В течение 150 миллионов лет летающие рептилии под названием птерозавры правили небом. Это были первые позвоночные, которые научились летать. Птерозавров можно назвать одним из лучших творений эволюции. Некоторые из них имели размах крыльев такой же, как у небольшого самолёта.

Существовало более 150 поразительных видов птерозавров, которые заселили весь земной шар, оставив удивительные следы их существования на каждом континенте. Все они вымерли 66 миллионов лет назад. Палеонтологи до сих пор находят окаменелости этих доисторических «самолётов».

Хотя птицы, вероятно, произошли от динозавров, но динозавры, прародители птиц, не могли летать. Правда, в эти времена существовало много летающих рептилий. Этих рептилий называют Птерозавры.

Самые известные из них:

Плезиозавр, Птеранодон, Птеродактиль, Диморфодон, Рамфорхинчус, Кетцалькоатлус и многие другие.

Птерозавры.

(правильное произношение названия PTER-o-SAWRS) Птерозавры (означает «крылатая ящерица») — доисторические рептилии, которые умели летать. Хотя птерозавры были тесно связаны с динозаврами, но всё — таки к динозаврам они не относятся. Название «Птерозавр» придумал палеонтолог Ирван Кауп в 1834 году.

Когда динозавры эволюционировали в птиц, то они резко уменьшили свои габариты. Велоцераптор (Velociraptor) — это динозавр, который, как считают учёные, был прародителем многих видов птиц. Многие исследователи часто называют Археоптерикса первой птицей.

Современные птицы произошли от группы двуногих динозавров, известных как тероподы, членами которых являются сам тираннозавр-рекс и более мелкий велоцираптор. Тероподы наиболее тесно связаны с птицами. Весили они от 45 до 225 кг – это просто гиганты по сравнению с большинством современных птиц. Также у них были большие морды, большие зубы и маленькое расстояние между ушами. Например, у велоцираптора был череп, похожий на череп современного койота, а мозг был размером с мозг голубя.

На протяжении десятилетий единственным ископаемым, которое доказывает связь между птицами и динозаврами для палеонтологов был археоптерикс, гибридное существо с пернатыми крыльями, но с очень большими зубами и длинным костистым хвостом, как у динозавра. Эти животные, похоже, приобрели свои птичьи черты (крылья и перья) всего за 10 миллионов лет — это не так много для эволюции «Археоптерикс, по-видимому, имел все характеристики современных птиц», — сказал Майкл Бентон, палеонтолог из Бристольского университета в Англии.

Черты сходства между птицами и пресмыкающимися
Легко убедиться в сходстве между классами птиц и пресмыкающихся. У тех и других кожа почти лишена желез, но защищена роговыми чешуйками – у пресмыкающихся и перьями – у птиц. Отметим, что у птиц чешуйки развиты на неоперенных частях кожи (цевках). Перья птиц также являются роговыми образованиями, развившейся из чешуи. Оба класса относятся к яйцекладущим, и яйца устроены похожим образом: скорлупа, желток и белок. Зародыши птиц и пресмыкающихся похожи по внешнему виду.

Предки птиц – древние рептилии

В поисках непосредственных предков-рептилий были выбраны мелкие примитивные пресмыкающиеся псевдозухии , которые жили приблизительно 200 млн. лет назад (триасовый период). В поисках пищи, некоторые из этих существ приспосабливались к лазанию по деревьям и прыжкам с ветки на ветку. В ходе эволюции этот способ оказался перспективным и помог первобытным птицам избегать конкуренции среди родственных видов и спасаться от хищников. По мере удлинения чешуй, они превращались в перья, что помогло древним предкам птиц приобрести способность к планирующему, а затем и к активному, т.е. машущему, полету, которую имеют большинство современных птиц.

Древнейшая птица

Protoavia (1984 г.) была найдена в местечке Пост, Техас, США, ее предполагаемый возраст 225 000 000 лет.

