Возникновение птиц. Первые птицы на земле

Происхождение птиц - вопрос в некоторой степени неясный и спорный; несомненным является принадлежность птичьих предков (а стало быть, и самих птиц) к рептилиям , а именно к классу Архозавров (Archosauria), к которому относят также множество вымерших форм, прежде всего Динозавров (Dinosauria), а из ныне живущих - лишь Крокодилов (Crocodilia). Назвать же конкретную группу архозавров, давших начало птицам, ученые не могут; по этому поводу существует, как минимум, две гипотезы.

Первая, и наиболее распространенная, предполагает, что птицы являются прямыми потомками динозавров - а если точнее, даже не потомками, а единственной выжившей их ветвью, так что утверждение о вымирании динозавров на границе мезозойской и кайнозойской эр не совсем соответствует истине. Из двух известных групп динозавров, предками птиц стали отнюдь не Птицетазовые (Ornitischia), как это можно было бы предположить, а Ящеротазовые (Saurischia); наиболее же близкими их родичами, согласно данной гипотезе, являются представители клады Дейнонихозавров (Deinonychosauria), которых, наряду с птичьими предками, самими птицами и некоторыми другими динозаврами относят к кладе Манирапторов (Maniraptora), одной из ветвей группы Звероногих (Theropoda). Указанные манирапторы обитали на Земле начиная с позднего юрского периода (156 млн лет назад), а уже шестью-десятью миллионами лет позднее жила и древнейшая известная птица - Археоптерикс (Archaeopteryx lithographica). Разумеется, предком остальных птиц арехоптерикс быть никак не может - это лишь одна из ветвей птичьего ствола, не давшая потомков и известная под названием инфракласса Ящерохвостых (Archaeornithes). Другими вымершими инфраклассами птиц являются Энанциорнисовые (Enanthiornithes), Гесперорнисовые (Hesperornithes) и Ихтиорнисовые (Ichthyornithes); ныне живущих птиц относят к инфраклассу Веерохвостых (Neornithes), известному с позднего мела (70 млн лет).

Иная гипотеза возводит родословную птиц к Протоавису (Protoavis texensis), обитавшему в раннемтриасе (225-210 млн лет назад) и имеющему, по мнению ряда палеонтологов, гораздо больше сходства с современными птицами, нежели археоптерикс. Некоторые (в частности, российский палеорнитолог Е.Н. Курочкин) полагают, что именно протоавис является предком нынешних птиц; таким образом, птицы являются не потомками динозавров, но родственной им ветвью, произошедшей от некоего общего с ними предка-архозавра. Археоптериксы и энанциорнисы, при таком раскладе, по-прежнему происходят от звероногих и к птицам не имеют никакого отношения. Большинство же палеонтологов с данной гипотезой не согласны, аргументируя свое мнение тем, что, во-первых, спорен сам факт существования протоависа и на самом деле обнаруженные останки принадлежат не одному организму, но нескольким разным существам, каждое из которых имело какой-то признак в строении, общий с птицами (см. далее); а, во-вторых, получается огромный временной разрыв между протоависом и его потомками-веерохвостыми; в таком диапазоне дат должно было бы существовать значительное количество переходных форм - но таковых не обнаружено. Имеются противоречия и в гипотезе происхождения от Звероногих - и заключаются эти противоречия в строении крыльев: у всех птиц в строении кисти остаются всего три пальца (II, III, IV), тогда как у их предполагаемых предков - тоже три, но другие (I, II и III).

Птицы отличаются от своих предков и родичей лишь тем, что смогли все указанные признаки объединить - ну и, разумеется, научиться летать, ведь именно это умение является определяющим фактором в построении организма птиц. Высказываются даже гипотезы о происхождении некоторых динозавров от первых птиц, утративших эту способность - примерно так же, как утратили ее современные страусы.

Как именно птицы научились летать - однозначно ответить трудно; все предположения по этому поводу можно объединить в две гипотезы. Первая предполагает, что изначально птицы были небольшими лесными животными, неспособными к активному машущему полету, зато умеющими с помощью передних конечностей лазать по деревьям и планировать - как это делают, к примеру, шерстокрылы и летяги (млекопитающие), некоторые змеи и ящерицы . Конечности позволяли эти прыжки удлинять, задерживая на какое-то время в воздухе. И в том, и в другом случае конечным итогом стало появление активного полета, свойственного всем ныне живущим птицам - даже нелетающие пингвины и страусы происходят от летающих видов, данную способность в ходе эволюции утративших.

Эволюция

В любом случае ко времени вымирания динозавров (концу мелового периода ) птицы уже успешно существовали, разделившись на известные ныне надотряды Древненебных (Paleognathae) и Новонебных (Neognathae), различающиеся в первую очередь по строению черепа. Дальнейшее разделение происходило в течение палеоцена и эоцена ; к олигоцену известны ископаемые останки большинства ныне существующих отрядов. При этом отряды Древненебных, несмотря на свое название, более молодые, нежели отряды Новонебных; предполагается, что различные их отряды имеют независимое происхождение, и разделение их случилось еще до потери способности к полету, каковой факт и обусловил их сходство в строении и образе жизни. Подобной же конвергенцией объясняют и сходство в строении далеких генетически отрядов Новонебных, полученное в результате развития в сходных экологических нишах. Соколы , к примеру, гораздо более близкие родичи воробьям , нежели похожим на них и внешне, и по образу жизни ястребам .

