Динозавры переходили к активному полету минимум трижды

[Ужасный ящер]

Авторитетная международная группа палеонтологов произвела тщательную (в том числе количественную) обработку огромного массива данных о древнейших птицах и их родственниках — хищных динозаврах. Дело это необходимое: палеонтология сейчас развивается стремительно, каждый год появляются новые данные, которые надо интегрировать в целое, корректируя имеющиеся гипотезы или предлагая новые. Авторы попытались определить физический порог, после которого животное становится способным к активному полету, и показали, что хищные динозавры пересекали этот порог минимум трижды, в разных (хотя и довольно близких) эволюционных ветвях, лишь одна из которых дала настоящих птиц.

Ученые занимаются проблемой происхождения птиц вот уже около 160 лет — с шестидесятых годов XIX века. Это один из самых популярных «сюжетов» во всей эволюционной биологии. Интерес к нему вполне понятен. Во-первых, птицы — яркие и разнообразные существа, с которыми знаком каждый. Во-вторых, тут перед нами классический случай возникновения новой крупной группы животных с принципиально новым образом жизни, к тому же неплохо палеонтологически документированный. Всем известный археоптерикс (рис. 1) был описан Ричардом Оуэном (Richard Owen) в 1863 году, и с тех пор материал все прибавляется и прибавляется.

Проблема происхождения птиц имеет два аспекта: филогенетический и экологический, или правильнее сказать — этологический. Здесь имеется в виду этология не в привычном нам значении, относящемся к одной из ветвей науки о поведении животных, а в том, в каком использовал этот термин великий бельгийский палеонтолог Луи Долло (Luis Dollo). Долло называл этологией (от слова этос — обычай, поведение, стиль жизни) исследование «образа жизни в широком смысле этого слова» — именно так передал его мысль другой замечательный палеонтолог, наш Петр Петрович Сушкин (П. П. Сушкин, 1922. Эволюция наземных позвоночных и роль геологических изменений климата). Характерно, что сам Сушкин, поясняя разницу между филогенетическим и этологическим подходами, взял в пример как раз происхождение птиц. Филогенетика отвечает на вопрос «от какой именно группы рептилий птицы произошли?», а этология Долло — на не менее интересный вопрос «как возник полет?».

Две теории
Сразу же, как стало ясно, что птицы произошли от рептилий (а ясно это стало буквально в самый момент рождения эволюционной биологии), приобрела популярность идея, что их предки вели древесный образ жизни. Одним из первых эту точку зрения высказал американский палеонтолог Отниэл Марш (Othniel Charles Marsh; O. Marsh, 1883. Birds wih teeth). Он считал, что рептильные предки птиц («reptilian birds» — «рептильные птицы», как он выражался) были небольшими древесными существами, которые умели планировать, примерно как современные белки-летяги, летучие драконы и веслоногие лягушки. При перепрыгивании с ветки на ветку и с дерева на дерево даже зачаточные перья повышали планирующую способность, давая своему обладателю заметное преимущество. Таким образом, для «запуска» эволюции в сторону полета совершенный перьевой покров не требовался; никакой проблемы «нередуцируемой сложности» здесь не возникает. Достаточно было создать для начала хоть какие-то перья, а потом постепенно усложнять их.

Почти одновременно с Маршем другой американский палеонтолог, Самуэль Уиллистон (Samuel Wendell Williston), предложил альтернативную версию происхождения птиц — наземную. Вот что у него говорится на эту тему: «Нетрудно понять, как передние лапы динозавров могли измениться до состояния крыльев. В триасе, откуда у нас мало ископаемых находок, на протяжении долгого времени могло происходить постепенное удлинение пальцев и увеличение чешуй — и то и другое помогало животному в беге. Превратиться в перья таким чешуям было уже легко. Вероятно, поначалу крылья использовались для бега, потом для прыжков и спуска с высоты, и наконец, для парящего полета» (S. W. Williston, 1879. Are birds derived from dinosaurs?).

Уверенности Уиллистона в том, что превратиться в перья было для чешуй «очень легко», можно позавидовать. К тому же, как видим, Уиллистон все-таки допускал, что между использованием крыльев для бега и полетом был промежуточный этап в виде «прыжков и спуска с высоты». Да и высказался он об этом совсем кратко, мимоходом.

Гораздо более обстоятельно наземную гипотезу происхождения птиц разработал в начале XX века венгерский палеонтолог Франц Нопча (Franz Nopcsa), человек очень яркой биографии, один из героев недавно вышедшей книги Антона Нелихова «Палеонтологи и их питомцы» (F. Nopcsa, 1907. Ideas on the origin of flight). Сравнив птиц с другими летающими позвоночными, Нопча обратил внимание на то, что ни птерозавры, ни летучие мыши не проявляют ни малейших признаков адаптации к бегу. Третья группа летающих позвоночных — птицы — образует с ними резкий контраст. Если птерозавры и летучие мыши наверняка произошли от четвероногих древесных животных, то о птицах этого сказать нельзя. По способу передвижения они гораздо ближе к наземным двуногим динозаврам. Вероятнее всего, предок птиц тоже был наземным и двуногим. И Нопча предположил, что птицы произошли от бегающих динозавров, которые научились прямо в ходе бега взлетать в воздух, используя для этого освободившиеся оперенные передние конечности.

Вывод Нопчи был слишком смелым, чтобы стать общепринятым. В то же время игнорировать большое сходство в скелете птиц и бегающих динозавров, особенно в задних конечностях, было невозможно. В результате самой популярной стала так называемая комбинированная теория: птицы полетели с деревьев, но еще до этого они прошли эволюционную стадию наземных бипедальных бегающих животных.

Развернутую версию этой теории предложил видный американский эволюционный морфолог Уолтер Бок (Walter Bock). В 1965 году он опубликовал актуальную до сих пор статью «Роль адаптивных механизмов в происхождении высших уровней организации», в которой на примере птиц рассматривал общий сценарий возникновения новой крупной группы живых организмов (W. Bock, 1965. The role of adaptive mechanisms in the origin of higher levels of organization).

Бок считал, что крупные макроэволюционные изменения складываются из последовательности небольших шагов, на каждом из которых организм полностью адаптирован к своей текущей экологической нише. В этом смысле переходных эволюционных стадий не существует: любая из них самодостаточна. В истории происхождения птиц Бок выделяет шесть предполагаемых стадий: бипедальный бег по земле — лазанье по деревьям — прыжки с дерева на дерево — парашютирование — планирование — активный полет. Каждая стадия сопровождается специализацией в собственном направлении, которое вовсе не обязано совпадать с предыдущим и последующим, так что результирующая макроэволюционная траектория получается весьма ломаной — не как подъем по лестнице, а как путь муравья в лабиринте (это сравнение недавно использовал Эдвард Уилсон в своей замечательной книге об эволюции социального поведения).

Так или иначе, в первые две трети XX века проблема происхождения птиц, в общем, не вызывала бурных дискуссий. Но в 1970-х годах появились работы еще одного североамериканского палеонтолога — Джона Острома (John Harold Ostrom), которые произвели в этой области настоящую революцию.

читать дальше по ссылке, большой интересный пост

@темы: птерозавры