Первые птицы появились в мезозойскую эру

Развитие Земли разделено на пять промежутков времени, которые называются эрами. Первые две эры, археозой и протерозой, длились 4 миллиарда лет, то есть почти 80% всей земной истории. Во время археозоя произошло образование Земли, возникли вода и кислород. Около 3,5 миллиардов лет назад появились первые крохотные бактерии и водоросли. В эпоху протерозоя, около 700 лет назад, в море появились первые животные. Это были примитивные беспозвоночные существа, например черви и медузы. Палеозойская эра началась 590 миллионов лет назад и продолжалась 342 миллиона лет. Тогда Землю покрывали болота. Во время палеозоя появились крупные растения, рыбы и земноводные. Мезозойская эра началась 248 миллионов лет назад и длилась183 миллиона лет. В это время Землю населяли огромные ящеры динозавры. Появились также первые млекопитающие и птицы. Кайнозойская эра началась 65 миллионов лет назад и продолжается до сих пор. В эту пору возникли растения и животные, которые окружают нас сегодня.

Произошли от целурозавров

Живших в конце триаса и в юрском периоде небольшие хищные динозавры из группы целурозавров были двуногими с длинными хвостами и мелкими передними конечностями хватательного типа. Им не было необходимости лазать по деревьям и планировать с ветки на ветку. Активный полет древних птиц мог возникнуть на основе хлопающих движений передних конечностей, что помогало сшибать летучих насекомых, для чего, кстати, хищникам приходилось высоко подпрыгивать. Целурозавры пережили массовое вымирание динозавров в конце мезозойской эры.

Самые первые птицы-динозавры
В мезозойскую эпоху, то есть 150 млн. лет назад, предки птиц составляли основную группу наземных животных на территории Аргентины. Их называют тероподы (Argentavis magnificens), звероногие ящеры, и они уже умели летать. Передвигались тераподы на двух ногах, передние лапы превратились в короткие хватательные конечности. Опираться на них было уже нельзя, зато сражаться с добычей оказалось удобно. Мощные челюсти тероподов были густо усеяны зубами и напоминали полотно пилы. На месте сточившихся зубов вырастали новые, поэтому, даже состарившись, ящеры все с тем же пылом могли терзать добычу. (Также обновляются зубы и у акул.) В процессе эволюции у некоторых тероподов появился роговой клюв. Анализируя анатомические особенности тероподов, полагают, что птицы произошли именно от этих животных.

Ископаемые остатки, найденные в Аргентине в1979 г., свидетельствуют о том, что у этой огромной, похожей на грифа птицы размах крыльев превышал 6 м, рост достигал 7,6 м, а вес - 80 кг

Звероподобный хищный ящер орнитолест , имевший длину тела 2,5 м, дает представление о древних птицах.

размах крыльев у них был 7,5 м; они обитали в Европе, Африке, Северной и Южной Америке и были плотоядными (питались рыбой и водными беспозвоночными).

Современная птица, жившая 120 млн лет назад

Изучив окаменелые останки небольшой птицы, найденные в провинции Ляонин на севере Китая, ученые пришли к выводу, что "конфуциузорнис санктус" - так окрестили древнюю птицу - жил 120 миллионов лет назад. Судя по строению клюва, конфуциузорнис напоминал современных нам птиц: зубы уже отсутствовали, зато возник роговой чехол.

Появление машущего полета

В юрском периоде птицы приобрели способность к активному полету. Благодаря взмахам передних конечностей они смогли преодолеть действие земного притяжения и получили массу преимуществ перед своими наземными, лазающими и планирующими конкурентами. Полет позволил им ловить в воздухе насекомых, эффективно избегать хищников и выбирать наиболее благоприятные для жизни условия среды. Его развитие сопровождалось укорочением длинного хвоста с заменой его веером из длинных перьев, хорошо приспособленным для руления и торможения. Большинство анатомических преобразований, необходимых для активного полета, завершились к концу раннего мела (ок. 100 млн. лет назад), т.е. задолго до вымирания динозавров.

О прямом родстве ящеров и птиц не может быть и речи

Установили американские ученые из университета штата Северная Каролина. Они сравнили изменения конечностей тероподов с эволюцией крыльев кур, страусов и бакланов. В процессе эволюции и те, и другие сохранили всего по три пальца из первоначальных пяти. Однако американские биологи выяснили, что у птиц отсутствуют оба внешних пальца, то есть первый и пятый. Ящеры же утратили четвертый и пятый пальцы.