Что касается Древненебных, то наиболее древним полагается отряд Тинамуобразных (Tinamiformes), сохранивших способность к полету, пусть и на весьма короткие расстояния, киль грудины и некоторые другие особенности строения, общие с птицами Новонебными. Все прочие отряды Древненебных объединяются в кладу Бескилевых (Ratitae), полностью перешедших к бегающему способу передвижения. Причина, по которой они прекратили летать, вполне объяснима, если принимать гипотезу о происхождении птичьего полета как способа бегства от хищников - ведь ответвление страусов и их родичей случилось уже после массового вымирания динозавров, когда крупных хищников, от которых надо было бы улетать, уже не было. Дивергенция же Новонебных началась уже в меловом периоде, когда выделились две неравнозначные по количеству видов группы: Куроподобные (Galloanserae) и Высшие новонебные (Neoaves). Первая полагается более древней и характеризуется такими признаками, как высокой плодовитостью, связанной с большим количеством яиц в кладке, преимущественно выводковым типом развития и полигамным образом жизни; к этой кладе относят два отряда - Гусеобразных (Anseriformes) и Курообразных (Galliformes), дивергировавших еще в меловом периоде . Все прочие отряды Новонебных относятся ко второй группе и характеризуются меньшим количеством яиц в кладке, преимущественно птенцовым типом развития и моногамным образом жизни; выделение большей части этих отрядов происходило в первой половине кайнозоя .

Птицы - пернатые друзья человека. Их роль в природе неоценима. Об их и охране читайте в статье.

Птицы: общая характеристика

Пернатые являются высокоорганизованными теплокровными животными. В природе насчитывается девять тысяч видов современных птиц. Характерными признаками класса являются следующие особенности:

• Перья.
• Жесткий клюв из роговицы.
• Нет зубов.
• Пара передних конечностей превращена в крылья.
• Грудная клетка, тазовый пояс и вторая пара конечностей имеют особенное строение.
• Сердце состоит из четырех камер.
• Имеется воздушный мешок.
• Птица насиживает яйца.

Птицы, общая характеристика которых представлена выше, благодаря перечисленным особенностям способны летать. Это и отличает их от других классов животных позвоночных.

Появление на земле

Происхождение птиц объясняется несколькими теориями. По одной из них предполагается проживание пернатых на деревьях. Сначала они перепрыгивали с ветки на ветку. Потом скользили, затем совершали небольшие перелеты в пределах одного дерева и наконец научились летать в открытом пространстве.

Другая теория предполагает, что происхождение птиц связано с предками пернатых, которые были рептилиями с четырьмя ногами. Эволюционируя, чешуйки становились перьями, что позволяло рептилиям совершать прыжок, пролетая небольшое расстояние. Позже животные научились летать.

Происхождение пернатых от рептилий

Опираясь на эту теорию, можно сказать, что предками птиц тоже были ползающие рептилии. Сначала их гнезда были на земле. Это привлекало хищников, которые постоянно уничтожали гнезда вместе с птенцами. Заботясь о своем потомстве, рептилии поселились в гуще ветвей деревьев. Одновременно с этим на яйцах стала образовываться твердая скорлупа. До этого они были покрыты пленкой. Вместо чешуи появились перья, которые служили источником тепла для яиц. Конечности стали длиннее и покрылись оперением.

Происхождение птиц от древних пресмыкающихся очевидно, как считают ученые. Предки пернатых начинают заботиться о своем потомстве: они кормят птенцов в гнезде. Для этого твердую пищу дробили на мелкие кусочки и вкладывали ее в клювики малышей. Обладая способностью летать, первобытные птицы древнего периода времени могли лучше защищаться от нападения своих врагов.

Предки - водоплавающие птицы

Происхождение птиц, согласно еще одной теории, связано с их водоплавающими собратьями. Своему существованию данная версия обязана останкам древних пернатых, которые были найдены в Китае. По мнению ученых, они были водоплавающими и жили более ста миллионов лет тому назад.

Согласно теории, птицы и динозавры жили вместе шестьдесят миллионов лет. Среди находок были перья, мышцы, перепонки. Исследуя останки, палеонтологи сделали такое заключение: предки древних птиц плавали. Чтобы добыть пищу из воды, они ныряли.

Если изучать происхождение птиц, сходства между ними и представителями других классов найти нетрудно. Оперение является самой заметной особенностью внешнего вида пернатых. У других животных перьев нет. Это отличие пернатых от других животных. следующие:

• Пальцы ног и цевка у многих птиц покрыты чешуйками из роговицы и щитками, как у пресмыкающихся. Значит, чешуя на ногах может заменять перья. Характерно, что зачатки перьев у птиц и пресмыкающихся не отличаются. Только у птиц потом развиваются перья, а у пресмыкающихся - чешуя.
• Исследуя происхождение птиц, особенности в сходстве которых с пресмыкающимися невероятные, ученые определили, что более заметным является челюстной аппарат. Только у птиц он превратился в клюв, а у пресмыкающихся остался прежним, как у черепах.
• Еще один признак сходства птиц и пресмыкающихся - скелетное строение. Череп и позвоночник сочленяются только одним бугорком, расположенным в затылочной области. Тогда как у млекопитающих и амфибий в этом процессе задействованы два бугорка.
• Расположение тазового пояса птиц и динозавров одинаковое. Это видно по скелету ископаемого. Такое расположение связано с нагрузкой на кости таза при ходьбе, так как в удержании тела задействованы только задние конечности.
• У птиц и пресмыкающихся сердце четырехкамерное. У некоторых рептилий перегородка камер бывает неполной, и тогда артериальная и венозная кровь смешиваются. Таких пресмыкающихся называют хладнокровными. У птиц более высокая организация, по сравнению с рептилиями, они теплокровные. Это достигается устранением сосуда, который несет в аорту кровь из вены. У птиц она не смешивается с артериальной.
• Еще одна похожая особенность - насиживание яиц. Это характерно для питонов. Они откладывают около пятнадцати яиц. Змеи сворачиваются калачиком над ними, образуя своеобразный полог.
• Больше всего птицы похожи с пресмыкающимися эмбрионами, которые в первой стадии своего развития похожи на рыбообразные существа с хвостами и жабрами. Это делает похожим будущего птенца на других позвоночных в ранних стадиях развития.

