Перейти к содержанию
Pandora Space
Эллой

Невероятная история пера

Рекомендуемые сообщения

Эллой    66

Возникновение и эволюция механизма птичьего полета до сих пор остается тайной, хотя ученые пытаются ее раскрыть уже не одно десятилетие. Последние находки палеонтологов приближают нас к ответу на вопрос, откуда взялись перья.

 

Большинству из нас вряд ли когда-нибудь доведется увидеть величайшие чудеса природы. Мы никогда не заглянем в огромные, как арбузы, глаза гигантского кальмара; бивень нарвала, похожий на рог единорога, удивит нас лишь в музее – и этот список бесконечен. Но есть одно чудо природы, увидеть которое очень легко, стоит только выйти на улицу. Речь о пернатых динозаврах.

 

Возникновение и эволюция удивительного механизма птичьего полета по сей день остается тайной, хотя над ее разгадкой ученые бьются давным-давно.

 

Изображение

 

Все мы, даже жители огромных мегаполисов, привыкли к птицам и совершенно не задумываемся о том, что они – потомки динозавров. И тем более не обращаем внимания на их оперение – искусно сконструированный природой сложный летательный аппарат. Чтобы противостоять силе встречного потока воздуха, маховое перо имеет асимметричную форму: передний его край узкий и жесткий, а задний – широкий и эластичный. Для создания подъемной силы птице нужно лишь изменить угол наклона крыльев, используя разницу скоростей воздушных потоков, обтекающих крыло сверху и снизу. За счет того, что нижний поток идет по прямой, а верхний – по дуге, и создается подъемная сила.

 

Самолетостроители позаимствовали у птиц некоторые аэродинамические хитрости. Но птичье крыло устроено гораздо сложнее, чем любая конструкция из листового металла и заклепок. От рогового стержня пера в две противоположные стороны расходится множество тонких стерженьков – бородок. От каждой из них, опять же в одной плоскости, отходят бородки второго порядка, сплошь покрытые крошечными крючочками. Крючочки соседних бородок сцепляются между собой, образуя что-то вроде плетеной решетки – легкая, но очень прочная конструкция. Когда птица чистит перышки, бородки разъединяются, а потом, как застежки на липучках, снова смыкаются.

 

Возникновение и эволюция удивительного механизма птичьего полета по сей день остается тайной, хотя над ее разгадкой ученые бьются давным-давно. В 1861 году, всего лишь через два года после того, как Чарлз Дарвин опубликовал «Происхождение видов», рабочие немецкой каменоломни открыли удивительную окаменелость: оперенное существо величиной с ворону, жившее около 150 миллионов лет назад. Хотя у существа, которое ученые назвали археоптериксом (Archaeopteryx), и были крылья с перьями, кое-что указывало на его родство с пресмыкающимися – например, зубастая пасть, когтистые передние конечности и длинный костистый хвост. Подобно древним китам с лапами, археоптерикс, казалось, остановил мгновение в череде эволюционных метаморфоз. «Это очень веское доказательство в мою пользу», – сообщал Дарвин в письме другу, шотландскому геологу и ботанику Хью Фалконеру.

 

Доказательство было бы более веским, если бы палеонтологам удалось найти более древнее существо с примитивным оперением – но, увы, полтора века прошли в напрасных поисках. Тем временем другие ученые пытались разгадать загадку происхождения перьев, изучая чешую современных рептилий – ближайших из ныне здравствующих родственников птиц. И чешуя, и перья имеют плоскую форму, но перья намного длиннее. Потому считалось, что чешуя птичьих предков, из поколения в поколение, вытягивалась, ее края расщепились, и постепенно она эволюционировала в первые перья.

 

Отсюда сам собой напрашивался вывод, что это превращение происходило по мере приспособления предков птиц к полету. Представьте себе этих существ как маленьких покрытых чешуей четвероногих пресмыкающихся, которые населяли полог леса и прыгали с дерева на дерево. Если бы чешуя продолжала удлиняться, подъемная сила оперенных конечностей возрастала бы, так что со временем первоптицы смогли бы уже не просто прыгать, а планировать в воздухе все дальше и дальше. А затем, когда лапы уподобились бы крыльям, преобразовать планирующий полет в машущий. То есть развитие перьев происходило «в полете».

