Вредоносное ПО (malware) - это назойливые или опасные программы,...
Многие учёные считают, что птицы произошли от мелких динозавров-тероподов. Главным здесь стало появление перьев = в результате некоторые бегающие и лазающие животные обрели способность летать.
Первой собственно птицей учёные считают археоптерикса, впервые обнаруженного в 1861 году. Судя по внешнему виду, он походил на нечто среднее между пресмыкающимся и птицей с зубастым клювом, длинным костным хвостом и ярко выраженным оперением. В последние годы были найдены остатки и других пернатых рептилий.
Самые первые пернатые птицы.
Птичье оперение выполняет две важные функции: согревает птиц и помогает им летать. Те перья, что служат для обогрева, обычно короче и мягче, а те, с помощью которых птицы летают — так называемые маховые, — более крупные и изогнутые в форме опахала. Вряд ли оперение обоих видов появилось у пернатых одновременно. Первыми у них почти наверняка отросли теплозащитные перья, а следом за тем, спустя миллионы лет, некоторые из них обрели иную, совершенно особую форму, предназначенную как раз для полёта. Когда точно появилось оперение — неизвестно. По уверением некоторых палеонтологов, некое подобие перьев обнаруживается уже у — пресмыкающегося, жившего в , впрочем, большинство учёных в том до конца не убеждены. Самым убедительным доказательством в этом смысле служит наличие оперения как такового у небольших теропод, чьи окаменевшие остатки были недавно обнаружены в Китае. На одном из них — синозавроптериксе — сохранились явные признаки короткого пушистого оперения в виде длинного гребешка, тянувшегося вдоль шеи и всей спины. Это был уже пернатый динозавр, но летать он, вполне очевидно, ещё не умел.
Оторвавшись от земли.
Синозавроптериксы появились несколько позднее археоптериксов, из чего явствует, что первые не были их прямыми потомками. Между тем, судя по наличию у предков летающих птиц пушистого оперения, легко себе представить как они выглядели задолго до полного оперения. Но куда более важно даже не это, а то, как развивались крылья и, самое главное, зачем? Согласно одной из теорий, крылья развивались у предков нынешних пернатых как особое приспособление для охоты на насекомых и прочего мелкого зверья. Так вот, по этой самой теории, первоптицы, силясь настигнуть жертву, отрывались от земли и настигали её в прыжке, уже в воздухе. Затем, следуя той же теории, много времени спустя передние лапы у первоптиц стали обрастать перьями, что помогало им сохранять равновесие или, быть может, удерживать добычу. Перья мало-помалу вытягивались, а мышцы на передних лапах крепли. Так, вероятно, и возникли животные, которым в один прекрасный день достало сил оторваться от земли.
Авимим (слева) был пернатым тероподом, однако летать он не умел. Археоптерикс (в центре) был поменьше и полегче, и к тому же с хорошо развитыми маховыми перьями. По сравнению с археоптериксом у современных птиц, вроде голубя (справа), нет ни зубов, ни когтей на крыльях, за исключением, может быть, гаоцина, да и хвосты у них заметно короче..
Древесные летяги.
Эта «приземлённая теория» основывалась на некоторых характерных признаках, выявленных у археоптерикса, — например, необычайной крепости лап. Впрочем, по мнению большинства палеонтологов, современные птицы произошли от пресмыкающихся, живших не на суше, а на деревьях. С развитием исключительно длинных перьев такие животные обрели способность парить в воздухе, что позволяло им легко передвигаться по лесистой местности, не спускаясь наземь. Ну а со временем они научились летать по-настоящему — размахивая крыльями. Но и на то, чтобы наловчиться парить, у пресмыкающихся ушло немало времени. Это удавалось, к примеру, целурозавравусам и другим древесным пресмыкающимся; то же самое можно сказать и про некоторых современных ящериц. И сторонники «древесной» теории считают это прямым доказательством, что первоптицы начинали с того же самого.
На крыльях у археоптерикса были асимметричные, вернее, искривлённые перья, как у современных птиц. Перья, подобные этим, помогают птицам взлетать, когда ветер обдувает их, а это, в свою очередь, подтверждает, что археоптерикс умел летать.
Вес и полёт.
Чтобы парить, много сил не надо, а вот махать крыльями — дело не из лёгких. Со временем в анатомии первоптиц произошли серьёзные изменения, благодаря которым они научились не только подолгу оставаться в воздухе, но и стали разительно отличаться от своих предков — динозавров. В этом смысле эволюция пошла по совершенно иному пути. И по мере своего развития первоптицы всё больше времени стали проводить в воздухе. Благодаря тем же самым переменам, птицы избавились от лишнего веса. Кости у первоптиц по большей части срослись, за счёт чего скелет у них немного облегчился. Подобно их предкам — тероподам, кости у первоптиц были полые, заполненыне воздухом — со временем воздушные полости расширялись, особенно по направлению к крыльям и лапам. Кроме того, у них расширилась грудина и окрепли грудные мышцы, которые обеспечивали полёт, а также — треугольная вилочка, или дужка, подпиравшая грудину во время полёта. Подобные анатомические перемены оказались вполне удачными. В меловом периоде птицы буквально заполонили Землю, тем более что время пресмыкающихся близилось к роковому концу. Поэтому птицы оказались единственными уцелевшими потомками динозавров.
Археоптерикс очень напоминал , маленького теропода. Считалось, что ископаемые остатки археоптерикса, найденные в 50-х годах XX века, принадлежат компсогнату, пока рядом с ними не были обнаружены едва различимые очертания перьев.
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.
| |
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.
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.