Отличия птиц от пресмыкающихся

Когда палеонтологи изучают происхождение птиц, они сравнивают факты и находки, собранные по крупицам, и выясняют, чем птицы схожи с пресмыкающимися.

В чем их различия, читайте ниже:

• Когда у птиц появилось первое крыло, они стали летать.
• Температура тела пернатых не зависит от внешних условий, она всегда постоянная и высокая, тогда как рептилии засыпают на время холодов.
• У птиц многие кости сращены, они отличаются наличием цевки.
• У пернатых имеются воздушные мешки.
• Птицы строят гнезда, высиживают яйца и вскармливают птенцов.

Первоптицы

В настоящее время найдены ископаемые остатки древних птиц. После тщательного исследования ученые пришли к выводу, что все они относятся к одному виду, жившему сто пятьдесят миллионов лет тому назад. Это археоптериксы, что в переводе означает «древнеперые». Их отличие от сегодняшних пернатых настолько очевидно, что археоптериксов выделили в отдельный подкласс - ящерохвостые птицы.

Мало изучены древние птицы. Общая характеристика сводится к определению внешнего вида и некоторых особенностей внутреннего скелета. Первоптица отличалась небольшим размером, примерно как современная сорока. Передними конечностями у нее были крылья, концы которых заканчивались тремя длинными пальцами с когтями. Вес костей большой, поэтому древняя птица не летала, а лишь ползала.

Место обитания - прибрежные территории морских лагун с густой растительностью. Челюсти имели зубы, а хвост - позвонки. Между археоптериксом и современными птицами никакие связи не установлены. Первоптицы не являлись прямыми предками наших птиц.

Значение и охрана птиц

Происхождение птиц имеет огромное значение в биогеоценозах. Птицы являются составной частью биологической цепочки и участвуют в круговороте живого вещества. Питанием растительноядных пернатых являются плоды, семена зеленая растительность.

Разные птицы играют разную роль. Зерноядные - поедают семена и плоды, отдельные виды - запасают их, перенося на большие расстояния. По дороге к месту хранения семена теряются. Так происходит расселение растений. Некоторые птицы обладают способностью опылять их.

Велика роль в природе Они контролируют численность популяций насекомых, поедая их. Если бы не было птиц, разрушительная деятельность насекомых была бы непоправимой.

Человек, по мере своей возможности, охраняет птиц и помогает им выжить в суровые зимы. Люди повсюду развешивают временные гнездовья. В них поселяются синицы, мухоловки, лазоревки. Зимние периоды характеризуются отсутствием природного корма для птиц. Поэтому пернатых следует подкармливать, наполняя гнездовье мелкими плодами, семенами, крошками хлеба. Отдельные птицы относятся к промысловым видам: гуси, утки, рябчики, глухари, тетерева. Их ценность для человека велика. Спортивный интерес представляют вальдшнепы, кулики, бекасы.

Из глубины веков: тело и ноги археоптерикса были покрыты длинными перьями, три с половиной сантиметра. Можно предположить, что ногами птица не размахивала. Перья достались по наследству от предков, которые жили в более древние времена и при полете использовали все четыре крыла.

Сегодня: заполняя гнездовье птиц кормом, нужно следить, чтобы соль туда не попала. Она является белым ядом для пернатых.

В 1861 г. на территории Южной Баварии были обнаружены остатки археоптерикса - оперенного существа размером с ворону, жившего примерно 145 млн. лет назад. Как полагали многие ученые, именно он - предок современных птиц. Но больше века в палеонтологии между ним и настоящими птицами существовала брешь, не заполненная другими находками. Лишь в последние 20 - 25 лет с открытием множества новых пернатых эпохи мезозоя стало ясно: 140 - 110 млн. лет назад их мир был богат и разнообразен. Правда, различные ученые трактуют эти находки неодинаково. Какая же из выдвинутых ими гипотез ближе к истине, а значит, к пониманию путей и закономерностей эволюции?

В представлении широкой публики палеонтологи - специалисты, которые находят и изучают мамонтов и динозавров. Действительно, их громадные скелеты в музеях привлекают внимание и поражают воображение. Но хорошо сохранившиеся экземпляры - редкость. Гораздо чаще в земных слоях удается обнаружить отдельные кости, зубы и черепа, по ним описывают облик вымерших животных и изучают их родственные связи. Ископаемые гиганты в основном демонстрируют нам лишь конечные, высоко специализированные результаты эволюции. Истоки же большинства групп позвоночных - среди маленьких и незаметных существ без особого анатомического разнообразия. Причем в таком состоянии они сменяли друг друга многие миллионы лет, затем или вымирали, или находили иную свободную нишу жизни, где начиналась их широкая, как говорят специалисты, адаптивная радиация, т.е. появлялись многие новые виды, приспособленные к изменившимся условиям окружающей среды.

