающими начали заполнять экологические ниши, оставленные их собратьями динозаврами. Так, уже через 15 млн лет появились первые гигантские сухопутные птицы - не летающие журавлеобразные. Размерами (до 2,5м в высоту при весе до 300кг) и образом жизни они мало отличались от своих родственников дромеозавров, так же будучи в основном хищными животными. Адаптация бесхвостой птицы к сухопутному образу жизни отразилась в смещении центра тяжести в центр тела животного. Упростил «работу» природе и облегченный череп птицы, вместо сложной челюсти вооруженный легким, но прочным клювом. В итоге современные сухопутные птицы представляют из себя более рационализированные версии динозавров-теропод, без затрат веса на мощные мышцы хвоста и шеи. Гигантские журавлеобразные господствовали в Америке последние 50 млн лет, проиграв в борьбе за выживание хищным млекопитающим (волчьи и кошачьи) около 400 000 лет назад. Ниже схема скелета крупнейшего журавлеобразного группы фороракосовых - Келенкена.

Момент охоты другого представителя группы форорракосовых, по имени которого она и названна - фороракоса. Размеры хищника сильно преувеличены, на самом деле фороракосы были лишь немногим выше взрослого человека (до 2м), но весили вдвое больше и действительно были грозными охотниками. Хотя фороракосы и жили одновременно с родом Homo, однако обитали исключительно в американской части света и с людьми не сталкивались

Подробнее о «ужасных птицах» в моем будущем обзоре «Затерянный мир Южной Америки».

Относительные размеры мозга птиц (Коэффициент энцифализации) так же чаще всего, больше чем у динозавров аналогичного размера.

Коэффициент энцефализации упрощенно выражает отношение мозга животного к размерам его организма. Косвенно оно выражает уровень организации центральной нервной системы – интеллекта животного. КЭ не всегда объективно представляет истинный уровень интеллекта даже внутри одного вида, однако в целом, с эволюционной точки зрения, имеет линейную зависимость от уровня организации живых существ. Так самые высокие значения КЭ имеют высшие птицы и млекопитающие (примерно паритетные). Уже среди данной группы животных наиболее сложное поведение наблюдают у животных с наивысшими значениями КЭ (приматы и китообразные у млекопитающих и врановые с попугаеобразными у птиц).

Данный метод позволяет нам представить уровень интеллекта типичный для динозавров позднего мела.

Центральная нервная система динозавров

Мозг тираннозавра считается одним из самых изученных для динозавров благодаря хорошей сохранности черепов данных животных. В целом структура его мозга аналогична современным крокодилам и имеет примерно схожий с взрослым аллигатором коэффициент энцефализации. Весьма высокое значение для таких крупных хищников своего времени, уступающее лишь некоторым прогрессивным дромеозаврам - бамбираптору, троодону и орнитомиму, чей КЭ был сравним со средним показателем современных птиц.

Слепок черепной коробки тираннозавра и аллигатора. Обратите внимание на сильно развитую обонятельную луковицу обоих животных, вполне типичную для хищных пресмыкающихся (1). 2 - оптический нерв; 3 - большие полушария головного мозга; 4 - оптическая доля; 5 - мозжечок; 6 - вестибулярный аппарат; 7 - продолговатый мозг

Слепки черепной коробки различных зауроподоморф (в градусах указанна растяжимость челюстного аппарата животного). Внизу описание структуры мозга Нигерозавра.

Мозг птиц и млекопитающих базируется на стриатуме, доставшийся им от пресмыкающихся предков.Тогда как млекопитающие пошли по пути увеличения объема и функциональности коры головного мозга (покрывающего стриатум), архозавры и позднее птицы пошли по обратному пути наращивания объемов и функциональности стриатума. Таким образом высшая нервная деятельность современных птиц обеспечивается стриатумом (точнее в гиперстриатуме, аналоге неокортекса у млекопитающих). Кора обеспечивает лишь второстепенные функции (предположительно обоняние). Аналогов гиперстратума у динозавров (пока?) не обнаружено, что опять таки позволяет предположить о менее развитом чем у высших птиц интеллекте теропод.