Длинная птица
Скелет ящера "унэнлагиа комахуэнсис", "длинной птицы", найденный в мае 1996 года в Аргентине, заполняет лакуну, разделяющую древних рептилий тероподов и первую птицу арехеоптерикса.

Различия между птицами и пресмыкающимися

О более высоком развитии птиц свидетельствуют увеличенный головной мозг (в частности, крупные размеры больших полушарий и мозжечка у птиц), совершенство дыхательной и кровеносной систем - двойное дыхание и отделение артериальной крови от венозной, а также постоянная температура тела. Все эти усовершенствования организации птиц отсутствуют у пресмыкающихся.

Древнейшая птица летала

Спор, мог ли археоптерикс летать, продолжается с 1861 г., когда была найдено первое ископаемое, и до сих пор. Ответ был найден лишь недавно. Окаменевший мозг существа поместили в рентгеновскую установку, позволяющую получать тонкие "срезы" объекта. Эти срезы были объединены в компьютере в трехмерную модель. Оказалось, что по своей анатомии мозг археоптерикса гораздо ближе к мозгу современных летающих птиц, чем к мозгу динозавров, как предполагали палеонтологи раньше. Анализ показал, в частности, полукруглые каналы во внутреннем ухе, используемые для баланса, и увеличенные доли мозга, отвечающие за зрение - особенности, влияющие на эффективность полета. "Летающий" мозг развивался одновременно с крыльями, а сама способность летать, выработалась в процессе эволюции гораздо быстрее, чем ученые считали ранее.

Кондиционером служили кости

Во время охоты древние ящероптицы тероподы регулировали температуру своего тела во избежании перегрева. Функцию кондиционера выполняли полые кости.

Археоптерикс – непосредственный прародитель современных птиц

Останки вымершей птицы, напоминающей с сороку, жившей во второй половине юрского периода, т.е. 140 млн. лет назад, были открыты в Европе. В слоях земной коры ученые обнаружили окаменевшие кости скелета неизвестного существа, а рядом отпечатки его перьев. Птица получила имя археоптерикс (Archaeopteryx litographica), что значит «древняя птица». Эта небольшая птичка имела острые зубы в ячейках, длинный, как у ящерицы, хвост и передние конечности с тремя пальцами, несущими крючковатые когти.

Археоптерикс напоминал пресмыкающееся

Форма черепа археоптерикса с зубами в обеих челюстях и очень длинный хвост с 20 позвонками напоминали пресмыкающееся. Большинством признаков археоптерикс походил больше на пресмыкающееся, чем на птицу, если не считать настоящих перьев на передних конечностях и хвосте.

Как летали археоптериксы
Все тело этого существа, кроме головы, было покрыто перьями, а передние конечности имели все основные особенности птичьих крыльев с маховыми перьями. Только пальцы крыла были длиннее, чем у современных птиц, и имели когти. На ногах было по четыре пальца: первый палец обращен назад, остальные - вперед, что помогало хорошо обхватывать пальцами ветви. Рулевые перья прикреплялись попарно на каждом позвонке длинного хвоста, а не так, как у современных птиц, - широким веером на копчиковой кости. Особенности арехеоптерикса показывают, что он был способен к машущему полету, но только на очень короткие расстояния.

Животное размером с ворону

Рахонавис (Rahonavis) - это животное размером с ворону, жившее около 80 миллионов лет назад, принадлежит к той же группе динозавров, что и велоцираптор. Правда, существо также имеет очень много общего с птицами. У рахонависа был выдвигающийся серповидный коготь на среднем пальце ног, перьевой покров и длинный когтистый хвост подобно археоптериксу.

Первые птицы жили в лесу

Первые представители класса возникли и стали овладевать полетом, живя в лесу на ветвях деревьев, прыгали и лазали по ветвям, цепляясь за них длинными пальцами передних конечностей с когтями. Расправив крылья, они планировали в воздухе сверху вниз по наклонной плоскости, а также пролетали небольшие расстояния, взмахивая крыльями. Лишь позднее некоторые птицы начали приспосабливаться к жизни в степях и пустынях, на берегах водоемов и в других местах.