АРХЕОПТЕРИКСЫ

История птиц и их полета на протяжении долгого времени оставалась загадкой. Хотя эти вопросы наука поставила еще до появления труда Чарлза Дарвина о происхождении видов. В середине XIX в. почти одновременно с выходом в свет этого знаменитого сочинения был открыт археоптерикс, что воспринималось естествоиспытателями как триумф эволюционной теории. Казалось, вот оно - недостающее переходное звено между рептилиями и птицами. До сих пор в учебниках, от школьных до университетских, можно прочитать, что птицы - суть летающие существа, покрытые перьями, с одним узаконенным предком - археоптериксом - переходной формой от рептилий.

Сразу после находки первого экземпляра (к настоящему времени их уже известно 10) некоторые ученые выражали сомнения в том, что именно археоптерикс - предок остальных птиц. Если считать таковыми всех, имеющих крылья, перья и способных летать, он годится в прапрадедушки воробью. Если же погрузиться в анатомию, воробей из него не получается: функционально он как бы птица, а структурно - чистая рептилия. Кроме пера, у него нет ничего общего с настоящими птицами: череп устроен иначе, позвонки не такие, передние конечности, хотя и стали крыльями, но детали строения их скелета иные, то же самое касается и ног.

Мнения исследователей разделились. Одни доказывали: птицы произошли от древних, походивших на ящериц текодонтных рептилии; другие считали, что археоптерикс и за ним все остальные птицы ведут свою родословную от хищных (тероподных) динозавров.

В 1926 г. вышла солидная книга датчанина Герхарда Хейльмана "Происхождение птиц" на английском языке. Выводы автора однозначны: птицы "родились" от текодонтных рептилий, а не от хищных динозавров. От текодонтов, по мнению ученых, ведут начало и сами тероподы - хищные динозавры.

С последними у археоптерикса действительно много общего. Их близкое родство детально проанализировал и подтвердил в 1970-е годы американский палеонтолог Джон Остром. Но он считал древнейшей птицей именно археоптерикса. Этой гипотезы и сейчас придерживаются как сторонники происхождения птиц от теропод, так и их оппоненты, считающие, что археоптерикс происходит от более древних, чем тероподы, хищных рептилий - архозавроморфов. Если это так, тогда и для одной, и для другой гипотез приходится принять, что эволюция идет последовательно, по прямой линии, от простого к сложному. А в природе так не бывает. Весь опыт палеонтологических и современных молекулярно-генетических исследований последних десятилетий показывает: эволюция идет широким фронтом, методом проб, через достижения и ошибки, пучками параллельных линий развития. И новые данные по историческому развитию птиц хорошо иллюстрируют именно такой характер закономерностей эволюции. Вот почему рассуждения о перьях и костях становятся ключевыми для понимания основных проблем ее теории.

ВЕЕР НОВЫХ ФАКТОВ

На протяжении почти 150 лет гипотезы о происхождении и родственных связях птиц строили почти исключительно на изучении археоптериксов. Неплохо изучена и история кайнозойских птиц (к которым относятся и все современные их представители) за последние 65 млн. лет. Из мезозойской же эры от интересующих нас существ имелись лишь отдельные редкие находки, не складывающиеся в общую картину. И вдруг произошел прорыв.

Сначала в 1981 г. из Аргентины были описаны энантиорнисы (Enantiornithes). Вскоре их стали находить на всех континентах в отложениях мелового периода, т.е. в интервале от 145 до 65 млн. лет назад. Внешне похожие на настоящих птиц - полностью оперенные, с хорошо развитыми крыльями, вроде бы с такими же лапами и хвостами, но по деталям строения скелета - совсем иные: у них много общего с археоптериксами. Поэтому их можно отнести к группе так называемых ящерохвостых, в отличие от веерохвостых, включающих всех современных птиц.

Затем открыли совершенно необычных пернатых, названных конфуциусорнисами (Confuciusornithidae). Их скелет имеет много примитивных и оригинальных черт в строении, однако по отдельным признакам они похожи на современных птиц. В частности, клюв у них был покрыт роговым чехлом и не имел зубов, а на гребне плечевой кости зияло крупное отверстие непонятного назначения.

Считалось: настоящие веерохвостые появились и жили почти исключительно в кайнозое. Но неожиданно их стали обнаруживать в отложениях начала мелового периода, последнего в мезойской эре, длившегося около 80 млн. лет, т.е. более продолжительного, чем весь кайнозой. Первая достоверная подобная птица, названная амбиортусом (Ambiortus dementjevi), была найдена в начале 1980-х годов в Монголии. Тогда она казалась столь необычной, что кое-кто из палеонтологов не поверил в реальность ее существования.

И, наконец, в Китае нашли разнообразных тероподных динозавров с оперением. Причем у одних отмечалось подобие пуховидного покрова, у других длинные перья располагались только на концах крыльев и хвоста, третьи были сплошь покрыты мелкими перьями. И вдруг ученые "встретили" небольшого динозавра размером с фазана, у которого сохранились настоящие крылья с соответствующими перьями, а вдобавок такими же перьями были снабжены ноги! Четырехкрылый летун! Позднее выяснилось: различное оперение свойственно динозаврам из пяти различных семейств теропод (Oviraptoridae, Avimimidae, Dromeosauridae, Therizino-sauridae, Troodontidae), обнаруженных на всех континентах, кроме Антарктиды. Мало того, даже венчающие многочисленных хищных динозавров тираннозавры (Tyrannosauridae), скорее всего, были покрыты перьями. О чем это говорит? Тут позиции специалистов опять категорически разделились. Одни доказывают: некоторые из этих динозавров по сути таковыми не являются, на самом деле они - утратившие способность полета птицы, в то время как у других динозавров за пуховидный покров принимают видоизмененные в ископаемом состоянии коллагеновые структуры кожи. Другие ученые считают, что указанные находки доказывают происхождение настоящих птиц (вместе с археоптериксами) от тероподных динозавров.

