«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.

Охота на предков живых птиц началась с обнаружения Археоптерикса, первой известной птицы, обнаруженной в начале 1860-х годов. Как и у птиц, у него были перья вдоль передних лап и хвоста, но в отличие от современных птиц, у него также были зубы и длинный костлявый хвост. Кроме того, многие кости в руках, плечевых поясах, тазе и ногах Археоптерикса были разделены, не сливались и не уменьшились, как у современных птиц. Основываясь на этих характеристиках, Археоптерикс (Archaeopteryx) был признан промежуточным звеном между птицами и рептилиями.

В 1970-х годах палеонтологи заметили, что археоптерикс разделял уникальные черты с маленькими плотоядными динозаврами, называемыми тероподами. Все группы динозавров на этой эвограмме, кроме орнитишских динозавров, являются тероподами. Основываясь на таких схожих чертах, ученые предположили, что, возможно, тероподы были предками птиц. Когда палеонтологи начали строить эволюционное дерево для изучения вопроса, они еще больше убедились в этом. Птицы — это просто ветка идущая от ветки динозавров на древе жизни.

Поскольку птицы эволюционировали от динозавров теропод, многие из их особенностей были изменены. Однако важно помнить, что животные не «пытались» быть птицами в каком-то смысле. Фактически, чем ближе мы смотрим, тем более очевидно, что набор особенностей, характеризующих птиц, эволюционировал с помощью сложной серии шагов и выполнял различные функции на этом пути.

После появления на сцене жизни Археоптерикса птицы продолжали развиваться в тех же направлениях, что и их предки тероподы. У многих видов кости сильно уменьшились и «спаялись», что, возможно, помогло повысить эффективность полета. Точно так же стенки костей стали еще тоньше, и перья стали длиннее, а их лопасти асимметричными, вероятно, таким образом они еще улучшили свои аэродинамические способности. Кости в хвосте практически полностью исчезли, их заменил пучок перьев на хвосте и в конечном итоге взял на себя функцию улучшения стабильности и маневренности. Грудной киль, который присутствовал у непишевых динозавров, стал более прочным и более сложным по структуре, а кости плечевого пояса развились, и соединились с грудной клеткой, закрепив аппарат полета передних конечностей. Сама грудная кость стала больше и развила центральный киль вдоль средней линии груди, к которой крепились мышцы, управляющие полётом. Передние лапы эволюционировали, и стали длиннее ног, так как основная форма передвижения переключалась с бега на полет, а зубы исчезли у ранних птиц. Родоначальник всех современных птиц жил когда-то в конце мелового периода, а 65 миллионов лет с момента вымирания остальных динозавров, эта ветвь разрослась в основные группы птиц, живущих сегодня.

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.

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

В одном из моих предыдущих обзоров , 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.

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 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

Современные птицы сильно отличаются от родственных им позвоночных. До недавнего времени их происхождение было одной из великих тайн биологии. Перья, беззубые клювы, полые и глубокие грудные кости являются лишь частью особых признаков, которых нет у других животных. Наблюдение за птицами не объясняет, как у них появились перья и способность к полету. За последние десятилетия появились новые открытия и новые методы исследования, которые позволили палеонтологам совершить несколько открытий. Найденные в районе Китая, Южной Америки окаменелости, а также образцы, хранящиеся в музеях, которые теперь можно изучать с помощью новых технологий, стали причиной возникновения очередной волны интереса к изучению истории эволюции птиц. Благодаря этому, ранее появилась теория их происхождения от мелких обитавших на Земле в конце юрского периода.

Начало исследования возникновения птиц

Ученые принялись размышлять об эволюции птиц, начиная с того времени, как Чарльз Дарвин изложил свою теорию эволюции в работе «О происхождении видов». В 1861 году, год спустя после публикации трактата Дарвина, древнее птичье перо было найдено в баварских известняковых отложениях, возраст которых составлял около 150 млн лет. В следующем году был найден скелет животного, у которого были птичьи крылья и перья, очень длинный костлявый хвост и челюсть с зубами. Он был найден в том же регионе. Окаменевший скелет был назван археоптериксом. Он стал первым найденным древнейшим животным с оперением. Скелетная анатомия археоптерикса давала четкие доказательства, что предками птиц были динозавры, но в 1861 году ученые еще не смогли установить эту связь. Тогда и началось изучение эволюции птиц и охота за предками современных видов пернатых.

Анатомическое строение археоптерикса

Окаменелость была обнаружена в начале 1860 годов. Долгое время знаменитая находка из поздней юры была уникальной. Она единственная могла дать какую-то информацию о том, как мог произойти эволюционный переход от рептилий к птицам, поскольку в ней сочетались признаки как птицы, так и рептилии. У строения археоптерикса было много общего со строением птиц. Например, перья вдоль передних лап, ставших крыльями. Но, в отличие от современных видов, также присутствовали зубы и костистый хвост.