Первоптица – еще один птицединозавр

Археоптерикс долгое время оставался единственным известным науке связующим звеном между птицами и рептилиями, однако в 1986 были найдены остатки еще одного ископаемого существа, жившего на 75 млн. лет раньше и сочетавшего в себе признаки динозавров и пернатых. Хотя это животное и назвали Protoavis (первоптица), его эволюционное значение вызывает споры среди ученых.

Множество видов птиц появились в меловом периоде

После археоптерикса в палеонтологической летописи пернатых наблюдается пробел продолжительностью около 20 млн. лет. Следующие находки относятся к меловому периоду, когда появилось множество видов птиц, приспособленных к различным местообитаниям. Среди приблизительно двух дюжин меловых таксонов, известных по ископаемым остаткам, особенно интересны два – Ichthyornis и Hesperornis . Оба были открыты в Северной Америке, в горных породах, сформировавшихся на месте обширного внутреннего моря.

Ихтиорнис – древняя чайка

Ихтиорнис был такой же величины, что и археоптерикс, его длина тела составляла около 50 см, а весил он 5 кг. Внешне он напоминал чайку с хорошо развитыми крыльями, указывающими на способность к мощному полету. Как и у современных птиц, зубы у него отсутствовали, но позвонки были похожи на рыбьи, откуда и родовое название, означающее «рыбоптица». Его останки были найдены в США. Жил ихтиорнис 65-90 тыс. лет назад.

Гесперорнис – древняя гагара

Гесперорнис («западная птица») был длиной 1,5–1,8 м (до 2 м) и почти бескрылым. Его вес составлял 40 кг. С помощью огромных ластовидных ног, отходивших вбок под прямым углом на самом конце туловища, он, по-видимому, плавал и нырял не хуже гагар. У него были зубы «рептильного» образца, но строение позвонков соответствовало типичному для современных птиц. Останки гесперорниса найдены в США. Жила эта птица 70 тысяч лет назад.

Современные птицы сформировались 65 млн. лет назад

С наступлением третичного периода (65 млн. лет назад) количество видов птиц стало быстро увеличиваться. Этим периодом датируются древнейшие ископаемые пингвины, гагары, бакланы, утки, ястреба, журавли, совы и некоторые певчие.

Огромные нелетающие птицы
Кроме предков современных видов в третичном периоде появилось несколько огромных нелетающих птиц, по-видимому занявших экологическую нишу крупных динозавров. Одной из них была Diatryma , обнаруженная в Вайоминге, ростом 1,8–2,1 м, с массивными ногами, мощным клювом и очень маленькими, недоразвитыми крыльями.

В меловом периоде жили летающие ящеры или птерозавры,

Размах крыльев у них был 7,5 м; они обитали в Европе, Африке, Северной и Южной Америке и были плотоядными (питались рыбой и водными беспозвоночными).

Крупные доисторические птицы напоминали страусов

Согласно палеонтологическим данным, существовали крупные, частично оперенные ящеры. В 1834 году французский путешественник Гудо нашел на Мадагаскаре половину яичной скорлупы такого размера, что ее можно было использовать как посуду для воды. Затем в болотах острова было найдено несколько гигантских костей, которые поначалу приняли за останки слона или носорога. Но кости принадлежали птице, которая должна была весить по меньшей мере полтонны. Мадагаскарские страусы эпиорнисы (Аepyornithes), достигали высоты 5 м, несли яйца в 32 см длиной и 22 см шириной, вмещавшие 8,5 л жидкого содержимого. Самым крупным в кладке эпиорниса считается яйцо длиной 24 см и объемом 11 литров.

Птица Рух

Венецианскому путешественнику Марко Поло не довелось самому побывать на Мадагаскаре, но и он слышал удивительные истории: «Рассказывают, что есть там птица гриф, появляется в известное время года, и во всем гриф не таков, как у нас думают и как его изображают. У нас говорят, что гриф наполовину птица, наполовину лев, и это неправда. Те, кто его видел, уверяют, что он похож на орла, но только очень большой... Зовут его на острове Руком».