ЭВОЛЮЦИЯ - РАСТОЧИТЕЛЬНЕЙШАЯ ФАНТАЗЕРКА

Но возможна и иная оценка всех новых фактов. Археоптериксы с энантиорнисами, имея большое число признаков общих с тероподными динозаврами, скорее всего, произошли от них, венчая одну из попыток рептилий освоить воздушную среду. Увы, она не оказалась успешной. Археоптериксы исчезли еще в юрском периоде, а энантиорнисы проиграли в конкуренции с настоящими птицами и бесследно вымерли вместе с динозаврами в конце мелового периода.

Выходит, настоящие веерохвостые птицы на протяжении миллионов лет существовали одновременно с этими динозавровыми пернатыми? И возникли от каких-то исходных архозавроморф (подкласс пресмыкающихся, характерных для начала мезозоя) задолго до полетевших динозавров? Подобное могло произойти в конце триасового периода (около 220 млн. лет назад).

Мезозойская эра началась около 250 млн. лет назад, продолжалась примерно 185 млн. лет; подразделяется на три периода: триасовый (начало 250 млн. лет назад, продолжительность около 35 млн. лет), юрский (начало 213 млн. лет назад, продолжительность около 70 млн. лет) и меловой (начало 144 млн. лет назад, продолжительность около 80 млн. лет).

Каудиптерикс (Caudipteryx zoui Ji et al., 1998) из раннего мела Китая относится к тероподным динозаврам, но некоторые ученые считают его утратившей полет птицей. Для каудиптериксов характерны небольшие перья на хвосте и концах передних конечностей (показаны красными стрелками). У многих каудиптериксов в брюшной полости сохранились скопления гастролитов (красная стрелка); с увеличением они показаны вверху справа.

У джехольорниса (вверху) и конфуциусорниса (внизу) когти (показаны синими стрелками) на пальцах крыльев загнуты наружу, что не случайно: они, скорее всего, предназначались для того, чтобы цепляться за ветки. (Фото из книги китайского палеонтолога Л. Хоу.).

Священный конфуциусорнис (Confuciusornis sanctus Houetal., 1995) - одна из первых сенсационных находок раннемеловых птиц в провинции Ляонин, КНР. Теперь описано 6 видов.

Лонгиростравис (Longirostravis hani Hou et al., 2003) из группы энантиорнисовых птиц. Размером со скворца, с удлиненным тонким клювом, кончик которого был вооружен мелкими зубами, что, вероятно, позволяло вытаскивать укрытую добычу, надежно удерживая ее.

Тому есть косвенные доказательства - находки позднетриасовых и раннеюрских маленьких птичьих следов в Южной Америке, Африке и Европе. Птичьих же скелетов для тех миллионолетий мы не знаем. Однако еще совсем недавно не было известно и об их присутствии в отложениях раннего мела. Находили только следы и большое количество перьев, что позволяло нам уже давно говорить о неизвестной эволюции пернатых на протяжении, по меньшей мере, мелового периода.

По отдельным находкам известны и другие линии древних птиц, которые при внимательном исследовании не увязываются ни с энантиорнисами, ни с конфуциусорнисами, ни с настоящими веерохвостыми.

Выходит, эволюция делала множество попыток поднять рептилий и их потомков в небо. По разным причинам большинство опытов терпело неудачу и завершалось вымиранием. Только веерохвостые, в конце концов, дали мощную вспышку адаптивной радиации и освоили воздушную среду во всех ее ярусах. Выходит, эволюция действует не как экономная хозяйка, а как расточительнейшая фантазерка.

СОКРОВИШД ПРОВИНЦИИ ЛЯОНИН

Большинство сенсационных палеонтологических открытий последних лет связаны с провинцией Ляонин на северо-востоке Китая. Меловые местонахождения в этом регионе известны специалистам еще с 1920-х годов. Прежде там находили в большом количестве только ископаемых рыб, насекомых и растения. Но в конце XX в. неожиданно обнаружили птиц и оперенных динозавров. Среди первых это и настоящие веерохвостые, и энантиорнисы, и конфуциусорнисы, и еще несколько других отдельных родов пернатых, которых ученые не могут пока отнести ни к одной из известных их групп. А почти все упомянутые оперенные динозавры описаны по материалам из Ляонина. Теперь же их нашли в раннемеловых и даже юрских отложениях и в других провинциях Поднебесной. Кстати, кроме разнообразных пернатых, в этой провинции обнаружены неизвестные млекопитающие, ящерицы, птерозавры, динозавры, черепахи, амфибии, разнообразные рыбы, масса насекомых и богатые материалы по флоре, в том числе древнейшие цветковые растения. Всего из Ляонина уже описано более 30 видов птиц, столько же динозавров и 6 видов млекопитающих.

Замечательно, что многие животные представлены там не просто скелетами, а еще и отпечатками мягких тканей, наружных покровов (кожа, чешуя, шерсть, оперение), внутренних органов и даже содержимым их пищеварительной системы. Так, на месте желудков у каудиптериксов (Caudipteryx), оперенных динозавров из семейства овирапторид, и сапеорниса (Sapeomis), древней птицы неясных родственных связей, сохранились скопления гастролитов (мелких камешков), способствовавших растиранию растительной пищи. В полости рта у янорниса (Yanornis), древней веерохвостой птицы, найдены остатки рыбы, у синозавроптерикса (Sinosauropteryx), небольшого хищного динозавра, - кости млекопитающего, а у млекопитающего репено-мамуса (Repenomamus) - остатки динозаврика. Таким образом, китайские захоронения позволяют познать биоту этой части света того времени во всем многообразии, а также экологические особенности отдельных ее представителей. Названа она биотой Джехоль.

