Новый взгляд на эволюцию птиц

Все больше научных данных говорит о множественности путей эволюции птиц

Возможный древнейший предок птиц, найденный учеными в Техасе (США), жил на 80 миллионов лет раньше археоптерикса

По мнению некоторых ученых, археоптерикс — тупиковая ветвь эволюции

Древние и современные птицы произошли, вероятно, независимо — от разных групп рептилий

В Китае найдены остатки удивительных динозавров — они были покрыты перьями

На вопросы журнала отвечает доктор биологических наук Е. Н. КУРОЧКИН, заведующий лабораторией палеогерпетологии и палеорнитологии Палеонтологического института Российской академии наук.
Беседу ведет специальный корреспондент журнала Е. И. КАЛИКИНСКАЯ.

— Евгений Николаевич, мне кажется, я не ошибусь, если скажу, что в палеонтологии многое зависит от удачи. Неожиданная находка подобна лучу прожектора, который внезапно падает на темную дорогу и освещает ее ответвления, перекрестки, развилки. Новые открытия способны коренным образом изменить представления ученых об эволюции животного мира и пересмотреть интерпретацию давно известных фактов. Именно так обстоит дело с сенсационными находками ископаемых остатков древнейших птиц. События далекого прошлого стали популярной темой обсуждения на страницах газет и журналов. Каковы сегодня представления ученых об эволюции пернатых?

— В этой области за последние десять—пятнадцать лет произошел настоящий переворот. Судите сами: более ста лет все заключения о происхождении птиц основывались на ископаемых остатках археоптерикса, жившего в юрском периоде, а также зубастых герпесорнисов и ихтиорнисов — древних птиц, живших в меловом периоде. До восьмидесятых годов существовала всего одна монография о происхождении птиц, написанная Дж. Хельтманом в 1926 году. А за последние три года в свет вышло пять книг.

Это связано с появлением множества новых фактов в начале восьмидесятых годов.

В 1981 году британский палеонтолог С. Уокер описал новую группу ископаемых птиц, обнаруженную в меловых отложениях Аргентины, возрастом около 70 миллионов лет. Он назвал эти странные существа энанциорнисами, что означает “противоположные птицы”. В 1977 году экспедиция нашего института на раскопках в Монголии нашла древнюю летающую птицу, жившую в начале мелового периода, которую назвали амбиортусом. Эти находки были так необычны, что многие специалисты не поверили в достоверность определения их возраста и не согласились с предложенной классификацией. Но затем последовали новые находки в меловых отложениях Испании, Китая, Монголии, Узбекистана, Северной и Южной Америки, Австралии, Мадагаскара, которые подтвердили, что в мезозое птицы уже широко расселились по земному шару.

Попытки объяснить родственные связи этих древних существ привели к тому, что ученые разделились на два лагеря. Сторонники “динозавровой” теории происхождения птиц считают, что динозавры не вымерли, а дали начало современным птицам. В некоторых книгах так и пишут: “Посмотрите в окно — и вы увидите динозавра в перьях”.

Другой лагерь исследователей, к которому принадлежу и я, придерживается классической схемы происхождения птиц, считая, что с динозаврами их могут связывать только общие предки, но отнюдь не прямое происхождение от них. Скорее это куст со многими ветвями. Первая точка зрения удобна и понятна для широкой публики, вторая, на мой взгляд, основывается на тонком анализе строения скелета древних существ.

— По каким же признакам динозавров объединяют с птицами? Ведь раньше ископаемых ящеров относили к пресмыкающимся.

— Динозаврологи рассуждают, например, следующим образом: для птиц характерен заметный гребень над вертлужной впадиной, в который упирается головка бедренной кости. Такой же гребень обнаружили у одного динозавра, несколько лет назад найденного монголо-американской экспедицией в пустыне Гоби. Было такое небольшое бегающее на двух лапах существо — мононикус, потом нашли несколько других представителей этого же семейства в Монголии и Америке. Кроме гребня у мононикуса и строение ног похоже на птичье. Известно, что у птиц сустав между голенью и цевкой формируется из отдельных косточек. У мононикуса тоже есть подобный сустав. Но в том-то и дело, что и гребень, и сустав у этого динозаврика образовались совсем из других косточек, чем у птиц. Поэтому нельзя считать, что сходство обусловлено общим происхождением, это просто параллелизм развития: чисто внешняя похожесть, возникшая в результате передвижения на двух конечностях. Тем не менее мононикуса некоторые ученые по-прежнему относят к птицам, сравнивая его только с древними птицами, хотя, когда сравнили его с динозаврами, оказалось, что сходства больше.

