Известные события и факты из палеонтологической истории птиц, часть 1
Орнитолог, кандидат биологических наук Сергей Николаевич Баккал
Палеонтология более 200 лет пытается хотя бы предположительно воссоздать историю жизни на Земле. Среди невероятного числа групп вымерших организмов, открытых палеонтологами, наибольшей известностью пользуются динозавры. На сегодняшний день ученые выделяют свыше 1000 видов динозавров, которых относят к двум группам – растительноядным и плотоядным ящерам.
Всю историю Земли от ее возникновения (примерно 3500 миллионов лет назад) уже давно договорились делить на эры. Эпоха динозавров охватывает большую часть мезозойской (средней) эры. Она в свою очередь состоит из трех периодов – триасового (256-208 млн. лет назад), юрского (208-146 млн. лет назад) и мелового (146-65 млн. лет назад). Но рептилии (пресмыкающиеся) существовали на Земле еще до появления динозавров.
Уже в начале триасового периода возникало множество новых видов, охотившихся на неповоротливых растительноядных животных. Судя по морфологическим особенностям находок, у древнейших рептилий лапы располагались по бокам туловища, как у большинства современных ящериц. Им на смену пришли архозавры ("господствующие ящеры").
Одна группа этих далеких предков отличалась от прочих строением тела: их конечности находились вертикально под туловищем. Вероятно, отсюда и берет начало та удачная скелетная конструкция, которую мы находим у их потомков – динозавров ("ужасных ящеров"). К середине триасового периода по земле уже разгуливали первые настоящие динозавры. Однако расцвет их эпохи пришелся на юрский и меловой периоды, когда численность и разнообразие видов этих рептилий достигли апогея.
Архозавры в мезозойскую эру были не только разнообразной, но и многочисленной группой рептилий, в которую включают текодонтов (лунчатозубых), динозавров, крокодилов и летающих ящеров – птерозавров. Именно в эту эру происходили попытки рептилий подняться в воздух. Одна из таких попыток была связана с появлением высокоспециализированных существ, приспособившихся к жизни в воздухе – птеродактилей, летавших при помощи кожных крыльев (как у современных летучих мышей).
Останки их найдены в верхнеюрских и меловых отложениях Западной Европы, Восточной Африки, Америки и Австралии. В России в 2005 году в Поволжье тоже были обнаружены кости мелкого птеродактиля, жившего 120 миллионов лет назад. Крупные же птеродактили имели размах крыльев более 15 метров, а вес – около 250 килограммов. Они были слишком тяжелыми, чтобы хорошо летать, и, вероятно, как современные морские птицы альбатросы, использовали механизм парения. Их крылья представляли собой складки кожи, натянутые между боками тела и одним из непомерно удлиненных пальцев передних конечностей.
Одна из старейших птиц – археоптерикс. Вероятно, неплохо лазал по деревьям
Существует предположение, что некоторые виды летающих ящеров в меловом и юрском периоде охотились на рыбу способом, которым пользуются современные птицы-водорезы. Во время кормежки они летали низко над самой водой, опустив в нее часть удлиненного клюва, и как черпаком выхватывали добычу. Эти рептильные существа все же обладали некоторыми прогрессивными птичьими чертами – тонкими полыми костями, легким (хотя и относительно длинным) черепом и выростом грудины (килем), что делало их скелет чем-то похожим на птичий. Тем не менее, в конце концов, они вымерли.
Сейчас палеонтологи полагают, что примерно в одно время с млекопитающими птицы стали ответвляться от рептилий. До недавнего времени существовало две точки зрения по поводу той группы рептилий, которых можно считать предками птиц. По одной распространенной точке зрения считают, что такими предками были текодонты, или псевдозухии, от которых взяли начало все другие более высокоорганизованные архозавры.
Из триаса было описано несколько существ похожих по внешним признакам на ящериц (например, Эупаркерия), ведущих наземный образ жизни. Быстро бегая, они опирались о почву только задними конечностями, которые были длиннее передних. Кроме того полагают, что в особенностях строения их черепа, таза и задних конечностей были зачатки «птичьих» признаков. Но до сих пор палеоорнитологами не обнаружено тех промежуточных форм, которые бы дали картину последовательных стадий развития оперения и образования крылоподобной передней конечности.
