Еволюція птахів. Гіпотези походження птахів. Оперені динозаври

Сучасні птахи сильно відрізняються від родинних їм хребетних. До недавнього часу їх походження було однією з найбільших загадок біології. Пір’я, беззубі дзьоби, порожнисті і глибокі грудні кістки є лише частиною особливих ознак, яких немає в інших тварин. Спостереження за птахами не пояснює, як у них з’явилися пір’я і здатність до польоту. За останні десятиліття з’явилися нові відкриття і нові методи дослідження, які дозволили палеонтологам зробити кілька відкриттів. Знайдені у районі Китаю, Південної Америки скам’янілості, а також зразки, що зберігаються в музеях, які тепер можна вивчати за допомогою нових технологій, що стали причиною виникнення чергової хвилі інтересу до вивчення історії еволюції птахів. Завдяки цьому, раніше з’явилася теорія їх походження від дрібних хижих динозаврів, що мешкали на Землі в кінці юрського періоду.

Початок дослідження виникнення птахів

Вчені взялися міркувати про еволюції птахів, починаючи з того часу, як Чарльз Дарвін виклав свою теорію еволюції в роботі «Про походження видів». У 1861 році, через рік після публікації трактату Дарвіна, давнє пташине перо було знайдено в баварських вапняних відкладеннях, вік яких становив близько 150 млн років. У наступному році був знайдений скелет тварини, у якого були пташині крила й пір’я, дуже довгий кістлявий хвіст і щелепа з зубами. Він був знайдений в тому ж регіоні. Скам’янілий скелет був названий археоптериксом. Він став першим знайденим найдавніших тварин з оперенням. Скелетна анатомія археоптерикса давала чіткі докази, що предками птахів були динозаври, але в 1861 році вчені ще не змогли встановити цей зв’язок. Тоді і почалося вивчення еволюції птахів і полювання за предками сучасних видів пернатих.

Анатомічна будова археоптерикса

Скам’янілість була виявлена на початку 1860 років. Довгий час знаменита знахідка з пізньої юри була унікальною. Вона єдина могла дати якусь інформацію про те, як міг статися еволюційний перехід від рептилій до птахів, оскільки в ній поєднувалися ознаки як птахи, так і рептилії. У будівлі археоптерикса було багато спільного з будовою птахів. Наприклад, пір’я уздовж передніх лап, які стали крилами. Але, на відміну від сучасних видів, також були присутні зуби і костистий хвіст.

Перші теорії про тварин юрського періоду

Варто відзначити, що багато з кісток тварини, в тому числі передніх лап, плечового пояса, стегон і ніг, були зрозумілими, не зрослими, як у його нащадків. Кілька років тому Томас Генрі Хакслі став першим ученим, хто знайшов зв’язок між будовою птахів і динозаврів. Він порівнював задні кінцівки гігантського динозавра з зображенням страуса і відзначив 35 ознак, які доводять, що вони пов’язані один з одним. Хакслі представив свої результати Геологічного суспільству. Але в 1870 році в Лондоні палеонтолог Гаррі Гов’є Сілі вирішив заперечити гіпотезу походження птахів і їх спорідненість з динозаврами. Сілі припустив, що задні кінцівки страуса і динозавра можуть виглядати схожим тільки тому, що ці тварини були великими й двоногими, а свої задні кінцівки використовували в схожих умовах. Крім того, динозаври були навіть більше, ніж страуси, і ніхто з них не міг літати. У вченого виникало питання, як тоді можуть літати птахи, якщо вони еволюціонували від динозавра.