— Но ведь птицы отличаются от рептилий не только строением ноги, а прежде всего наличием перьев, теплокровностью? Способность летать, как известно, появилась в эволюции гораздо позже, и даже археоптерикс не мог похвастаться хорошими летными качествами.

— О том, что динозавры могли иметь перья, разговоры среди палеонтологов шли уже давно. И вот последние находки в Китае подтвердили это предположение. Однако оперенные динозавры только внешне в чем-то походили на птиц — они относятся к группе хищных динозавров. Да и перья у них совсем другого типа, чем у современных птиц. Птичьи перья имеют сложное строение. Опахала (лопасти) формируются из бородок и бородочек, сцепленных через крючочки таким образом, что получается сплошная и достаточно прочная поверхность. Так выглядит и единственное перо, по которому был описан археоптерикс, найденный в верхнеюрских отложениях в Баварии (Германия). Потом нашли семь скелетов археоптериксов с отпечатками перьев на крыльях и хвосте. Но эти перья, похоже, относятся совсем к другому типу — они состоят из сплошной рифленой пластинки, без бородок и бородочек. Вероятно, так же устроены и перья хищных динозавров, найденных в Китае. Очевидно, в одно и то же время существовали разные типы перьев, и делать какие-либо выводы об общем происхождении некоторых ископаемых животных просто на основе наличия у них перьев теперь невозможно. Вообще оказалось трудно найти тот признак, который бы “наверняка” отделял рептилий от птиц. Теплокровность тоже не критерий. Ведь, как стало ясно совсем недавно, существовали и теплокровные рептилии, покрытые волосами. Так что и эта граница стала размываться.

— Но тогда как отличить таких теплокровных рептилий от млекопитающих? На что опираются палеонтологи?

— Пытаются опереться на частности. Например, чтобы разделить млекопитающих и рептилий, берут за основу строение среднего уха. У предков млекопитающих уже сформировалось среднее ухо с тремя соединенными между собой косточками, через которые колебания воздуха передаются на барабанную перепонку. У рептилий этих косточек одна или две. Так и классифицируют: если одна-две косточки — рептилии, если три — млекопитающие. Но, разумеется, учитываются и другие особенности строения скелета.

— Новые данные привели к пересмотру той простой логической схемы, в которой самой древней птицей и предком всех остальных птиц считался археоптерикс?

— В последнее время место археоптерикса в эволюции птиц служит предметом неутихающих дискуссий. Часть исследователей по-прежнему полагает, что археоптерикс был самой древней птицей, которая и дала начало всем более поздним формам. Такой гипотезы придерживается, например, известный специалист по ископаемым птицам А. Федучия. Другая школа признанных “динозаврологов” — например, Дж. Остром и Ж. Готье, считает, что птицы напрямую произошли от тероподных динозавров, и археоптериксу также отводится место предка для всех позднейших птиц.

Я разрабатываю гипотезу по крайней мере о двух путях эволюции птиц. Один путь связан с археоптериксом и с энанциорнисами, которые жили в меловом периоде. Сначала думали, что энанциорнисы — это какая-то особая группа южноамериканских птиц, но теперь, по-моему, ясно: энанциорнисы — особая ветвь в эволюции птиц, ближайшие родственники археоптерикса.

Вместе с археоптериксом они представляют собой отдельную линию эволюции. Эти два отростка на одной ветви так называемых ящерохвостых птиц не дали продолжения в эволюции.