Геологический возраст ее отложений, установленный по изотопам аргона, урана и свинца, определяется в 110 - 130 млн. лет назад. Формировались они в пресноводных озерах и прилегающих к ним руслах рек и дельтах. Известно: подобные отложения распространены на обширной территории во многих частях Китая, Монголии, на юге Сибири, в Корее и Японии. Почему же обширным палеонтологическим богатством отличается только Ляонин? Дело в том, что в этом регионе в раннемеловое время проявлялась сильная вулканическая активность. Периодические извержения с мощными выбросами пепла и выделениями ядовитых газов губили все живое, и под слоями пепла в озерных осадках оказывались захороненными целые животные. Например, собрано много сотен, даже тысяч экземпляров так называемого "священного конфуциусорниса" (Confuciusornis sanctus). Правда, говорят, что большинство из них разошлось по частным коллекциям.

ЭВОЛЮЦИОННЫЙ "ГАЗОН"

По нашей гипотезе, различные пернатые на протяжении десятков миллионов лет эволюционировали параллельно, беря начало среди различных групп рептилий (конечно, мы неизбежно упрощаем эволюционный сценарий, опуская весь комплекс фактических доказательств, уже опубликованный в специальных научных трудах, но стараемся корректно передать суть гипотетического процесса). Все изложенное подкрепляется также данными из других областей палеонтологии, ведь не только пернатые, но и другие основные классы позвоночных эволюционировали по сходному сценарию.

Еще в 1970-х годах сотрудником нашего института Леонидом Татариновым (академик с 1981 г.) было показано по меньшей мере 7 попыток рептилий стать млекопитающими, но из них лишь одна или две увенчались успехом. На протяжении многих миллионов лет параллельно существовало несколько эволюционных линий млекопитающих, из которых до наших дней, как показал в 2007 г. сотрудник нашего института, доктор биологических наук Александр Агаджанян, дожили только три: плацентарные, сумчатые и яйцекладущие. Согласно исследованиям академика Эмилии Воробьевой (Институт проблем экологии и эволюции им. А. Н. Северцова РАН), проводившимся в 1970 - 1990-х годах, рыбообразные неоднократно пытались выйти на сушу. Однако не только позвоночным свойственны такие "устремления". Стать артроподами (членистоногими) старались различные беспозвоночные, что отражено в работах последних лет доктора биологических наук Александра Пономаренко (Палеонтологический институт им. А. А. Борисяка РАН). И даже в растительном мире, как показал в 1989 г. еще один наш сотрудник, доктор геолого-минералогических наук Валентин Красилов, опытов стать из проангиоспермов цветковыми растениями, большинство которых окружает нас и сегодня, было, по меньшей мере, шесть.

Подобную картину эволюции мой коллега Пономаренко образно назвал эволюционным "газоном". На нем одновременно и параллельно друг другу развивается множество отдельных "стебельков". А мы добавили, что большинство из них "выкашивают" экологические и эволюционные механизмы. И только некоторые эволюционные "стебельки", находящиеся обычно на краю эволюционирующего пространства, сохраняются, вызревают, дают "метелку семян" и продолжают дальнейшее развитие.

Но почему же, к примеру, энантиорнисы вымерли, а настоящие веерохвостые птицы продолжили развитие? Возможно, потому, что энантиорнисы поторопились стать птицами. Мы знаем скелетики их эмбрионов из отложений верхнего мела Монголии возрастом около 70 млн. лет. Так вот, их скелет полностью формировался уже в яйце. А их птенцы, очевидно, выходили на свет абсолютной копией взрослых особей. Им оставалось лишь дорасти до полных размеров, причем росли они всю свою последующую жизнь. У настоящих веерохвостых птиц птенцы, как и в наше время, вылуплялись из яиц с еще наполовину хрящевым скелетом. Затем он очень быстро, у большинства за 2 - 4 месяца, полностью окостеневал и прекращал дальнейший рост. Таким образом, энантиорнисы появлялись из яиц уже сложившимися пернатыми и в последующем шли по птичьему пути, порой, вероятно, не достигая всех возможностей, которые предоставлял им полет.

Настоящие же птицы в постэмбриональный период быстро достигали совершенства летунов, сохраняя его на протяжении всей жизни. Может быть, это и стало основной причиной, по которой энантиорнисы проиграли воздушное пространство веерохвостым? Недавно нами была описана уникальная находка окаменевшего птичьего мозга из сеноманских отложений (возраст около 93 млн. лет) Волгоградской области. Специалист по изучению центральной нервной системы животных, доктор биологических наук Сергей Савельев (Институт морфологии человека РАМН) считает: в этом мозге отделы, ответственные за подвижность, интеллект и т.д., были менее развиты, чем у современных птиц. По косвенным данным, такой мозг мог принадлежать энантиорнисам. Не в этом ли была еще одна причина их конкурентного проигрыша настоящим птицам?

КАК ОНИ ПОЛЕТЕЛИ?

Ранее считалось, что происхождение пера и полета как такового неразрывно связаны. Теперь, после открытия различных оперенных тероподных динозавров и разнообразных древних птиц от этой гипотезы приходится отказаться. Выходит, приобретение перового покрова было обусловлено другими обстоятельствами.