Эпиорнисы были окольцованы 5 тыс. лет назад

Французские зоологи обнаружили на Мадагаскаре останки эпиорниса с бронзовым кольцом, прикрепленным к ноге птицы. Эксперты пришли к выводу, что знаки на кольце не что иное, как оттиск печати эпохи древнейшей цивилизации Индии - Мохенджо-Даро. изготовленной около пяти тысяч лет назад. Радиоуглеродный анализ костей птицы помог установить ее возраст: он равен пяти тысячелетиям! В 3-ем тысячелетии до нашей эры жители Индостана совершали смелые морские экспедиции. к этому времени у них был накоплен многовековой опыт вождения кораблей, побывали индийцы и на Мадагаскаре. Тогда здесь в изобилии водились эпиорнисы. В рассказах вернувшихся домой мореплавателей им уделялось много внимания.

Существуют ли эпиорнисы и поныне?

Яйца, которые находили на песчаных дюнах и в болотах в южной части острова Мадагаскар, выглядели подозрительно свежими. Казалось, они снесены совсем недавно. Местные жители уверены, что в самых дремучих лесах острова до сих пор живут гигантские птицы, однако увидеть их нелегко. На Мадагаскаре остались еще огромные участки заповедных джунглей и нехоженых болот, места для эпиорниса достаточно.

Страус дромомис из Австралии

Судя по ископаемым костям ног, найденным в 1974 г. вблизи Элис - Спрингса, нелетающая Dromomis stirtoni, гигантская, напоминавшая страуса птица, которая обитала в центральной части Австралии в период от примерно 15 млн. и до 25 000 лет назад, достигала в высоту 3 м и весила около 500 кг.

Cтраус моа из Новой Зеландии

Гигантская птица, похожая на страуса, моа (Dinornis maximus), обитавшая на островах Новой Зеландии предположительно до начала ХIХ века, имела, вероятно, еще больший рост - 3,7 м, а весила около 230 кг.

Когда вымерли последние гигантские птицы Австралии

Анализ древней яичной скорлупы дает основания предположить, что громадные нелетающие птицы Австралии вымерли 45-55 тысяч лет назад из-за того, что люди выжгли их среду обитания.

Что ели первые птицы

Международная группа ученых провели анализ сотен фрагментов яичной скорлупы исчезнувших нелетающих птиц, которые назывались гениорнис и жили 130-50 тысяч лет назад. Углеродные изотопы яичной скорлупы показывают, что ели птицы, когда откладывали яйца. Обнаружилось, что рацион гениорниса был строгим и всегда включал в себя траву.

Самая крупная древняя птица, способная к полету

В конце третичного периода (1 млн. лет назад) и на протяжении раннего плейстоцена, или эпохи оледенения, численность и разнообразие птиц достигли максимума. Появились многие нынешние виды, а также другие виды, которые впоследствии вымерли. Teratornis incredibilis из Невады (США), огромная напоминавшая кондора птица с размахом крыльев 4,8–5,1 м; вероятно, была самой крупной из известных пернатых, способных к полету.

Отличие птиц от млекопитающих

Признаки, специфические для класса птиц, связаны прежде всего со способностью этих животных к полету, хотя некоторые их виды, например страусы и пингвины, в ходе своей позднейшей эволюции ее утратили. Еще сильнее они выделяются благодаря своим перьям, которые не обнаружены ни у одного другого животного. От большинства млекопитающих они отличаются тем, что откладывают яйца.

Исчезнувшие и исчезающие птицы

Первый зафиксированный документально случай …такого рода - уничтожение дронта. Маврикийские дронты Raphus cuculatus крупные нелетающие голуби, по виду напоминающие индюков, три вида которых обитали на трех островах Маскаренского архипелага в Индийском океане (Маврикии, Реюньоне и Родригесе). Они были стремительно уничтожены человечеством практически сразу же после их открытия: архипелаг был открыт в 1507 году, последнего дронта на Маврикии видели в 1681 году. За 174 года после открытия Маврикия европейцами в 1507 вся популяция этих птиц была истреблена моряками и животными, которых они завезли на своих кораблях. На острове Реюньоне последнюю птицу убили в 1750 году, на острове Родригес последняя птица тоже не дожила до конца 18 века.