Эволюция мозга и обонятельных долей мозга от динозавров (бамбираптор) до современных птиц (голубя). Доли полушарий головного мозга птиц крупнее чем у динозавров, тогда как обонятельные доли существенно меньше. По мнению исследователей , это может быть связанно с высоким уровнем интеллекта птиц, компенсирующий отсутствие относительно сильного обоняния

График демонстрирующий коэффициент энцефализации для разных групп позвоночных. Коэффициент птиц отстоит от такового у своих предков-динозавров примерно на столько же, на сколько КЭ современных млекопитающих отстоит от значения коэффициента своих предков эпохи динозавров

«Кости судьбы»

Кости древних ящеров могут не только дать нам представление о внешнем виде динозавров (морфология), но так же «поведать» историю жизни отдельного животного. Речь, конечно же, не только в изучении повреждений костных тканей, которое животное пережило в течение своей жизни в результате травм и инфекций (как это описано в док. Фильме «Баллада о Большом Але» , но так же в структуре самих костей.

Кости рептилий, подобно стволу деревьев, в срезе обнаруживают своеобразные «годовые кольца», отмечающие сезонные изменения в скорости роста животного. Лучше всего для таких целей обычно подходят плечевые кости или кости бедра динозавра. Подобный анализ (называемый гистологическим), позволяет оценить темпы роста животного, время достижения половой зрелости, пол и возраст на момент смерти.

Пример годовых колец на срезе костей травоядного Гиппакозавра. Внизу видны толстые светлые кольца ускоренного роста животного в первые годы жизни, разграниченные темными сезонными полосами (засухи или похолодание). Гистологический анализ оценивает достижение половой зрелости к 2-3 годам (при размерах в 40% от максимального для данного вида). Максимального размера (в 9м длины и 4т веса) животное достигало к 10-12 годам. Такие темпы роста более характерны для современных птиц (страусов), нежели современных прогрессивных рептилий (крокодилов)

По следам медуллярной ткани в бедренной кости животного так же с высокой вероятностью возможно определение пола древнего ящера (она необходима самкам как резерв кальция, необходимого для скорлупы яиц). Подобная ткань откладывается в костях архозавров (у птиц она, как и у динозавров-теропод, запасается в бедренной кости) при достижении ими репродуктивного возраста. Половозрелость динозавра обычно коррелирует с резким замедлением роста животного. Так, медуллярная ткань была обнаружена в бедре самки тираннозавра из Монтаны (США) возрастом (при смерти) в 18 лет. Изучение других экземпляров тираннозавров (вида Рекс) так же фиксирует резкое замедление роста к 16-20 годам. Самому старому из обнаруженных экземпляров на момент смерти было около 28 лет. Факт того что большинство найденных останков тираннозавров рекс принадлежат особям прожившим лишь несколько лет после наступления половой зрелости, свидетельствует о весьма тяжелых условиях полового отбора этих созданий.

«Медуллярный принцип» позволяет делать и весьма интересные открытия. Один из обнаруженных овирапторов (сестринская по отношению к тираннорапторам группа целлурозавров) на момент смерти высиживал кладку подобно современным птицам. Гистологические исследования не обнаружили в костях животного медуллярной ткани (фото внизу справа), из чего сделали вывод что у данного вида кладку высиживал самец, или как минимум оба родителя

У многих видов современных птиц отцы тоже занимаются «воспитанием» своего потомства. Ниже снимок самца казуара со своими птенцами которых высиживал так же он сам. Животное напоминает овираптора даже внешне. На рисунке слева отчетливо виден длинный коготь на первом пальце ноги казуара, аналогично «ужасным когтям» дейнонихозавров. Однако в отличии от последних, используется он для защиты животного от хищников

«Экзамен» природы

Иногда природа преподносит нам подарок, позволяющий подкорректировать наши представления о динозаврах.