В одном из предположений допускается, что переход к древесному образу жизни, когда животные приспосабливались к прыжкам с ветки на ветку, сопровождался изменением структуры роговых чешуй (наиболее типичном покрове рептилий). Изменение и усложнение чешуй происходило в области передних и задних конечностей и, кроме того, по бокам тела и хвоста, благодаря чему удавалось увеличить длину прыжка за счет планирования.
Отпечаток скелета археоптерикса
Со временем чешуи преобразовались в перо. Благодаря оперению крыла и хвоста могла появиться возможность планирующего, а в дальнейшем и активного (машущего) полета. Однако то оперение, которое покрывало тело, развивалось не для полета, а как приспособление для сохранения тепла. По другой, менее распространенной гипотезе, предками птиц считают целурозавров – мелких бегающих ящеротазовых динозавров (описанных из юрского периода), имевших также отношение к псевдозухиям.
Развитие перовых структур у целурозавровых динозавров некоторыми принимается за доказательство происхождения птиц от теропод (хищных динозавров).
В популярных изданиях вопрос о происхождении птиц сейчас все еще преподносится однозначно – птицы произошли от динозавров. Теория происхождения птиц от динозавров была основана на идее, что плотоядные динозавры-тероподы, двуногие ящеры с трехпалой ступней, получили преимущество благодаря:
1) развитию привычки питаться растительной пищей;
2) развитию перьевых образований, прежде всего для того, чтобы находиться в тепле;
3) использованию деревьев в качестве защиты
Отпечаток скелета археоптерикса
Это была небольшая ступень к развитию способности летать и навыков планирования. Но в научной печати эта проблема не решается столь однозначно: вопрос о предках птиц и эволюции «птичьих» признаков дискутируется постоянно. В последние десятилетия объем палеонтологических данных по ископаемым птицам и знания о тероподах значительно расширились.
Тем не менее, до сих пор не удается указать конкретную группу рептилий, которых можно было бы считать прямыми предками птиц. Обособление птиц от пресмыкающихся происходило, вероятно, около 200 миллионов лет назад. Совсем еще недавно считалось, что самые древние из известных птиц – Археоптериксы.
Когда на территории нынешней Баварии в Германии в 1860 году нашли ископаемое перо, уже тогда возникло научное название существа, которому оно принадлежало – «Древнекрыл». Через год в том же месте в слоистых плитах известняка возрастом 150 млн. лет был найден скелет с хорошо заметными отпечатками оперения.
Следующая находка была сделана через 15 лет, затем – только через 75 лет, а последняя – в 1992 году. Сейчас известно 7 скелетов археоптериксов, хорошо дополняющих друг друга для возможной реконструкции существа размером, примерно, с сороку.
Разногласия между учеными начались с существенной проблемы – хорошо или плохо летал археоптерикс, и вообще – это птица или рептилия с перьями?Читатель, если он не специалист в области палеонтологии, вряд ли представляет, сколько уходит времени, чтобы усвоить материалы этой науки, сколько требуется умственного напряжения для «расшифровки» окаменевших остатков из отдаленных эпох. Изучали археоптерикса довольно основательно, и заключили, что его предками должны были быть тероподные динозавры. Его кости имели плотное строение, на челюстях был ряд мелких конических зубов, сидевших в альвеолах (как у текодонтов).
Мозговая коробка имела увеличенные размеры и, вероятно, мозг был крупнее, чем у его рептильных предков. Хвост состоял из длинного ряда цилиндрических позвонков, как у мелких двуногих динозавров из группы теропод, а перья крепились вдоль хвоста (главный признак ящерохвостых птиц).
Реконструкция скелета ихтиорниса
У современных птиц (веерохвостых) рулевые перья укреплены на укороченной костной основе – пигостиле, которого у археоптерикса не было. Таз и пропорции костей конечностей имели большее сходство с динозавровым типом строения. Судя по морфологии задних конечностей, он, с одной стороны, выглядел как наземное бегающее животное, а по строению длинных пальцев на крыльях с большими изогнутыми когтями мог иметь отношение к древесным формам, приспособленным к лазанию по вертикальным стволам. Асимметричное строение его первостепенных маховых перьев могло указывать на то, что он был хорошим летуном.