Первые теории о животных юрского периода

Стоит отметить, что многие из костей животного, в том числе передних лап, плечевого пояса, таза и ног, были отчетливыми, не сросшимися, как у его потомков. Несколько лет спустя Томас Генри Хаксли стал первым ученым, кто нашел связь между строением птиц и динозаврами. Он сравнивал задние конечности гигантского динозавра с изображением страуса и отметил 35 признаков, доказывающих, что они связаны друг с другом. Хаксли представил свои результаты Геологическому обществу. Но в 1870 году в Лондоне палеонтолог Гарри Говье Сили решил оспорить гипотезу происхождения птиц и их родство с динозаврами. Сили предположил, что задние конечности страуса и динозавра могут выглядеть похожим только потому, что эти животные были большими и двуногими, а свои задние конечности использовали в сходных условиях. Кроме того, динозавры были даже больше, чем страусы, и никто из них не мог летать. У ученого возникал вопрос, как тогда могут летать птицы, если они эволюционировали от динозавра.

Теория Герхарда Хайльмана

Тайна вновь заинтересовала ученых спустя приблизительно полвека. В 1916 году Герхард Хайльман, медицинский врач, интересующийся палеонтологией, опубликовал на датском языке блестящую книгу об истории происхождения птиц, которая в 1926 году была переведена на английский под названием “Происхождение птиц”. Хайльман показал, что пернатые были анатомически более похожи на динозавров-тероподов, чем на любую другую ископаемую группу. Но существовало одно неизбежное несоответствие: у тероподов явно отсутствовали ключицы, те самые, которые сливаются в вилочку у птиц.

Недостатки теории Герхарда Хайльмана

Из-за того факта, что у других рептилий имелись ключицы, Хайльман предположил, что тероподы, в частности триасовые псевдозухии, по какой-то причине потеряли их. Для него эта потеря означала, что птицы не могли развиться от этого вида динозавров. Потому он был убежден, как позже выяснилось, ошибочно, что функция ключиц, потерянная во время эволюции, не может быть восстановлена. Птицы, утверждал он, должны были развиться из более архаичной рептильной группы, у которой были ключицы.

Как ранее Сили, Хайльман пришел к выводу, что сходство между птицами и динозаврами должно просто отражать тот факт, что обе группы были двуногими. Его выводы повлияли на палеонтологические исследования и в течение длительного времени были приоритетными, хотя новая появившаяся информация и опровергла некоторые факты. Но до сих пор некоторые ученые придерживаются именно ее. Два отдельных исследования показали, что тероподы действительно имели ключицы. В 1924 году был опубликован анатомический рисунок необычного теропода с попугайным оперением. Он был назван овираптором, и его существование опровергало теорию Хайльмана.

Новые доказательства

В 1936 году Чарльз Камп из Калифорнийского университета в Беркли нашел останки небольшого теропода раннего юрского периода и хотел поставить точку в истории с ключицами. Но доказательство ошибочности теории Хайльмана было мало кем признано. Недавние исследования нашли ключицы у многих тероподов. Исходя из строения птиц в настоящее время, а также в результате ряда исследований, археоптерикс был назван промежуточным звеном в истории эволюции пернатых. Но оставался вопрос: между какими именно рептилиями? Дальнейшие ископаемые птицы найдены в слоях ниже раннего мела. Большинство из них были обнаружены с начала 1990 годов, главным образом в Китае. Между тем известно более тридцати видов птиц из мелового периода. Кроме того, было обнаружено большое число маленьких динозавров, передвигающихся на двух ногах с характерными для древних птиц чертами. Таким образом, разрыв между динозаврами и птицами благодаря изучению окаменелостей стал значительно меньше.

Теория Острома

Наконец, спустя столетия после спорной презентации Хаксли для Геологического общества Лондона, Джон Х. Остром из Йельского университета возродил идею о том, что птицы были связаны с тероподами. Он прямо предположил, что пернатые являются их прямыми потомками. В конце 1960-х годов Остром описал скелетную анатомию хищного теропода дейнониха, который был размером с человеческого подростка и обитал на Земле около 115 миллионов лет назад, в эпоху раннего мела. В дальнейших своих опубликованных работах Остром продолжил определение анатомии птиц и группы особенностей, которые они, включая археоптерикса, делили с дейнонихом и другими тероподами, но не с другими рептилиями.

На основе этих данных он пришел к выводу, что птицы происходят непосредственно от маленьких динозавров-тероподов. После выдвижения теории Остром продолжал собирать свои доказательства происхождения пернатых от тероподов. Он использовал новый метод расшифровки отношений между организмами, применяя его в музеях естественной истории в Нью-Йорке, Париже и других местах. Этот метод получил название кладистики или филогенетической систематики. Поскольку он стал стандартом для сравнительной биологии, его использование строго обосновывало выводы Острома.

Исследования 1970-х годов

В 1970-х годах ученые продолжали интересоваться некоторыми общими уникальными особенностями археоптерикса, которые роднят его с некоторыми животными юрского периода. В их числе оказались те самые малые плотоядные динозавры, передвигающиеся на двух ногах, которые получили название тероподов. Внимательно изучив эти черты, ученые вновь выдвинули теорию, что, возможно, они были предками птиц. Ведущие палеонтологи построили эволюционные деревья, и после этого оказались еще более убеждены в своей правоте.