Возможно, на первых порах он имел теплозащитную функцию или прикрывал его обладателей от жесткого ультрафиолетового солнечного света. На коротких мягких покровных перьях не полетишь. Тогда откуда взялись жесткие и длинные перья крыльев и хвоста? Предполагается, что первичное удлинение и увеличение их размеров у предков птиц и летающих динозавров было вызвано формированием украшающих структур, связанных с брачными демонстрациями.

Но как все-таки они полетели? До сих пор в этом плане конкурировали две гипотезы. По одной, "древесной", обозначаемой направлением "сверху вниз", первые полеты совершились на стадии древесных архозавроморфных предков пернатых, которые взбирались вверх на деревья, обхватывая их передними лапами, а затем стали спрыгивать вниз, после чего и полетели. По другой, "наземной", тесно связанной с происхождением птиц от динозавров, вектор был другим - "снизу вверх": они бежали-бежали, все быстрее и быстрее, подпрыгнули и, наконец, полетели. В любом случае это были двуногие предки - бипедальные, как мы их называем, передвигавшиеся только на задних ногах, со свободными передними конечностями, освобожденными от функции опоры. Но обе гипотезы оставляли много вопросов и неувязок, не позволявших принять их в чистом виде. Например, у археоптерикса, энантиорниса, конфуциусорниса когти на передних лапах (крыльях) почему-то загнуты наружу. Как при такой ориентации можно обхватывать ствол? Для этого они должны быть загнуты внутрь, чтобы цепляться за ствол.

Совместно с кандидатом биологических наук Игорем Богдановичем (Институт зоологии им. И. И. Шмальгаузена НАН Украины) нами разработана новая компромиссная гипотеза происхождения полета. Ключевым фактором после бипедальности мы считаем строение лапы птиц и тероподных динозавров. Уже у самых первых известных раннемеловых настоящих птиц задняя лапа была устроена по анизодактильному типу: три передних ее пальца направлены вперед, а первый внутренний полностью противопоставлен им и нацелен назад. Кстати, хотя скелетов птиц в триасе и юре никто до сих пор не нашел, отпечатки их следов из позднего триаса Аргентины и ранней юры Африки и Европы показывают именно такое строение лапы.

Последовательность гипотетических стадий обретения полета настоящими птицами:
I - бипедальный наземный архозавроморф;
II - возникновение анизодактилии у архозавроморфного предка настоящих птиц;
III - запрыгивание на нижние ветви деревьев и кустов;
IV - надежная посадка на насестах при окончательном формировании анизодактилии и начальной редукции длинного хвоста;
V и VI - возникновение перьев с симметричными опахалами на дистальных сегментах передних конечностей и хвоста для брачных демонстраций;
VII - формирование асимметричных аэродинамических перьев на крыльях и редукция длинного хвоста;
VIII - переход к настоящему машущему полету.

Далее. У самых ранних знакомых нам настоящих птиц из нижнемеловых отложений хвост был устроен уже веерообразно - короткий отдел позвоночника с коротким пигостилем (ряд сросшихся последних хвостовых позвонков), на котором веером сидели перья. Что это им давало? Лапами с таким расположением пальцев они могли надежно обхватывать ветки и удерживаться на них, не балансируя длинным хвостом. И постепенно он исчез, т.к. не было необходимости в подобном заднем балансире, каковым он служил археоптериксам и оперенным тероподным динозаврам. Они не могли твердо держаться на ветвях. Первый палец у них никогда не достигал полностью противопоставленного положения. Поэтому им приходилось удерживаться на ветвях, балансируя длинным хвостом. И на деревья по стволам они не могли взбираться, обхватывая их передними лапами-крыльями, поскольку когти на пальцах были загнуты наружу. А для чего же тогда служили ориентированные таким образом когти? Мы полагаем, для того, чтобы удерживаться за окружающие ветки при ненадежной опоре на задние лапы - ведь их пальцы не обхватывали ветку полностью. Отметим: у самых ранних настоящих веерохвостых птиц, хотя когти на пальцах крыльев еще сохранялись, они были уже маленькими и почти прямыми - не загнутыми.

А как же тогда эти ранние птицы и тероподные динозавры, стремившиеся полететь, взбирались на деревья? Вероятно, запрыгивая на нижние ветки и передвигаясь все выше и выше. Причем первые надежно держались на ветвях с помощью своих анизодактильных лап, а вторые помогали себе длинными пальцами крыльев с загнутыми наружу когтями.

Для чего же понадобились деревья и тем, и другим? В первую очередь, не для того, чтобы научиться летать. Полет начался уже потом, как следствие освоения надземного яруса жизни. Можно предполагать, что туда они стали забираться в стремлении освоить новые кормовые ресурсы. Или уйти от наземных хищников во время ночевок. Или чтобы устраивать там гнезда, страхуя тем самым свои кладки яиц и потомство опять же от хищников. Или для того, другого и третьего вместе.

Имея короткий облегченный хвост и легкий скелет, настоящие птицы, спускаясь первоначально с деревьев вниз, порхая зачатками оперенных крыльев, в конце концов полетели настоящим машущим полетом. Оперенные динозавры, хотя и получили длинные перья на крыльях, "вырастили" такие же перья на задних ногах, настоящего полета, скорее всего, не приобрели, хотя и стали довольно совершенными "планеристами".

Так что осталось дождаться только хотя бы одной находки настоящей птички с анизодактильной лапой, с веерообразным хвостом в юрских, а еще лучше в позднетриасовых отложениях. А они были. Просто до сих пор в силу многих причин нам еще не попались. Ведь совсем недавно мы почти ничего не знали и о раннемеловом этапе в истории птиц. Не просто не знали. Кое-кто из специалистов даже не верил, что уже тогда были настоящие веерохвостые.