То обстоятельство, что опахала на разных сторонах от стержня пера имеют разную ширину, придает крылу необходимые аэродинамические свойства и увеличивает подъемную силу при полете. Обратили внимание и на структуру костей плечевого пояса – лопатки и вилочки (сросшиеся ключицы; при работе крыльев действует как рессора), которые также обеспечивали полетные свойства археоптерикса.
В то же время у археоптерикса сохранилась уникальная особенность тероподных динозавров, отличающая их от всех наземных четвероногих: в передней конечности у них сохранился первый, второй и третий пальцы. А у веерохвостых птиц (к ним относятся не только все современные, но и некоторые вымершие) в кисти остались второй, третий и четвертый пальцы.
Многие из тех, кто занимался проблемой археоптерикса, считали его оперенной рептилией, и только по наличию перьев и некоторых особенностей скелета соглашались относить его к птицам. Другие исследователи отрицали археоптерикса как предка для всех остальных птиц и считали эту линию эволюции тупиковой. Веские подтверждения этому представили недавно и российские ученые.
Реконструкция скелета энанциорниса (нананциуса)
Теперь мы знаем, что у археоптерикса не сохранилось ни одного из типичных (прогрессивных) признаков настоящих птиц, в том числе связанных с характерным для него оперением. И это указывает на отсутствие прямых родственных связей между веерохвостыми птицами и тероподными динозаврами (вместе с археоптериксом), то есть на их независимое происхождение.
Уже через 50 миллионов лет птицы значительно изменились по сравнению с рептилиеобразным археоптериксом и далеко ушли в сторону от него. Примером могут быть Ихтиорнисы и Гесперорнисы.
Своеобразные ихтиорнисы внешне напоминали современных крачек и обитали около 100 миллионов лет назад по берегам огромных внутренних морей североамериканского континента. Главной их особенностью было то, что они довольно хорошо летали. Скелет крыла – как у типичных летающих птиц, грудина с хорошо развитым килем, имелся пигостиль. Гесперорнисы («западные птицы»), жившие примерно в то же время на внутренних американских морях, напоминали очень крупных гагар или поганок – до 1.5 метра.
В отличие от ихтиорнисов они не летали, но энергично плавали, используя мощные задние конечности. У них сохранялись типичные рептильные признаки: верхние и нижние челюсти были снабжены острыми зубами, расположенными в общем желобке, а кости скелета были толстостенными.
Эти птицы были обнаружены в глинистых сланцах Канзаса, относящихся к меловому периоду, а их отдельные кости находили вплоть до Канадской Арктики. Впоследствии было установлено, что эти крупные хищники были не только морскими, но и пресноводными, и кроме Северной Америки жили на территориях современной Швеции, России, Казахстана и Монголии.
Реконструкция скелета протоависа
Примерно к тому же временному отрезку относится находка птицы, имевшей сходство с современными бакланами, а в Скандинавии было обнаружено что-то похожее на примитивного фламинго. Кстати, и в дальнейшем останки водных и околоводных птиц встречались чаще и составляли подавляющее большинство находок. А вот древесных и наземных птиц находили значительно меньше, что определялось, вероятно, неблагоприятными условиями захоронения их на суше.
Но, как уже упоминалось выше, последние несколько десятилетий оказались весьма успешными и даже сенсационными для палеонтологов, проявляющих интерес к ископаемым оперенным существам. В 1981 году произошло событие, случайное и непредвиденное, когда в отложениях позднего мелового периода в Аргентине были обнаружены первые Энанциорнисы, у которых строение скелета было настолько необычным, что некоторые специалисты даже усомнились в их реальности.
Какие могли быть основания к недоверию? Дело в том, что как перед этими событиями, так и позднее, палеонтологи неоднократно оказывались свидетелями отдельных фальсификаций, а иногда даже шумных компаний, которые никак не соответствовали действительным фактам. То ли в погоне за сенсацией, то ли просто, будучи шутниками или злостными обманщиками, таким «изобретателям» на какое-то время удавалось посеять сомнение среди отдельных специалистов и даже в широких научных кругах.
