Птахи вміють літати — принаймні більшість з них уміють. Нелетючі птахи, такі як пінгвіни та страуси, пристосувалися до життя без потреби в польоті. Незважаючи на це, залишається значна прогалина в науковому розумінні відмінностей у крилах і пір’ї нелетючих птахів від тих, які можуть літати.
У новому дослідженні в журналі PNAS вчені вивчили сотні птахів у музейних колекціях і виявили набір характеристик пір’я, спільних для всіх летючих птахів. Ці «правила» дають підказки щодо того, як динозаври-предки сучасних птахів вперше розвинули здатність літати, і які динозаври були здатні до польоту.
Еволюційне походження польоту птахів
Не всі динозаври перетворилися на птахів, але всі живі птахи є динозаврами. Птахи належать до групи динозаврів, які вижили після падіння астероїда на Землю 66 мільйонів років тому. Задовго до падіння астероїда деякі члени групи динозаврів під назвою пеннерапторан почали розвивати пір’я та здатність літати.
У членів групи Penneraptoran почали розвиватися пір’я ще до того, як вони змогли літати; первісне призначення пір’я могло бути для ізоляції або для залучення партнерів. Наприклад, Velocirpato r мав пір’я, але він не міг літати.
Звичайно, вчені не можуть заскочити на машині часу в крейдяний період, щоб побачити, чи можуть велоцираптори літати. Натомість палеонтологи покладаються на підказки в скам’янілих скелетах тварин, як-от розмір і форму кісток рук/крил і поперечних важелів, а також форму будь-якого збереженого пір’я, щоб визначити, які види були здатні до справжнього, потужного польоту. Наприклад, довгі первинні пір’я вздовж кінчиків крил птахів асиметричні у птахів, які можуть літати, але симетричні у птахів, які не можуть.
Відкриття в еволюції пера
Пошук підказок про політ динозаврів привів до співпраці між Джінгмаєм О’Коннором, палеонтологом з Музею Філда в Чикаго, та Йосефом Кіатом, докторантом Філда.
«Йосеф, орнітолог, досліджував такі ознаки, як кількість різних типів пір’я крил стосовно до довжини кістки руки, до якої вони прикріплюються, і ступінь асиметрії махового пера птахів», — сказав О’Коннор, співробітник музею. куратор викопних рептилій, який спеціалізується на ранніх птахах. «Завдяки нашій співпраці Йосеф може відстежувати ці ознаки у скам’янілостях віком 160-120 мільйонів років і, таким чином, вивчати ранню еволюційну історію пір’я».
Кіат провів дослідження пір’я кожного ряду живих птахів, вивчивши зразки 346 різних видів, що зберігаються в музеях по всьому світу. Дивлячись на крила та пір’я колібрі та яструбів, пінгвінів і пеліканів, він помітив низку узгоджених рис серед видів, які можуть літати. Наприклад, крім асиметричних пір’я, всі летючої птахи мали від 9 до 11 первинних пір’їв. У нелітаючих птахів їх кількість сильно варіюється — у пінгвінів їх понад 40, а в ему — жодного. Це оманливо просте правило, яке, здається, залишилося непоміченим вченими.
Наслідки для розуміння польоту динозавра
«Дійсно дивно, що з такою кількістю стилів польоту, які ми можемо знайти у сучасних птахів, усі вони мають від 9 до 11 первинних пір’їв», — каже Кіат. «І я був здивований, що, здається, ніхто не знайшов цього раніше».
Застосовуючи інформацію про кількість первинних пір’їв до загального генеалогічного дерева птахів, Кіат і О’Коннор також виявили, що птахам потрібно багато часу, щоб розвинути іншу кількість первинних пір’їв. «Ця риса змінюється лише після дуже тривалих періодів геологічного часу», — каже О’Коннор. «Потрібно дуже багато часу, щоб еволюція вплинула на цю рису та змінила її».
Окрім сучасних птахів, дослідники також дослідили 65 викопних зразків, що представляють 35 різних видів пернатих динозаврів і вимерлих птахів. Застосовуючи дані, отримані від сучасних птахів, дослідники змогли екстраполювати інформацію про скам’янілості. «По суті, ви можете поглянути на перекриття кількості первинних пір’я та форми цих пір’їв, щоб визначити, чи міг літати викопний птах і, чи могли його предки», — каже О’Коннор.
Наприклад, дослідники розглядали пернатого динозавра Caudipteryx. Каудіптерикс мав 9 первинних пір’їв, але ці пір’я майже симетричні, і пропорції його крил унеможливили політ. Дослідники сказали, що, можливо, у Каудіптерикса був предок, здатний літати, але ця риса була втрачена до того часу, коли Каудіптерикс прибув на місце події.
Оскільки для зміни кількості первинних пір’їв потрібно багато часу, нелетючий каудіптерикс зберіг свої 9 первинних пір’їв. Тим часом крила інших пернатих скам’янілостей здавалися готовими до польоту, включаючи крила найдавнішого відомого птаха, археоптерикса та мікрораптора, крихітного чотирикрилого динозавра, який не є прямим предком сучасних птахів.
Інтеграція знань про еволюцію
Зробивши крок далі, ці дані можуть стати поштовхом до розмови серед вчених про походження польоту динозаврів. «Лише нещодавно вчені зрозуміли, що птахи — не єдині летючі динозаври», — каже О’Коннор. «І були дискусії про те, чи політ розвивався у динозаврів лише один раз, чи кілька разів. Наші результати, здається, свідчать про те, що політ у динозаврів розвинувся лише один раз, але ми дійсно повинні визнати, що наше розуміння польоту у динозаврів тільки починається, і ми, ймовірно, все ще пропускаємо деякі з найперших етапів еволюції оперених крил».
«Наше дослідження, яке поєднує палеонтологічні дані на основі скам’янілостей вимерлих видів з інформацією про птахів, які живуть сьогодні, дає цікаву інформацію про пір’я та оперення — одну з найцікавіших еволюційних новинок серед хребетних. Таким чином, це допомагає нам дізнатися про еволюцію цих динозаврів і підкреслює важливість інтеграції знань з різних джерел для кращого розуміння еволюційних процесів», — говорить Кіат.
«Динозаври-тероподи, включаючи птахів, є одними з найуспішніших ліній хребетних на нашій планеті», — каже О’Коннор. «Однією з причин їхнього успіху є їхній політ. Однією з інших причин, ймовірно, є їхнє пір’я, оскільки існує така універсальна структура. Тож будь-яка інформація, яка може допомогти нам зрозуміти, як ці дві важливі функції спільно розвивалися, що призвело до цього величезного успіху, є справді важливою».