Что такое кладограмма

Эти деревья, иначе известные как кладограмма, являются современным золотым стандартом в анализе эволюционных отношений между животными. Сам метод получил название кладистика. Практикующие кладистики определяют эволюционную историю группы животных, изучая различные виды признаков. В процессе эволюции у какого-то животного может появится новая, генетически определенная черта, которая будет передана его потомкам. Следовательно, палеонтологи могут заключить, что две группы, однозначно разделяющие набор таких новых или полученных черт, более тесно связаны друг с другом, чем с животными, которые этих черт лишены. Узлы или точки ветвления на кладограмме указывают на появление линии с новым набором производных признаков. В результате, птицы показались ученым просто веткой на древе жизни динозавров. В работах Дж. Острома в середине 1970-х годов тероподы получили статус наиболее вероятной группы для предков птиц. Поэтому сегодня идея о том, что птицы являются пернатыми динозаврами, практически не оспаривается среди эволюционных теоретиков.

Особенности метода кладистики

Традиционные методы группировки организмов по принципу сходства и различия могут исключить вид из группы только потому, что он имеет черты, которые не были найдены у других членов. В противоположность этому, группы кладистики были основаны исключительно на определенных группах общих черт, которые особенно информативны. Этот метод начинается с дарвиновской заповеди о том, что эволюция продолжается, когда появляется новая наследственная черта в некоторых организмах, которая и передается генетически его потомкам. Предписание указывает, что две группы животных, разделяющие такие новые черты, более тесно связаны друг с другом, чем те, что разделяют только оригинальные, но не производные, переданные по наследству. Определяя общие производные черты, практики-кладистики могут определять отношения среди изучаемых организмов. Результаты таких анализов, которые обычно исследуются, могут быть представлены в виде кладограммы. Древовидная диаграмма, изображающая порядок, в котором появлялись новые характеристики и новые существа, отражают тот порядок, в котором происходила эволюция.

Причина появления перьев у птиц

По мере эволюции птиц и их удаления от динозавров, названных тероподами, множество их особенностей изменялись и совершенствовались. Если присмотреться внимательнее, становится совершенно очевидно, что набор этих характерных признаков долго развивался и служил для выполнения определенной функции. Например, появление оперения у маленького теропода было связано с необходимостью изоляции определенных участков кожи и сначала больше напоминали волосы. На первых птичьих перьях, возможно, присутствовали различные цветовые узоры. Есть версия, что они были предназначены для камуфляжа, распознавания своего вида и других функций.

Сравнение анатомических структур птиц и динозавров

Сравнительная анатомия птиц и тероподов помогла связать их друг с другом. Она также выявила некоторые способы изменения этих характеристик, поскольку динозавры стали более близки к птицам, а птицы оказались более современными. Например, в области таза лобковая кость, первоначально направленная вперед, позже смещается вертикально или назад. В передних лапах относительные пропорции костей оставались довольно постоянными у ранних птиц, но запястье изменилось. У некоторых видов кость в запястье приняла форму полумесяца. В результате ее форма способствовала возможности взлета. Широкая бумерангообразная вилочка у первых оперенных динозавров стала тоньше и образовала более глубокую дугу, когда эта особенность стала необходима для полета.

Общие признаки динозавров и птиц

Исследования Готье, проведенные в последнее время, демонстрируют, что многие функции, которые традиционно считаются принадлежащими только птицам, фактически появились до них, у их предков — тероподов. Многие из этих свойств помогли своим первоначальным обладателям выжить. Эти же черты и некоторые другие были в конечном итоге использованы или преобразованы для полета и жизни на деревьях. Птичьи характеристики тероподов, которые эволюционировали до птиц, не проявлялись сразу, а некоторые присутствовали до того, как появились сами тероподы. Они были еще у динозавров, существовавших ранее. Например, непосредственный предок тероподов был двуногими и передвигался как птица. Он был маленьким и плотоядным. У него были передние лапы, как и у ранних птиц. Кроме того, второй, а не третий палец, как у других рептилий, был длиннее. У предков динозавров голеностопный сустав стал шарнирным, а кости стопы — удлиненными. Многие из изменений в строении ног, как полагают, повлияли на увеличение длины шага и скорость бега. Это свойство в один прекрасный день поможет птичьим тероподам взлететь.

Самая большая в мире летающая птица и самая маленькая

Гигантские птицы обитали на Земле свыше 6 млн лет назад. Самой большой в мире летающей птицей был аргентавис. Он обитал в Аргентине и относился к семейству соколиных. Взрослая птица достигала 2 метров в высоту, а ее череп был примерно полметра в длину. Огромные крылья в размахе были как трехэтажный дом. Самая маленькая птица существует и сейчас. Это широко известный вид — колибри-пчелка. Длина его тела обычно не превышает 6 см. Место обитания колибри — степные районы бразильской провинции Минас-Жерайс. Самая маленькая птица питается нектаром цветов и очень быстро машет крыльями, как пчела, потому и получила такое название.