 

Теория «от перьев к полету» зародилась в 1970-е годы, когда палеонтолог Джон Остром из Йельского университета отметил поразительное сходство между скелетами птиц и двуногих динозавров – теропод, к которым относятся самые знаменитые монстры – тираннозавр (Tyrannosaurus) и велоцираптор (Velociraptor). Остром не сомневался в том, что птицы – потомки динозавров. Однако у многих теропод были большие задние и короткие передние конечности, а также мощные, длинные хвосты – вряд ли древолазы могли иметь подобное строение. Другие палеонтологи утверждали, что птицы произошли вовсе не от динозавров, а сходство между ними объясняется тем, что в далеком прошлом у них был общий предок.

 

Джон Остром не сомневался в том, что птицы – потомки динозавров. В 1996 году китайские палеонтологи сделали удивительное открытие, подтверждавшее гипотезу Острома.

 

В 1996 году китайские палеонтологи сделали удивительное открытие, подтверждавшее гипотезу Острома. Были обнаружены окаменелые остатки синозавроптерикса (Sinosauropteryx) – маленькой тероподы с укороченными передними лапами, жившей 125 миллионов лет назад. Находка поражала тем, что спину и хвост ящера покрывал слой тонких полых филаментов. Наконец-то в руках ученых оказались настоящие примитивные перья – принадлежавшие существу, бегавшему по земле. А это означало, что появление перьев могло не иметь никакого отношения к полету.

 

Вскоре в распоряжении палеонтологов были уже сотни пернатых теропод, и перед учеными стала вырисовываться детальная картина эволюции пера. Вначале появились простые нитевидные филаменты. Затем в разных эволюционных линиях теропод они развились во всевозможные виды перьев: одни напоминали птичий пух, другие – настоящие перья, но бородки расходились на них симметрично, а не так, как у птиц. Некоторые тероподы щеголяли в причудливых нарядах из длинных широких филаментов – таким «оперением» не может похвастаться ни одна современная птица.

 

Эти полые филаменты поначалу поставили ученых в тупик. Если это самые первые перья, каким образом они получились из плоской чешуи? К счастью, и сегодня существуют тероподы с нитевидными перьями – птенцы. Перьевой покров птенца поначалу представляет собой что-то вроде щетинок, которые со временем видоизменяются и приобретают более сложную форму. У зародыша птицы эти щетинки прорастают из утолщений в покровных тканях – плакод. В результате быстрого развития клеток, образующих кольцо в верхней части плакоды, формируется цилиндрическая трубка – зачаток щетинки.

 

У пресмыкающихся тоже есть плакоды. Но у зародыша рептилии каждая плакода активирует гены, вызывающие рост тех клеток кожи, которые расположены на задней стороне плакоды, и поэтому образуется чешуя, а не щетинка. В конце 1990-х годов Ричард Прум из Йельского университета и Алан Браш из Университета Коннектикута предположили, что переход от чешуи к перьям мог произойти в результате незначительного изменения в передаточном механизме генетических команд в пределах плакод, благодаря чему клетки стали прорастать сквозь кожу вертикально, а не разрастаться в ширину. Иными словами, перья были не просто вариацией на заданную тему: ансамбль из тех же самых генетических инструментов заиграл совершенно новую музыку. Как только появились филаменты, до превращения их в примитивные перья оставался всего один шаг – а дальше совершенству не было предела.

 

Если перья появились не для того, чтобы летать, то зачем они вообще были нужны? По мнению некоторых палеонтологов, первоначальной функцией перьев могла быть теплоизоляция.

 

До недавнего времени считалось, что перья появились у одного из самых ранних представителей теропод, от которых и произошли птицы. Однако в 2009 году китайские ученые обнаружили существо со щетинками на спине, получившее название тяньюйлун (Tianyulong), которое относится к отряду птицетазовых динозавров – весьма отдаленных родственников теропод. Эта находка указывала на совсем удивительный сценарий: общий предок всех динозавров имел волосовидное оперение, которое впоследствии, за время длительной эволюции у некоторых видов оказалось утрачено. А если удастся доказать, что «пух», обнаруженный на шкуре некоторых птерозавров, представляет собой не что иное, как перья, то окажется, что эти структуры произошли еще раньше: ведь у этих крылатых рептилий и динозавров был очень древний общий предок.