Самые известные из вымерших птиц

Странствующий голубь
В 1914 г. в зоопарке города Цинциннати (Северная Каролина, США) погибла Марта - последняя представительница ранее многочисленного рода странствующих голубей (Ectopistes migratorius). Странствующие голуби были безжалостно истреблены на мясо.

Первым вымершим от рук человека видом Северной Америки
…стала бескрылая гагарка (Alca impennis), вымершая в 1844. Она также не летала и гнездилась колониями на атлантических островах вблизи континента. Матросы и рыбаки без труда убивали этих птиц ради мяса, жира и изготовления наживки для трески.

Вскоре после исчезновения бескрылой гагарки жертвами человека стали 2 вида на востоке североамериканского континента. Одним из них был каролинский попугай (Conuropsis carolinensis). Фермеры в больших количествах убивали этих стайных птиц, поскольку тысячи их регулярно совершали набеги на сады.

Исчезло 100 видов птиц
С 1600 во всем мире исчезло, вероятно, около 100 видов птиц. Большинство их было представлено небольшими популяциями на морских островах. Часто не способные к полету, как дронт, и почти не боявшиеся человека и привезенных им мелких хищников, они стали легкой их добычей.

Многие виды птиц также находятся на грани вымирания В настоящее время многие виды птиц также находятся на грани вымирания или, в лучшем случае, испытывают его угрозу. В Северной Америке в самом плачевном положении находятся калифорнийский кондор, желтоногий зуек, американский журавль, эскимосский кроншнеп и белоклювый королевский дятел (возможно, уже вымерший). В других регионах большая опасность угрожает бермудскому тайфуннику, филиппинской гарпии, какапо (совиному попугаю) с Новой Зеландии – нелетающему ночному виду, а также австралийскому земляному попугаю.

Птицы, которым угрожает вымирание

В природных условиях в наше время живет только один голубой ара (Cyanopsittaspixii), однако примерно 30 таких птиц содержатся в неволе.

Гавайская певчая птица, чешуекрылый мохо (Moxobracattus), считавшаяся полностью вымершей и вторично открытая лишь в 1960 г., по-видимому, представлена всего 2 парами особей.

В мире осталось в живых менее 20 (главным образом в неволе) красноногих ибисов (Nipponia nippon ), но все они, по-видимому, слишком стары, чтобы размножаться.

В результате неконтролируемой охоты новозеландский совиный попугай (Strigops habroptilus) оказался на грани вымирания. Вторая причина исчезновения состоит в том, что эта нелетающая птица не может спасаться от хищников, поэтому в живых остается всего 10 экземпляров.

Сейчас в природных условиях существуют всего несколько калифорнийских кондоров , выращенных в неволе и выпущенных в 1992 г.

К другим известным вымершим видам птиц относятся

Лабрадорская гага Camptorhynchus labradorius.
Самоанская камышница Gallinula pacifica.
Белая султанка Porphyrio albus.
Маврикийский синий голубь Alectroenas nitidissima.
Норфолкский земляной голубь Hemiphaga argetraca.
Тонкоклювый нестор Nestor productus.
Кубинский ара Ara tricolor.
Кайманский синий дрозд Turdus ravidus.

В незавидном положении перечисленные выше птицы оказались главным образом по вине человека, поставившего их популяции на грань исчезновения бесконтрольной охотой, непродуманным использованием пестицидов или коренным преобразованием естественных местообитаний.

На грани исчезновения сейчас находятся 26 видов птиц и 132 вида млекопитающих.

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.

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

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

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

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

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

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

Птицетазовый динозавр семейства гадрозавров («утконосые» динозавры)

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

(Временные масштабы и порядок появления животных не соблюдены )

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

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

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

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

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

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

Микрораптор, нападающий на группу синорнисов

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

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

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

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

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

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

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

Центральная нервная система динозавров

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

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

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

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

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

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

«Кости судьбы»

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

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

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

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

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

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

«Экзамен» природы

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

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

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

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

«Гены древних»

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

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

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

Относительные размеры эритроцитов у разных групп живых существ.

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

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

МОСКВА, 8 апр — РИА Новости, Татьяна Пичугина. Благодаря современным методам исследования и новым открытиям палеонтология многое прояснила в эволюции летающих живых существ. Птерозавры, ихтиорнисы, энанциорнисы, микрорапторы сотни миллионов лет царили в воздушном пространстве, но в итоге уступили место птицам. РИА Новости рассказывает о древней истории крылатых созданий и о том, кто мог быть предком птиц.