В 2000 году, в Северной Америке была найдена хорошо сохранившаяся «мумия» травоядного динозавра рода гадрозавров названная Дакотой. При анализе останков ученые выяснили что эти динозавры при жизни были на 1м длиннее, а мышечная масса была на 25% больше чем считалось ранее

Касательно моделирования мышечной структуры динозавров, на видео можно ознакомиться на примере процесса виртуального «восстановления» мышц шеи и черепа аллозавра

Смерть встретила практически одновременно хищного велоцераптора и его жертву протоцератопса в момент борьбы, запечатлевшей поединок на 70 млн лет. Одна из ног хищника своим когтем находилась в области шеи протоцератопса, что дало дополнительный вес сторонникам теории о том что дейнонихозавры использовали большие когти на первых пальцах ног преимущественно для повреждения трахеи или артерии жертвы в шейном отделе, а не брюха или груди (как это делают казуары), для чего когти были не достаточно прочными

«Гены древних»

Да, вы верно поняли, костные останки динозавров так же могут дать нам представление об их геноме, точнее о размере их ДНК. Ученые, при изучении клеток костной ткани животных (остеоцитов), заметили линейную связь между размерами остеоцитов и ДНК животных. Это позволило им оценить и размеры геномов доисторических ящеров по сравнению с современными птицами и рептилиями. Так ДНК крокодила содержит чуть более 3 млрд. пар нуклеиновых оснований (НО), в то время как ДНК птиц в среднем содержит 1,45 млрд. пар НО (от 0,97 до 2,5 млрд). По оценкам ученых размеры ДНК динозавров сильно различаются у ящеротазовых и птицетазовых соответственно. Средний размер генома птицетазовых динозавров был близок к таковому у современных пресмыкающихся – 2,5 млрд. пар НО. Ящеротазовые же (тероподы и зауроподы) показывали значения более близкие к современным птицам 1.8 млрд. пар НО.

Размеры ДНК у разных типов живых организмов.
У позвоночных животных размер генома плохо коррелирует с числом генов. Ни размеры ДНК ни число генов не имеют положительной корреляции с уровнем развития живого существа. Так ДНК человека содержит около 3 млрд пар НО. кодирующие 25 - 30 000 генов, далеко не рекорд в животном мире. Подавляющая часть ДНК почти не участвует в жизнедеятельности клетки позвоночных (так называемый «генетический мусор»), и может быть существенно «урезанна» без серьезных последствий для животных.

Выходит что птицетазовые и ящеротазовые динозавры, предположительно, пошли разными путями от общего триасового предка имевшего типично большой для рептилий геном. Ящеротазовые, в своем большинстве, освоили бипедальную локомоцию (тероподы), что потребовало радикального сокращения генома для оптимизации системы кровообращения (сокращение генома эритроцитов для уменьшения их размеров). Соответственно уже позднее, в юрском и меловом периоде такой геном сохранился у теропод-манирапторов, постепенно перешедших к активному полету – настоящих птиц.

Относительные размеры эритроцитов у разных групп живых существ.

Лишь млекопитающие не имеют ядер в красных тельцах, что не потребовало кардинального сокращения ДНК при развитии метаболизма. Эритроциты птиц по размерам близки к эритроцитам млекопитающих, но как и пресмыкающиеся имеют ядра

Эти данные являются дополнительными косвенными свидетельствами в пользу гипотезы появления современных пернатых от динозавров-теропод юрского периода. Впрочем, перья тоже не являются исключительно птичьей монополией, и наряду с костями древних ящеров оставили нам ископаемые свидетельства развитого перьевого «гардероба» которым располагали «истинные» динозавры.
В следующей части обзора речь пойдет об эволюции пернатого «гардероба» динозавров, их пути от простых украшений при брачных играх и до усвоения манирапторами полноценного полета. Добавить метки

Чтение статьи займет: 4 мин.

«И почему люди не летают, как… динозавры?» ©

Впервые мысль о гигантско-зубастом происхождении воробьев, уток, гусей и прочей пернатой живности посетила меня поутру в воскресенье – какое-то топотучее существо скакало по оцинкованному отливу за окном, комментируя свои прыжки криками на высоких нотах. Слегка отодвинув штору, я обнаружил птицу системы скворец – и именно в этот момент скворушка отчего-то напомнил мне популярного у киношников тираннозавра. Да, черт побери – те же повороты головы, раскачивание корпуса при ходьбе, малоприятные выкрики! Неужто и в самом деле среди предков охлажденных куриных тушек, реализуемых в торговых сетях, были динозавры?

Тираннозавр — близкий родственник колибри

Первое, что роднит птиц с динозаврами – яйца, которые они несли в целях продолжения потомства. Однако единственная группа более менее известных летающих динозавров – птеродактили, у которых, судя по воссозданным палеонтологами изображениям, совершенно не было оперения… И еще один момент – общеизвестно, что любые рептилии холоднокровны, т.е. их тела не способны поддерживать постоянную температуру, как у млекопитающих. А все птицы – теплокровные.