Исследование поддержано грантом РФФИ 07 - 04 - 00306.

Доктор биологических наук Евгений КУРОЧКИН, заведующий лабораторией Палеонтологического института им. А. А. Борисяка РАН

Первые птицы появились примерно в конце Триасового - начале Юрского периода (180-150 млн. лет до н. э.) Произошли они предположительно либо от ящеробедрых динозавров, либо от мелких и быстрых рептилий Триасового периода, передвигавшихся на двух задних конечностях. Одной из самых примитивных птиц был Археоптерикс. Но, несмотря на многие черты, свойственные рептилиям, он имел прогрессивные черты современных птиц. После вымирания Динозавров, в Кайнозойскую эру, появилось множество разнообразных видов птиц, превосходящих современных по размерам. buy viagra cheap online

В эоцене (среднетретичный период, 54-38 млн. лет назад) существовала птица Диатрима. С виду она напоминала страуса. Рост ее составлял около 2-3 метров, длина клюва - до 50 сантиметров. На сильных лапах у нее имелось по четыре пальца с длинными когтями. Летать диатримы не умели, зато отлично бегали.

Жила диатрима в засушливых степях Северной Америки и Европы, питалась мелкими млекопитающими и пресмыкающимися. Ближайший родственник Диатримы - журавль.

Фороракос достигал 1,5 м в высоту. Его острый крючковатый полуметровый клюв был весьма грозным оружием. Поскольку у него были маленькие, неразвитые крылья, он не мог летать. Длинные, сильные ноги фороракосов свидетельствуют о том, что они были прекрасными бегунами. По мнению некоторых исследователей, родиной этих огромных птиц была Антарктида, покрытая в то время лесами и степями. Большинство же ученых склоняется к выводу, что фороракос обитал па территории тогдашней Южной Америки.

Археоптерикс

(на рисунке видно, что у него сохранились зубы в челюстях, пальцы на крыльях и удлиненный хвост с большим числом позвонков - признаки рептилии.)

Моа - одна из самых больших нелетающих птиц, населявших острова Новой Зеландии до ХVIII века. Эта огромная страусоподобная птица была, возможно, любимым объектом охоты местных жителей. Сейчас в Новой Зеландии живет киви - птица, которая, видимо, близка к отряду моаобразных. (На островах Новой Зеландии обитал целый отряд нелетающих птиц, насчитывающий 6 родов и от 13 до 27 видов (по разным данным) - это Моаобразные. Размеры птиц: от индюка - Anomalopteryx и до гигантского 3-х метрового и весом 250 кг - Dinornis. В начале ХVII века на о. Южном еще обитало несколько более мелких видов Моа. В середине ХIХ века там несколько раз видели, вероятно, Megalopteryx hectory (один из мелких видов). Все они жили в лесах, питались растениями, самки были крупнее самцов. В музеях мира имеется несколько полных скелетов Моа, много костей, остатки шкур, перья и яйца).

Моа

(По последним исследованиям выяснилось, что моа были не слишком сообразительными - размер мозга этого трехметрового гиганта был величиной примерно с мозг голубя.)

Все особенности птиц, отличающие их от рептилий, носят преимущественно приспособительный характер к полету. Поэтому вполне естественно считать, что птицы произошли от рептилий.

Происходят птицы от древнейших рептилий, у которых задние конечности были построены так же, как и у птиц. Переходные формы - археоптерикс и археорнис - в виде ископаемых остатков (отпечатков) обнаружены в верхнеюрских отложениях. Наряду с чертами, характерными для рептилий, они имеют признаки строения птиц.

Приспособленность птиц к среде обитания

Птицы хорошо приспособились к разнообразным условиям существования: к жизни в болотах, водному образу жизни, в воздухе, лесах и кустарниках, равнинах или скалах.

Для некоторых птиц (стрижи, ласточки и др.) воздух является основной средой обитания, так как они питаются в воздухе различными летающими насекомыми. Птицы, добывающие пищу в воздухе, являются жителями обрывов, скал и древесной растительности. Ласточки и стрижи, например, вторично приспособились строить свои гнезда в постройках человека, заменяющих собой склоны берегов и скал.

Те птицы, которые используют воздух и как среду передвижения, и как среду добывания пищи, проводят большую часть суток в полете. У них наиболее совершенный летательный аппарат.

Мелкие и средние птицы (стрижи, ласточки, соколы) имеют чрезвычайно удлиненное крыло, заостренное к вершине. Хвост у них чаще глубоко вырезанный, или вильчатый. Эти птицы летают очень быстро и могут делать неожиданные повороты. У более крупных видов птиц летательный аппарат приспособлен к парению. Например, у морских форм (чайки, буревестники) крыло относительно длинное и узкое, а у сухопутных (хищные птицы) оно шире и короче.

Птицы, использующие воду как среду обитания и добычи пищи, имеют также соответствующие приспособления. Они шли у них в двух направлениях: приспособления крыльев и приспособления ног.

Одни птицы (буревестники) имеют чрезвычайно длинные крылья и целыми днями парят над водой и хватают увиденную пищу. Такие птицы могут плавать на воде. Другие птицы (пингвины) для передвижения в воде используют крылья, которыми действуют как веслами. Перья крыла пингвина превратились в чешуевидные образования, поэтому эти птицы совершенно не могут летать.

У тех водных птиц, которые при плавании и нырянии используют ноги, в ходе эволюции появились между пальцами перепонки. Исключением является водяная курочка, которая неплохо плавает, а перепонок на ногах не имеет.