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.
| |
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.
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.
Одна из самых популярных палеонтологических гипотез последнего времени, похоже, потерпела полное фиаско. Согласно новым данным американских ученых, птицы не являются потомками динозавров и происходят от особой группы архозавров, обособившейся от гигантских ящеров в далеком прошлом.
Scansoriopteryx. Реконструкция: Matt Martyniuk
Сенсационное открытие, способное буквально перевернуть с ног на голову всю современную палеонтологию, сделали Стивен Черкас из Музея динозавров в городе Блэндинг и Алан Федуччия из университета Северной Каролины. С помощью своей новой методики они изучили остатки крохотного пернатого ящера Scansoriopteryx и пришли к выводу о том, что нет никаких оснований считать его динозавром.
Scansoriopteryx, название которого переводится на русский язык примерно как "крылолаз" или "лазокрыл", был мелким, примерно с воробья, архозавром. Остатки единственной, неполовозрелой особи скансориоптерикса нашли в начале 21 века в юрских отложениях китайской провинции Ляонин. Судя по дошедшим до наших дней ископаемым, Scansoriopteryx был устроен примитивнее знаменитого археоптерикса и хорошо умел лазать по деревьям, планируя с них с помощью небольших крыльев.
До последнего времени скансориоптерикса относили к целурозаврам – группе теропод, от которых, по мнению большинства ученых, и произошли современные птицы. Однако исследование Черкаса (который, кстати, и открыл Scansoriopteryx) и Федуччия заставляет пересмотреть этот подход. Дуэт ученых использовал трехмерную микроскопию и фотографирование при низких углах освещения, чтобы прояснить структуры, нечетко рассмотренные прежде. Благодаря этому палеонтологам удалось уточнить естественные очертания костей таза, хвоста и конечностей, а заодно и обнаружить удлиненные сухожилия, тянувшиеся вдоль хвостовых позвонков, как у Velociraptor.
Тем не менее, большинство полученных данных свидетельствуют о том, что скансориоптериксу не хватало фундаментальных структурных особенностей скелета, чтобы быть причисленным к динозаврам. Скорее, он является потомком ранних архозавров, освоивших лазание по деревьям задолго до появления ужасных ящеров Соответственно, и птицы, у самых корней родословного древа которых располагается Scansoriopteryx, являются не потомками динозавров, а в лучшем случае их двоюродными племянниками.
Между тем у самого скансориоптерикса отчетливо видны типично птичьи адаптации вроде удлиненных передних конечностей, превратившихся в оперенные крылья, специализированной полулунной кости запястья и приспособленных к усаживанию на ветки лап. Скорее всего, это животное находилось в начале освоения полета, в который отправлялось, планируя с ветвей деревьев.
"Идентификация Scansoriopteryx как нединозавровой птицы позволяет переосмыслить наше понимание взаимосвязи между динозаврами и птицами. Ученые, наконец, получили ключ от двери, отделяющей птиц от динозавров", – прокомментировал свое открытие Черкас.
Какое у нас представление о динозаврах? Это травоядные или хищники на двух нижних конечностях с укороченными верхними. Но недавно китайские палеонтологи обнаружили у некоторых видов гигантских ящеров... примитивное оперение! О значении их открытия "Правде.Ру" рассказал заместитель директора по науке Палеонтологического института РАН Сергей Рожнов.
Эволюция в биологии доказывает необратимое историческое развитие живой природы. Каковы же ее характерные черты? Прежде всего, преемственность. С момента возникновения жизни новое появляется в живой природе не на пустом месте, не из ничего, а из старого.
Не менее характерная черта эволюции — усложнение и совершенствование структур организмов от одной геологической эпохи к другой. Людей и первые примитивные микроорганизмы, возникшие около 4 млрд лет назад, связывает непрерывная цепочка поколений.
Одной из основных особенностей эволюционного процесса является закон целесообразности. Все организмы, населяющие Землю, приспособлены к условиям, в которых они существуют.
Так, австралийские ученые предполагают, что обилие еды и недостаток хищников в окружающей среде после их массового вымирания 65 млн лет назад привели к тому, что некоторые виды птиц, ранее неплохо летавшие, в результате эволюции набрали вес и стали ходить по земле. Возможно, страусы эму растолстели и перестали взмывать в небо после вымирания хищников, которые на них охотились.
Исследуя останки давно вымерших животных, ученым приходится искать ответы на новые, порой совершенно неожиданные вопросы. Например, нельзя исключить полностью факт, что динозавры — родственники птиц.
Как показали исследования, проведенные китайскими учеными, у некоторых разновидностей динозавров присутствует примитивное оперение. Сделать открытие помогло углубленное изучение старой находки (1990 год) — хорошо сохранившихся, окаменелых останков Археоптерикса.
Кстати, в период с 1990 по 2000 годы было найдено много окаменелых останков "пернатых динозавров", что сопутствовало развитию исследований этого удивительного явления.
По мнению палеонтологов, если исходить из того, что похожие животные должны были произойти от общего предка, то можно составить родословную всего животного царства. Постепенно накапливающиеся в организмах малозаметные изменения спустя миллионы лет приводили к возникновению совершенно новых видов.
Исследования китайских ученых указывают на то, что примитивный вариант оперения появился у динозавров более 200 миллионов лет назад. Палеонтологи изучали ранее неизвестный вид ящеров, который был назван Tianyulong confuciusi.
Уже известны около дюжины видов динозавров с оперением. Все они были хищниками, передвигающимися на двух ногах. Многие были найдены в районе ранних меловых формаций Yixian в Китае.
После продолжительной и кропотливой работы, ученые пришли к выводу: наличие перьевого покрова у Tianyulong confuciusi указывает на его существование у древних динозавров еще до разделения их на птиц и ящеров, которое произошло 250-200 миллионов лет назад.
Так же исследователи не исключают гипотезу, что оперение могло возникнуть вследствие параллельной эволюции. То есть перья у различных видов динозавров появились независимо друг от друга, а вовсе не от общего пернатого предка.
Иммунологический тест, которому подверглись ископаемые останки одного из найденных экземпляров — динозавра Shuvuuia, дал положительный результат на наличие бета-кератина (не путать с провитамином бета-каротином!). Этот протеин, содержащийся в оперенье современных пернатых, впоследствии был обнаружен и у других видов динозавров.
Также образцы "пернатых" ящеров были найдены в провинции Ляонин в Китае. Эта территория была не раз похоронена под лавой и пылью вулкана, который существовал в районе нынешней Монголии 124 миллиона лет назад, что и сделало это место лучшим хранилищем для окаменелых останков и их сохранности. Пепел сберег большинство живых организмов, которые были под ним захоронены.
Своей точкой зрения с "Правдой.Ру" поделился заместитель директора по науке
Палеонтологического института РАН Сергей Рожнов
. "Пернатых динозавров уже давно находили. Но до крупнейшей находки, недавно в Китае, никто не придавал этому особого значения.
Дальнейшие исследования помогут получить более ясную картину того, что послужило причиной подобного явления, — добавил ученый. — Возможно, оно поможет пролить свет на некоторые важные моменты эволюции".