Сравнение особенностей скелета археоптерикса и энанциорнисов обнаруживает много общего, сильно выражено сходство и в строении черепа. Одна интересная деталь: на поперечных срезах костей и тех и других ископаемых видны линии задержек роста, говорящие о том, что кости скелета у них росли на протяжении нескольких лет, а не вырастали за один сезон, как у современных птиц. Похоже на годичные кольца на стволах деревьев. Это также свидетельствует о том, что ящерохвостые птицы не могли поддерживать температуру тела на постоянном уровне, с понижением температуры окружающей среды приостанавливался рост их костей. То есть они не были теплокровными и поэтому признаку ближе к рептилиям, чем к птицам.

В связи с этим, а также учитывая данные новых исследований по моделированию аэродинамики археоптерикса, высказываются серьезные сомнения в том, что он был способен к длительному машущему полету. Хотя, с другой стороны, строение опахал маховых перьев, аэродинамический изгиб их стержней, продольные гребни на стержнях, увеличивающие прочность на излом, и некоторые другие признаки указывают на неплохие летательные способности археоптерикса.

Другая эволюционная линия птиц, которая развивалась параллельно в то же самое время, — так называемые веерохвостые птицы. Вышедшие в 1996 и в 1997 годах книги о происхождении и эволюции птиц еще не упоминают об этих древнейших их представителях. Но совсем недавно в Китае нашли хорошо сохранившиеся скелеты веерохвостых птиц, живших 140 миллионов лет назад. Остатки, обнаруженные в Монголии, на 10—20 миллионов лет “моложе”. К веерохвостым птицам относится все разнообразие современных птиц, которые отличаются от археоптерикса и современных птиц строением цевки. У современных птиц три косточки слились в единый монолит — цевку, к которой также относится особая косточка, покрывающая остальные, словно шапочка. У энанциорнисов и археоптерикса цевка образована тоже тремя косточками, но они не срослись в монолит, нет и покрывающей их “шапочки”.

У только что вылупившихся птенцов современных птиц суставные поверхности этих косточек еще хрящевые, и сустав некоторое время работает на хрящах, которые потом быстро замещаются растущей костью. В Монголии найдены не только взрослые энанциорнисы, но и их эмбрионы внутри ископаемых яиц, и по этим остаткам можно проследить отдельные детали формирования их скелета. Например, у вылупляющихся птенцов энанциорнисов суставные поверхности уже были костными, а не хрящевыми.

— Теперь, когда археоптерикса перестали считать самым древним предком птиц, есть ли другие “кандидаты” на эту роль?

— Это так называемый протоавис, интереснейшая находка, которая была сделана американским палеонтологом Ш. Чаттэрджи и подробно описана в научном журнале в 1991 году. Геологический возраст протоависа оценивается в 225 миллионов лет, то есть он на 80 миллионов лет “старше” археоптерикса.

Некоторые специалисты, правда, высказывают сомнения в том, что эти остатки принадлежат одному животному, а не разным. Другие относят его к отряду динозавров. Есть и такие, которые даже не верят в существование протоависа, поскольку в журнале были опубликованы в основном рисунки, а не фотографии, а ископаемые остатки хранятся в маленьком городке в штате Техас.

Мне посчастливилось изучать кости протоависа, и я воочию убедился в реальности этого ископаемого существа, которое имело объемистый череп, вмещавший обширный мозг с полушариями и огромным мозжечком (такого мозга в конце триасового периода, когда жил протоавис, не было еще ни у одного из позвоночных). Кроме того, строение черепа свидетельствует о наличии у этого существа бинокулярного зрения. Особенности скелета протоависа обнаруживают много сходства с веерохвостыми птицами, хотя пропорции скелета и положение центра тяжести тела говорят о том, что протоавис еще не мог летать.

Эта находка позволила найти еще один ответ на вопрос: чем же все-таки отличаются птицы от динозавров? Поскольку птицы затрачивают на полет и добывание пищи огромное количество энергии, то у них уровень обмена значительно выше, чем у рептилий. У птиц расход кислорода в расчете на 1 килограмм веса в три-четыре раза превышает этот же показатель у рептилий! Раз высокий обмен, следовательно, должна быть высокая скорость выведения продуктов распада и шлаков из организма. Для этого нужны большие мощные почки. У современных птиц есть три глубокие впадины в тазовых костях, в которых размещаются их крупные почки. Такие же ямы для почек есть и в тазовых костях протоависа. Следовательно, это животное отличалось высоким уровнем обмена веществ, нехарактерным для рептилий. Кроме того, у него в передней конечности произошло частичное слияние костей запястья, которые полностью сливаются только у настоящих птиц.

