Предки птиц, возможно, были четырехкрылыми

Рис. 1. Anchiornis huxleyi. Видны отпечатки крупных контурных перьев, располагавшихся на всех четырех конечностях и на хвосте. Длина масштабной линейки — 5 см. Фото из обсуждаемой статьи в Nature
Рис. 1. Anchiornis huxleyi. Видны отпечатки крупных контурных перьев, располагавшихся на всех четырех конечностях и на хвосте. Длина масштабной линейки — 5 см. Фото из обсуждаемой статьи в Nature

В юрских отложениях провинции Ляонин (Северо-Восточный Китай) найден хорошо сохранившийся экземпляр оперенного динозавра Anchiornis huxleyi, жившего на несколько миллионов лет раньше археоптерикса. Находка показала, что предки птиц, по-видимому, изначально имели крупные контурные перья, пригодные для полета, не только на передних, но и на задних конечностях.

Вид Anchiornis huxleyi был недавно описан по фрагментарному материалу как еще одна переходная форма между динозаврами и птицами (X. Xu et al. A new feathered maniraptoran dinosaur fossil that fills a morphological gap in avian origin // Chin. Sci. Bull. 2009. V. 54. P. 430–435). В последнем номере журнала Nature китайские палеонтологи сообщили о находке практически полного, очень хорошо сохранившегося отпечатка, который позволил гораздо детальнее изучить строение этого небольшого (размером с ворону) пернатого динозавра из группы троодонтид (Troodontidae).

В последние годы палеонтологи находят так много переходных форм между динозаврами-тероподами и птицами (см. ссылки внизу), что еще одним оперенным динозавром, казалось бы, никого уже не удивишь. Однако статья с описанием анхиорниса появилась не где-нибудь, а в журнале Nature. Чем же так интересна эта находка?

Во-первых, она окончательно устранила противоречие, которое рассматривалось некоторыми авторами как серьезный довод против гипотезы о происхождении птиц от теропод. Это противоречие состояло в том, что вплоть до недавнего времени самой древней «переходной формой», сочетающей признаки динозавров и птиц, оставался археоптерикс — существо весьма близкое к настоящим птицам. Археоптерикс известен из позднеюрских отложений Германии, возраст которых, по последним данным, немногим менее 150 млн лет (последний, титонский век поздней юры). Практически все более «примитивные» (то есть более близкие к обычным нелетающим динозаврам) «полуптицы-полурептилии», найденные в последние десятилетия, жили позже археоптерикса — в меловом периоде, и только единичные представители этого разнопёрого племени были известны из поздней юры (например, Epidexipteryx, о котором рассказано в заметке Перья сначала служили для красоты, а для полета пригодились позже, «Элементы», 01.11.2008).

Анхиорнис интересен прежде всего тем, что это первый пернатый динозавр, про которого можно уверенно сказать, что он жил значительно раньше археоптерикса. Наиболее вероятный возраст отложений, в которых обнаружен отпечаток анхиорниса, — 155 млн лет (оксфордский век поздней юры); минимально возможный — 151 млн лет (киммериджский век).

Таким образом, «временного парадокса», о котором любили говорить противники тероподной теории происхождения птиц, больше не существует. Пернатые динозавры с отдельными птичьими признаками появились все-таки раньше, чем эволюционно продвинутые летающие твари, подобные археоптериксу, от которых до настоящих птиц уже рукой подать (об альтернативной версии происхождения птиц см.: Е. Н. Курочкин. О четырехкрылом динозавре и происхождении птиц, «Природа» №5, 2004).

Во-вторых, находка сильно укрепила гипотезу, согласно которой предки птиц были четырехкрылыми и имели контурные маховые перья не только на передних, но и на задних конечностях. В 2003 году в нижнемеловых отложениях провинции Ляонин — там же, где нашли анхиорниса, но значительно выше по разрезу — был обнаружен четырехкрылый динозавр микрораптор, интерпретированный как примитивный (базальный) представитель дромеозаврид (Dromaeosauridae). Микрораптор жил намного позже археоптерикса, около 125 млн лет назад. Четырехкрылость микрораптора поначалу казалась неким эволюционным «курьезом», не имеющим отношения к магистральной линии птичьей эволюции.

В 2005 году был описан еще один динозавр с крупными перьями на ногах — Pedopenna, живший одновременно с археоптериксом или, возможно, чуть раньше. Он известен только по остаткам оперенных задних конечностей. Педопенна была интерпретирована как базальный представитель группы Avialae, которая включает настоящих птиц и их самых ближайших родственников, в том числе археоптерикса, конфуциусорниса (Confuciusornis) и энанциорниса. Не только у педопенны, но и у других примитивных Avialae, включая археоптерикса, были на ногах контурные перья, хотя и не такие крупные. В ходе дальнейшей эволюции ранних птиц они постепенно редуцировались.