Согласно школьному курсу биологии прапредком современных птиц считается археоптерикс – это существо действительно было похоже на птицу своим оперением и строением некоторых костей. Но по результатам исследований последних десятилетий археоптерикс птицей не был, в большей степени это подвид динозавров, причем тупиковый, т.е. не получивший дальнейшего развития и полностью вымерший миллионы лет назад. Так кто же он – предок пернатых?

Палеонтологи считают, что птицы произошли от тераподов – хищных динозавров с сильными и длинными ногами, короткими верхними лапами, крепким черепом, острыми зубами и превосходным аппетитом. Строение птичьего скелета и скелетов динозавров двух семейств из подкласса тераподов – овираптозавров и дромеозавридов – очень схоже. Более того, представители несколько динозавровых родов, относящихся к упомянутым семействам, были покрыты перьями и имели крылья!

66 миллионов лет назад, в самом конце мелового периода, жили-были дромеозавриды. Сильный, ловкий, ростом около 180 см и весом порядка 15 кг, дромеозавр был удачливым охотником на живую добычу – длинные ноги позволяли ему разгоняться до 80 км/ч, прыгать на дистанцию до 7 м. На каждом ноге имелся длинный и острый коготь, с помощью которого дромеозавр пробивал шкуру жертвы в прыжке, а также взбирался на деревья для охоты из засады. Короткие крылья не позволяли ему летать – динозавр их использовал для торможения на поворотах. Если не принимать во внимание длинный хвост и зубастую пасть ящера, то своими размерами дромеозавр походил на современных страусов.

В семействе овираптозавров палеонтологи обнаружили наиболее крупного представителя птицединозавров в истории Земли, имевшего крылья – гигантораптора, высота которого превышала 3 метра, а общая длина тела вместе с хвостом составляла около 8 метров. Вес этой динозавроптички – полторы-две тонны. Интересности на этом не заканчиваются – у гигантораптора не было характерной для динозавров зубастой пасти, у него был… птичий клюв! Как и дромеозавры, гигантораптор использовал короткие крылья для притормаживания на виражах во время погони за добычей.

К слову, самым крупным динозавром из подотряда тераподов, хоть и не имевшим крыльев, но покрытым простейшими 15-сантимеровыми перьями, был ютираннус – высота 3,5 метра, длина тела 9 метров и вес полторы тонны. Ютираннусы жили в начале мелового периода, около 125 миллионов лет назад и относились к семейству тираннозавров – да-да, тех самых тираннозавров!

Вернемся к овираптозаврам, ошибочно названными учеными «яйцекрадами», т.к. палеонтологи прошлого века считали их таковыми. В действительности двухметровые и 400 килограммовые овирапторы, жившие 75 миллионов лет назад, вовсе не крали чужих яиц, наоборот – они насиживали свою кладку, как это делают современные птицы. Летать овираптозавры не умели, их крылья были слишком коротки, однако тело этих динозавров было полностью покрыто перьями, а голова оснащена птичьим клювом.

В завершении представляю вам авимима, небольшого представителя семейства овираптозавров – рост не более 70 сантиметров, вес около 15 кг. Этот динозавр летать не мог по причине все тех же коротких крыльев, зато отлично бегал, его клюв был снабжен зубами, что позволяет ученым считать авимима плотоядным. Но посмотрите на его изображение еще раз – на кого он больше похож, на динозавра или на… к примеру, птицу-секретаря?

Меловая эпоха породила не только оперенных динозавров, но первых птиц – протоависа, ихтиорниса, энантиорниса и др., которыми с удовольствием питались пернатые динозавры. Как известно, меловой период закончился резким падением температуры на нашей планете, отчего и вымерли все представители динозавров, однако первые птицы выжили – развитое оперение и разделенное между собой кровообращение (артериальное и венозное) позволило им сохранять температуру тела независимо от солнечного тепла. А крылья облегчили перемещение из бедных пищей районов в богатые, из холодных – в теплые. Оперенные сухопутные динозавры также пытались утеплить свое тело при помощи перьев, но то ли эволюционировали слишком медленно, то ли их модернизация остановилась на достигнутом – тем не менее, именно эпоха динозавров породила современных птиц.