Бывало и так, что они упорно и энергично доказывали то, чего никогда не было. Конечно, к ним не имеют никакого отношения те, кто про столь отдаленные эпохи создавали «правдивые» художественные повествования, в которых частично использовалась авторская фантазия, как мы находим это в произведениях А. Конан-Дойла, И. Ефремова, А. Линевского и т.д.
Реконструкция внешнего вида протоависа
Но, если дело касается научного исследования, то домысливание всегда потребует наличия дополнительных подтверждений – и обязательно! – совершенно неоспоримых фактов.
Если же их нет, то домысливание неминуемо превращается в вымысел, а это уже опорочивает все исследование. Но в случае с энанциорнисами никаких искажений или ошибок не было. Само название в переводе с греческого означает «противоположные птицы». При дальнейших исследованиях оказалось, что энанциорнисы были широко распространены в меловом периоде, что подтвердилось большим числом находок почти на всех континентах: в Китае, Монголии, Испании, Австралии, Узбекистане, в США и на Мадагаскаре.
Были формы древесные, береговые, плавающие, бегающие и прибрежные. Все имели хорошо развитые крылья, были хорошо летающими птицами и, возможно, доминировали в мелу. Но в чем же «противоположность»? Прежде всего, в их необычной анатомии.
Они имели совершенно специфические (характерные только для них) детали строения – например, тип сочленений между костями плечевого пояса, задних конечностей, особый тип строения костной основы хвоста. Вместе с этим, строение их черепа и позвонков также никак не позволяло предположить, что из всех этих структур могли произойти подобные образования у настоящих веерохвостых птиц. То есть все, что было достигнуто энанциорнисами, происходило параллельным эволюционным путем.
Оказалось, что морфология «противоптиц», к тому же, имеет много общего с археоптериксом и, вероятно, это повод, чтобы обе зти группы объединять родственными отношениями. Если даже считать энанциорнисов потомками археоптериксов, то это направление в эволюции не привело их к настоящим веерохвостым птицам. Все энанциорнисы вымерли к концу мелового периода. Их совсем не находили ни в Европе, ни в Северной Америке в хорошо известных авифаунах начала кайнозоя.
С другой стороны, недавние палеонтологические находки в Китае показали, что сами настоящие птицы жили одновременно с «противоположными птицами»-энанциорнисами и археоптериксом на протяжении всего мелового периода. Так родилась новая гипотеза: археоптерикс и его родственники энанциорнисы относятся к боковой и тупиковой линии в эволюции птиц. А корни современных птиц следует искать значительно глубже в геологической истории.
Когда в 1986 году в Техасе в позднетриасовых отложениях, имеющих возраст около 225 млн. лет, нашли остатки двух экземпляров ископаемого позвоночного с тяжеловатыми и плотными костями, длинным хвостом и большой головой, все это (и многое другое) не помешало поставить его в один ряд среди весьма вероятных предков настоящих птиц.
Так мог выглядеть предок птиц
Протоавис – так назвали это существо – достигал размеров современного фазана (скелет длиной около 70 см).
Он имел легкий для ранних архозавров череп с пневматизированными костями, огромные глазницы, большую мозговую полость и киль на широкой грудине.
Кроме этого, он обладал и другими прогрессивными чертами птичьей морфологии. Правда, скелет передней и задней конечности протоависа только условно можно было назвать птичьим крылом и лапой. Но, самое главное – они обладали такими особенностями строения, из которых эволюционно могли возникнуть и птичье крыло, и птичья лапа.
Это удивительное животное могло неплохо летать, хотя его крылья были несколько короче, чем у археоптерикса. Предположительно он имел высокий уровень нервной организации, объемное зрение и обладал сложным голосом.
По многим признакам протоавис был гораздо прогрессивнее археоптерикса, хотя был древнее его на 75 млн. лет. И все же происхождение протоависа остается до сих пор неясным. Ученые склоняются к мысли о связи его с еще неизвестными тероподами.
А может быть его следует относить к особой группе архозавров? Но новые данные позволяют полагать, что протоавис принадлежит к птицам и может быть когда-нибудь окажется, что именно он – предок всех позднее появившихся птиц. Пока что среди текодонтов он лучший «кандидат» на роль птичьего предка.
Сергей Баккал
Читать часть 2. Как птицы научились летать