— Новые находки показали несостоятельность старой эволюционной схемы, которую можно сравнить с маленьким растением с одним-единственным побегом. Вместо этого мы, по всей вероятности, имеем могучее дерево со многими ветвями, и разобраться в переплетении этих ветвей будет довольно трудно?

— Простота и логичность старой схемы объяснялись просто недостатком фактов и тем, что ее было удобно поместить в школьные учебники и легко объяснить ученикам. Сегодня вырисовывается совершенно другая картина происхождения не только птиц, но и земноводных, и млекопитающих. Так, в процессе эволюции была не одна, а несколько попыток рыбообразных существ выйти на сушу. Любая систематическая группа, по-видимому, имела несколько ветвей, каждая из которых пыталась перейти на более высокий уровень развития, и только одна ветвь получала продолжение. Именно так и описывает эволюционный процесс классическая филогения — наука, занимающаяся выяснением родственных связей между разными группами животных и растений. Но в конце шестидесятых годов стал бурно развиваться так называемый кладизм (см. “Наука и жизнь” № 6, 1985 г.) — учение, которое отвергает множественность путей развития и все свои построения выводит на основе прямых путей в эволюции животных и растений. Любое сходство при этом принимается за доказательство общего происхождения, и не учитывается, как это сходство возникло.

Кладизм привлек многих своей простотой, не нужно было учитывать нюансы, например, эмбрионального развития животных. К тому же кладистические схемы легко можно было получать с помощью компьютерных программ по принципу тестов, где два ответа: “да” и “нет” — есть такой признак или отсутствует. Возникает видимость объективности полученных результатов. В программу загружалось несколько десятков признаков, и считали, что, чем их больше, тем точнее выводы. Эту методологию разработал в 1950 году немецкий исследователь В. Хенниг для выяснения отношений видов и подвидов, то есть для гораздо более простых ситуаций. В 1966 году его книга была переведена на английский, завоевала много сторонников в Америке, и эту методику стали применять к высшим систематическим категориям — отрядам, подклассам, классам, хотя она была разработана для низших — видов, подвидов, родов. При анализе родственных отношений методика дает много сбоев, а она была положена в основу целой теории, которая сейчас стала разваливаться на куски. Но этого не нужно бояться, идет нормальный процесс поиска научной истины.

Подробности для любознательных
СЕНСАЦИИ ПРОВИНЦИИ ЛЯОНИН

В 1995 году в провинции Ляонин китайские ученые обнаружили новую ископаемую птицу в отложениях, относящихся к началу мелового периода. С тех пор найдено около 200 экземпляров этих птиц, названных конфуциусорнисами. Это, по-видимому, переходная форма между археоптериксом и энанциорнисами, которая, однако, уже умела поддерживать постоянной температуру своего тела — об этом свидетельствует структура ее костей. Конфуциусорнис размером с голубя, он был весь покрыт перьями, на голове возвышался хохолок. Он имел роговой клюв без зубов. На концах крыльев у него были коготки, на хвосте пара длинных перьев. Это были древесные птицы, лазавшие по веткам, уже умевшие хорошо летать.

В тех же отложениях в 1996 и 1997 годах нашли других птиц и динозавров с перьями. Все они были небольшого размера —длина тела 70—80 см. Самой первой сенсационной находкой оказался синозавроптерикс — динозавр, у которого обнаружили подобие пуха, покрывавшего голову, спину и хвост. Сторонники “динозавровой” теории происхождения птиц тотчас же посчитали эту находку недостающим звеном между динозаврами и птицами. В середине 1997 года Академия естественных наук Филадельфии провела экспертизу синозавроптерикса, в которой участвовали известнейшие палеонтологи. Они пришли к выводу, что “пух” скорее похож на какие-то волокна, чем на примитивные перья.

Но тут же был найден протархеоптерикс, покрытый перьями. По строению скелета он похож на лазающее по деревьям животное. На челюстях сохранились зубы.