Изучение нового отпечатка анхиорниса, которого отнесли к базальным троодонтидам, позволило сделать вывод, что примитивные представители всех трех групп ближайших птичьих родственников — Troodontidae, Dromaeosauridae и Avialae (эти три группы объединяют под общим названием Paraves) — по-видимому, были четырехкрылыми. Из этого следует, что четырехкрылым, скорее всего, был и последний общий предок всех Paraves. Не исключено, что предки птиц учились летать сначала на четырех крыльях, и лишь после перешли к двукрылому полету.

Авторы отмечают, что в скелете анхиорниса нет столь очевидных признаков приспособления к полету, как у микрораптора. Они не уверены, что анхиорнис был хорошим летуном. Его задние конечности, если забыть о перьях, больше похожи на ноги профессионального бегуна. Крупные перья на ногах, однако, едва ли помогали анхиорнису быстро бегать — скорее наоборот, должны были мешать. У современных быстро бегающих птиц прослеживается тенденция к утрате оперения на ногах. Может быть, анхиорнис еще не успел «решить», что для него важнее — летать или бегать, и строение его задних ног является результатом компромисса между разнонаправленными векторами отбора.

В отличие от тех современных птиц, у которых имеется более или менее развитое оперение на ногах, у микрораптора, педопенны и анхиорниса контурные перья задних конечностей располагались упорядоченно и образовывали большие плоские поверхности, которые, несомненно, влияли на аэродинамические свойства животного. Как именно использовались эти дополнительные плоскости — для планирования, маневрирования или, допустим, торможения — точно не известно. Едва ли эти пернатые динозавры могли активно махать своими «задними крыльями» — скелет их задних конечностей не приспособлен для таких движений, — но они могли разворачивать ноги таким образом, чтобы перья помогали планировать.

В комплексе с другими недавно найденными позднеюрскими манирапторными динозаврами новая находка позволяет заключить, что обособление основных эволюционных линий в группе Maniraptora произошло довольно быстро и в основном было приурочено к среднеюрской эпохе (рис. 2).

Рис. 2. Схема эволюции динозавров-теропод. Толстыми линиями и овалами показано распространение групп во времени, подтвержденное реальными палеонтологическими находками. Тонкими линиями показаны эволюционные связи, «вычисленные» на основе сравнительно-морфологического анализа. Серым цветом выделена среднеюрская эпоха, в течение которой произошло разделение основных эволюционных линий «птичьих родственников». Изображение из обсуждаемой статьи в Nature. См. также более детальную схему эволюции теропод в дополнительных материалах к статье
Рис. 2. Схема эволюции динозавров-теропод. Толстыми линиями и овалами показано распространение групп во времени, подтвержденное реальными палеонтологическими находками. Тонкими линиями показаны эволюционные связи, «вычисленные» на основе сравнительно-морфологического анализа. Серым цветом выделена среднеюрская эпоха, в течение которой произошло разделение основных эволюционных линий «птичьих родственников». Изображение из обсуждаемой статьи в Nature. См. также более детальную схему эволюции теропод в дополнительных материалах (PDF, 1,2 Мб) к статье

Авторы также отмечают, что, хотя анхиорнис, по их мнению, является базальным представителем троодонтид, некоторые признаки (например, очень длинные передние конечности) сближают его с Dromaeosauridae и Avialae. В результате формальные диагнозы (списки отличительных признаков) трех групп Paraves становятся более расплывчатыми. Это типичная ситуация, неприятная для систематиков, но абсолютно неизбежная при изучении базальных представителей крупных таксонов. Понятно, что чем ближе мы подбираемся к общему предку всех Paraves, тем менее четкими становятся различия между тремя эволюционными линиями, входящими в состав этой группы. Кроме того, палеонтологи уже давно заметили, что на ранних этапах дивергенции крупных таксонов часто наблюдается мозаичное распределение признаков и множественные параллелизмы. Процесс орнитизации («оптичивания») теропод — яркое тому подтверждение (см.: Ароморфозы и параллельная эволюция).

Источник: Dongyu Hu, Lianhai Hou, Lijun Zhang, Xing Xu. A pre-Archaeopteryx troodontid theropod from China with long feathers on the metatarsus // Nature. 2009. V. 461. P. 640–643.

См. также:
1) Малый размер птичьих геномов — наследие эпохи динозавров, «Элементы», 16.03.2007.
2) В Китае нашли кости гигантского птицеподобного динозавра, «Элементы», 15.06.2007.
3) Как велоцираптор разучился летать, «Элементы», 27.09.2007.
4) Перья сначала служили для красоты, а для полета пригодились позже, «Элементы», 01.11.2008.
5) В Китае нашли мохнатого динозавра, «Элементы», 25.03.2009.