А был ли предок?

Палеонтологи шутят: посмотрите на птицу — это же летающий динозавр. Действительно, между современными пернатыми и вымершими мезозойскими ящерами много общего: опора на задние лапы, сходство чешуи и перьев, освоение воздушной среды. Это дало основания ученым еще в конце XIX века предположить, что динозавры и есть предки птиц. Тем более что в те времена уже нашли переходную форму между двумя группами существ — археоптерикса.

Он обитал на территории современной Германии 150 миллионов лет назад. Длинные передние лапы, хвост, вытянутая морда, похожая на клюв, а главное — оперение, однозначно указывали на родство археоптерикса с птицами. Проблема в том, что первые веерохвостые, к которым принадлежат настоящие птицы, появились спустя почти 90 миллионов лет. Каким образом они "получились" из археоптерикса, оставалось загадкой.

К тому же, в отличие от птиц, древние пернатые не обладали машущим полетом — анатомия не позволяла. Максимум, на что они были способны, — планировать от ветки к ветке, о чем говорит устройство мозга, известное ученым по томографии костей черепа.

Чтобы летать как птицы, нужны облегченный скелет, крепкие кости, сильное крепление мышц, поднимающих крыло, специфические оперение и строение задних лап, веерообразный хвост. Археоптерикс всего этого был лишен, поскольку, в сущности, представлял собой разновидность динозавра.

Пернатые ящеры

Целое столетие палеонтологи полагали археоптерикса предком птиц, пока не обнаружили других кандидатов. В 1981 году в Аргентине нашли скелеты очень странных существ — пернатых, с крыльями, клювом, опорой на задние лапы. Их назвали энанциорнисами, от греческого "противоптицы". Внешне и образом жизни они напоминали крупных хищных птиц, летали с помощью маха крыла, но обладали многими сходными с динозаврами чертами. Поэтому, вероятно, и вымерли вместе с ящерами примерно 65 миллионов лет назад.

Настоящую революцию в палеонтологии произвели находки на территории китайской провинции Ляонин. Там в 1990-е наткнулись на целое кладбище летающих пернатых динозавров, погребенных слоем вулканического пепла вместе с лесом, где они обитали. Разнообразие было столь велико, что исследователи даже заговорили о динозаврах как птицах, утративших полет.

Среди ископаемых древнего леса обнаружили и примитивных веерохвостых. Это заставило взглянуть на эволюцию птиц по-новому. Например, Евгений Курочкин, один из крупнейших российских специалистов, полагал , что птицы и динозавры — разные эволюционные ветви, отделившиеся от общего пресмыкающегося предка примерно 220 миллионов лет назад.

Почему динозавры не птицы

Динозавры активно осваивали воздушную среду, о чем говорит разнообразие ископаемых форм из провинции Ляонин. Например, конфуциусорнис был беззубым, умел сидеть на ветке, а внешне напоминал фазана. Микрораптор гуи махал всеми четырьмя пернатыми лапами в полете, но, не имея бинокулярного зрения, вряд ли мог точно приземляться. На голове крошечного крылатого анхиорниса красовался хохолок.

Зачатки перьев и пуха обнаружили у синозавроптерикса — двухметрового сухопутного гиганта. Зачем ему понадобился столь необычный кожный покров? Предполагают, что на Земле в начале мезозоя произошло похолодание и эволюция отбирала особей, способных лучше обогреться. Согласно другой гипотезе, перья позволяли холоднокровным рептилиям вести ночной образ жизни.

Ключевым же отличием птиц от динозавров ученые считают миниатюризацию, которая привела к драматическим изменениям внутреннего строения. Передние лапы сильно удлинились, превратившись в крылья. Нижние позвонки срослись в пигостиль, чтобы удерживать хвост, служащий во время полета рулем. Увеличились глаза и мозг — по отношению к размерам тела. Ускорился обмен веществ, чтобы обеспечить энергией для полета. Значит, увеличились почки, выводящие продукты метаболизма.

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.

| |