Вскоре там же обнаружили еще одного динозаврика, названного каудиптериксом. У него имеются отчетливые остатки оперения: 14 маховых перьев, 10 хвостовых перьев и мелкие перышки на бедрах и в основании хвоста. При этом пальцы передних оперенных лап заканчивались коготками. Каудиптерикс, скорее всего, бегал по земле, вероятно, иногда перепархивая, чтобы сократить свой путь.

Китайские палеонтологи — авторы всех этих находок сразу отнесли их к древним птицам. Но большинство ученых в настоящее время считают их динозаврами, хотя споры о родстве китайских ископаемых с птицами все еще продолжаются.

Хурилт-Улан-Булак.


В этих обрывах были обнаружены остатки динозавров, покрытых перьями, и древнейших птиц.


Остатки амбиортуса. Эта первая настоящая килевая птица, жившая в начале мелового периода, была найдена российскими палеонтологами в 1977 году в Монголии.


Сегодня палеонтологи сомневаются в том, что археоптерикс (рисунок справа), живший 145 миллионов лет назад, был самой древней птицей. Более вероятно, что древнейшим предком птиц был протоавис (рисунок слева), живший 225 миллионов лет назад.


В китайской провинции Ляонин в 1995 г. был найден синозавроптерикс. По контуру его скелета сохранился отпечаток какого-то покрова. Сначала он был принят за пух, однако экспертиза показала, что это скорее волокна, чем примитивные перья.


Остатки конфуциусорниса — древней летающей птицы, которая, по-видимому, была промежуточным звеном между археоптериксом и его ближайшими родственниками энанциорнисами.



Сегодня многие палеонтологи полагают, что эволюция птиц шла одновременно по крайней мере двумя путями: ящерохвостые птицы, древнейшими представителями которых являются археоптерикс и его ближайшие родственники энанциорнисы, оказались тупиковой ветвью, а веерохвостые птицы, самый древний предок которых — протоавис, дали всех современных птиц. К этой ветви относится и первая находка настоящей килевой птицы — амбиортуса, жившей в начале мелового периода, которую обнаружила российско-монгольская палеонтологическая экспедиция в 1977 году в пустыне Гоби.

Единственное перо археоптерикса, хранящееся в Берлинском музее естественной истории, по строению напоминает перья современных птиц. У других экземпляров археоптерикса перья оказались более простыми и напоминали перья хищных динозавров.


РЕКОНСТРУКЦИЯ

Часть скелета конкорниса — одна из первых полных находок энанциорнисов. Внизу — реконструкция этого древнего родственника археоптерикса.


Найденный китайскими палеонтологами каудиптерикс был покрыт мелкими перышками и имел несколько маховых перьев на хвосте и передних лапах, оканчивающихся коготками. Это ископаемое существо некоторые ученые считают динозавром, а другие — птицей. Каудиптерикс, по-видимому, бегал по земле, иногда перепархивая с места на место.

Другие записи

10.06.2016. В поисках утраченного
55 миллионов лет назад огромный метеорит, врезавшийся в Землю, погубил динозавров. Но кое-кто из них мог и выжить -- например, в болотах Экваториальной Африки. Так считает ангичанин Адам Дэвис, объявивший…
10.06.2016. Возможен ли новый взгляд на возраст земной жизни?
Около индийской деревушки Хорхат недавно были обнаружены следы-ходы на песчанике - канавки и туннели, оставленные живым существом, похожим на червя. Если это действительно было животное, то оно обитало…
10.06.2016. Динозавры вымерли, но «тело» их живет?
    На фосфоритном руднике в Белгородской области обнаружено гигантское кладбище динозавров мелового периода. По сохранности — одно из лучших в мире. Зона древнего погоста засекречена для защиты его от…
10.06.2016. Динозавры погибли от рака и бесплодия?
новая гипотеза, проливающая свет на вымирание ящеровС каждым новым открытием все новых видов ископаемых животных все отчетливей проявляется закономерность развитияживотного мира, которая заключается в…
10.06.2016. Динозавры среди нас
Похоже, динозавры вымерли не окончательно - во всяком случае живое существо, которое вроде бы видели жители деревень Новой Гвинеи, по всем описаниям есть не что иное, как настоящий динозавр.По словам местной…