Александр Марков


7
Показать комментарии (7)
Свернуть комментарии (7)

  • feb7  | 06.10.2009 | 06:50 Ответить
    Александр! Скажите пожалуйста, реконструкции облика этого существа проводились? Дело в том, что на облик летуна определенные ограничения накладывает аэродинамика...хотелось бы посмотреть, как Anchiornis huxleyi выглядел))))
    Ответить
    • Александр Марков > feb7 | 06.10.2009 | 10:33 Ответить
      Только вот такая схемка:
      http://www.nature.com/nature/journal/v461/n7264/fig_tab/nature08322_F1.html
      Ответить
      • feb7 > Александр Марков | 07.10.2009 | 02:45 Ответить
        Большое спасибо. Схемка, конечно, так себе....Дело в том, что мне пришлось как-то продувать аэродинамическую модель с тандемным расположением крыльев. Как и следовало ожидать, такая схема очень капризно себя повела. На некоторых углах тангажа заднее крыло попадало в вихревую пелену от переднего, и начинались чудеса...Кроме того, модель оказалось очень сложно сбалансировать в продольном направлении (вокруг поперечной оси Оz)....Короче, продувка окончилась пшиком. Для авиации она не годится.
        Но!
        При определенном угле тангажа эффективность заднего крыла немного увеличивалась. И диапазон углов атаки был довольно узок. Уже не помню деталей, сколько лет прошло...

        Складывается впечатление, что Anchiornis huxleyi использовал именно этот диапазон, то есть был "однорежимным". То есть просто бросался со скал и деревьев и планировал, как белка-летяга. Конечно, ИМХО)))

        Я намеренно употребил термин "тангаж" вместо угла атаки. Как известно, в горизонтальном полете (и продувке в аэродинамической трубе) тангаж равен углу атаки. Просто модель имела несколько фиксированых углов установки крыльев...которые выставлялись перед продувкой, и соответственно углы атаки крыльв могли различаться.

        Ссылку дать не могу, поскольку, когда это все продувалось, не только тырнета, но и РС не существовало... а ЭВМ "Минск-32" (с перфокартами) считался чудом техники. Придется либо поверить мне на слово, либо дать мне аэродинамическую трубу, и я повторю этот фокус с продувкой перед любым желающим)))))
        Ответить
        • Александр Марков > feb7 | 07.10.2009 | 11:11 Ответить
          Очень интересно. А можете ли вы что-то сказать о таком "самолете", который передними крыльями машет, а задние только растопыривает?
          Ответить
          • feb7 > Александр Марков | 07.10.2009 | 22:06 Ответить
            К сожалению, ничего. Все мои догадки о таком летательном аппарате находятся на грани художественого свиста, а посему я промолчу.

            Машуший полет сам по себе очень сложен для исследования.

            Во-первых, машущее крыло уже представляет из себя сложнейший механизм.

            А во вторых, обтекание такого крыла нестационарно и только в первом приближении представляет собой периодический процесс. Картину осложняет множество аэродинамических щелей - каждое перо представляет собой крылышко. Наложите на это еще и проблему аэроупругости!

            Ну, и многие "махолетчики" забывают о проблеме продольной и поперечной балансировок. Птица решает эти проблемы за счет чрезвычайно развитого мозжечка (сами знаете, мозжечок птиц по относительному обьему превышает таковой у любого другого животного) - по сути, бортового компьютера, который в реальном времени парирует все неустойчивости.
            Обычный самолет аэродинамически устойчив. Это значит, он сам, без участия пилота, парирует спонтанное изменение угла атаки или крена. Это достигается расположением центра тяжести впереди аэродинамического фокуса самолета.

            При продувке той модели, с тандемным расположением крыльев, фокус "гулял" в зависимости от тангажа (поэтому модель и была отвергнута). У птицы фокус тоже ездит взад-вперед при каждом взмахе крыльев....наложите на это "растопыренные" (мне слово понравилось) задние крылья и вы получите вообще черт знает что....Короче, эта проблема чрезвычайно сложна, и я боюсь, что без специальных исследований в хорошо оборудованной лаборатории на этот вопрос запросто не ответить.

            Интересно, каков был мозжечок у этого динозавра? Если мал - он однозначно был "однорежимным"!
            Ответить
  • feb7  | 08.10.2009 | 09:29 Ответить
    Знаете, Александр, мне вспоминается заметка, проскочившая, кажется, в Ленте. Там утверждается, что пчелы при полете используют задние лапки для стабилизации полета. Чем турбулентнее воздух тем больше они задние лапки "растопыривают".))
    Вероятно, (это только мое предположение), что и обсуждаемый динозавр Anchiornis huxleyi мог использовать подобный механизм стабилизации, в дополнение к очень развитому хвостовому оперению. Не знаю. Если он был без грудного киля (на схеме не видно) и имел маленький мозжечок - вряд ли он вообще мог взлетать, как птица. Планировать со скал и деревьев - вероятно, мог.
    Ответить
  • feb7  | 22.11.2011 | 20:55 Ответить
    Продолжение темы
    http://lenta.ru/news/2010/01/26/flight/
    и
    http://www.features.ku.edu/microraptors/
    на второй ссылке даже видео полета модели есть.
    Ответить
Написать комментарий


Элементы

© 2005-2017 «Элементы»