 

Нельзя исключать и еще более необычную версию. Не будем забывать, что ближайшие из ныне живущих родственников птиц, динозавров и птерозавров – аллигаторы и крокодилы. И хотя сегодня эти хищники прекрасно обходятся без оперения, у аллигаторов был найден тот самый ген, который у птиц регулирует формирование перьев. Значит, не исключено, что каких-нибудь 250 миллионов лет назад предки крокодилов были пернатыми – пока не отделились от птиц, пойдя по другому пути развития. Таким образом, по мнению некоторых ученых, проблема не в том, откуда у птиц перья взялись, а в том, куда они у аллигаторов делись.

 

Если перья появились не для того, чтобы летать, то зачем они вообще были нужны? По мнению некоторых палеонтологов, первоначальной функцией перьев могла быть теплоизоляция. Теропод иногда находят в одной и той же позе: с передними конечностями, простертыми над гнездом, – возможно, оперение позволяло им согревать кладку яиц.

 

В последние годы стала популярной и другая гипотеза: перья возникли для того, чтобы их обладатели стали заметнее. Действительно, перья современных птиц – настоящее буйство красок и бесконечное разнообразие узоров, они переливаются радужным блеском и сверкают россыпью бриллиантовых искр. Нередко сказочная красота служит для привлечения представителей противоположного пола. Например, павлин распускает свой великолепный хвост, чтобы обратить на себя внимание самки. Предположение о том, что перьевой покров появился у теропод для того, чтобы выделить их «из толпы», стали активно обсуждать в 2009 году, когда ученые тщательно исследовали строение примитивных перьев и обнаружили микроскопические мешочки – меланосомы, которые по форме точно соответствуют структурам, отвечающим за расцветку перьев у птиц. Невероятно, но факт: эти меланосомы настолько хорошо сохранились, что можно восстановить окраску динозавров. Так, хвост синозавроптерикса, по-видимому, пестрел красноватыми и белыми полосами. Возможно, самцы этого вида выставляли напоказ свои эффектные хвосты, когда ухаживали за самками.

 

Каково бы ни было первоначальное предназначение перьев, не исключено, что динозавры были пернатыми много миллионов лет, прежде чем какие-то их виды стали использовать перья для полета. Сегодня палеонтологи внимательно изучают ближайших родственников птиц среди теропод, пытаясь понять, как это произошло. Одна из самых многообещающих находок – недавно обнаруженный анхиорнис (Anchiornis), живший более 150 миллионов лет назад. Передние конечности этого удивительного существа были покрыты пестрыми черно-белыми перьями, а на голове торчал ярко-рыжий хохолок. Перья анхиорниса очень напоминали маховые, за исключением того, что они были симметричной формы. Без узкой и жесткой передней кромки они не слишком годились для полета. Возможно, движущей силой эволюции, выразившейся в появлении этого экстравагантного наряда, явился половой отбор – так же, как и в случае с возникновением павлиньего хвоста. И точно так же, как длинные хвосты павлинов доставляют им множество неудобств, громоздкое оперение могло быть обузой для анхиорниса.

 

Корвин Салливан и его коллеги из Института палеонтологии позвоночных и палеоантропологии в Пекине готовы объяснить, каким образом анхиорнис мог решить эту проблему.

У тех теропод, с которыми современные птицы в близком родстве, одна из костей запястья имела форму клина, так что они легко могли сгибать кисти передних конечностей. Анхиорнису эта клиновидная кость позволяла складывать передние конечности по бокам так, чтобы перья не волочились по земле при ходьбе. У современных птиц тоже есть подобная кость, и именно она помогает в полете: при взмахе подтягивает крылья к телу. Если Салливан и его коллеги правы, ключевое приспособление для полета появилось у птиц задолго до того, как они научились летать. Это пример явления, которое эволюционисты называют экзаптацией – приспособлением уже существующего органа к новой функции. По всей видимости, способность птиц к полету стала результатом череды таких экзаптаций, и потребовались миллионы лет, прежде чем птицы поднялись в воздух.

 

Источник: http://www.nat-geo.ru/article/64-istoriya-pera-dolgaya-i-neveroyatnaya/

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

Для публикации сообщений создайте учётную запись или авторизуйтесь

Вы должны быть пользователем, чтобы оставить комментарий

Создать учетную запись

Зарегистрируйте новую учётную запись в нашем сообществе. Это очень просто!

Регистрация нового пользователя

Войти

Уже есть аккаунт? Войти в систему.

Войти

×