Дивіться також:  Найбільший ядерний вибух в космосі: вражаючі фактори, фото і наслідки

Теорія Герхарда Хайльмана

Таємниця походження птахів знову зацікавила вчених приблизно півстоліття. У 1916 році Герхард Хайльман, медичний лікар, який цікавиться палеонтологією, опублікував на датському мовою блискучу книгу про історію походження птахів, яка у 1926 році була переведена на англійську під назвою “Походження птахів”. Хайльман показав, що пернаті були анатомічно більше схожі на динозаврів-тероподів, ніж на будь-яку іншу копалини палеозойської групи. Але існувало одне неминуче невідповідність: у тероподів явно були відсутні ключиці, ті самі, які зливаються в вилочку у птахів.

Недоліки теорії Герхарда Хайльмана

З-за того факту, що в інших рептилій були ключиці, Хайльман припустив, що тероподы, зокрема тріасові псевдозухии, з якоїсь причини втратили їх. Для нього означала ця втрата, що птахи не могли розвинутися від цього виду динозаврів. Бо він був переконаний, як пізніше з’ясувалося, помилково, що функція ключиць, втрачена під час еволюції, не може бути відновлена. Птахи, стверджував він, повинні були розвинутися більш архаїчної рептильной групи, у якій були ключиці.

Як раніше Сили, Хайльман прийшов до висновку, що схожість між птахами і динозаврами повинна просто відбивати той факт, що обидві групи були двоногими. Його висновки вплинули на палеонтологічні дослідження і протягом тривалого часу були пріоритетними, хоча нова інформація і спростувала деякі факти. Але до цих пір деякі вчені дотримуються саме її. Два окремі дослідження показали, що тероподы дійсно мали ключиці. У 1924 році був опублікований анатомічний малюнок незвичайного теропода з попугайным оперенням. Він був названий овираптором, і його існування спростовувало теорію Хайльмана.

Нові докази

У 1936 році Чарльз Камп з Каліфорнійського університету в Берклі знайшов останки невеликого теропода раннього юрського періоду і хотів поставити крапку в історії з ключицями. Але доказ помилковості теорії Хайльмана було мало ким визнано. Недавні дослідження знайшли ключиці у багатьох тероподів. Виходячи з будови птахів в даний час, а також у результаті ряду досліджень, археоптерикс був названий проміжною ланкою в історії еволюції пернатих. Але залишалося питання: між якими саме рептиліями? Подальші копалини птиці знайдені в шарах нижче раннього крейди. Більшість з них були виявлені з початку 1990 років, головним чином у Китаї. Між тим відомо більше тридцяти видів птахів з крейдяного періоду. Крім того, було виявлено велику кількість маленьких динозаврів, які пересуваються на двох ногах з характерними для стародавніх птахів рисами. Таким чином, розрив між динозаврами і птахами вивчення скам’янілостей став значно менше.

Теорія Острома

Нарешті, через сторіччя після спірної презентації Хакслі для Геологічного товариства Лондона, Джон Х. Гострому з Єльського університету відродив ідею про те, що птахи були пов’язані з тероподами. Він припустив, що пернаті є їх прямими нащадками. В кінці 1960-х років Гострому описав скелетну анатомію хижого теропода дейнониха, який був розміром з людського підлітка і мешкав на Землі близько 115 мільйонів років тому, в епоху раннього крейди. У подальших своїх опублікованих роботах Гострому продовжив визначення анатомії птахів і групи особливостей, які вони, включаючи археоптерикса, ділили з дейнонихом та іншими тероподами, але не з іншими рептиліями.

Дивіться також:  Антибиоз - це типи відносин між організмами: приклади

На основі цих даних він дійшов висновку, що птахи походять безпосередньо від маленьких динозаврів-тероподів. Після висунення теорії Гострому продовжував збирати свої докази походження пернатих від тероподів. Він використовував новий метод розшифровки відносин між організмами, застосовуючи його в музеї природної історії в Нью-Йорку, Парижі та інших місцях. Цей метод отримав назву кладистики або філогенетичної систематики. Оскільки він став стандартом для порівняльної біології, його використання суворо обґрунтовує висновки Острома.

Дослідження 1970-х років

У 1970-х роках вчені продовжували цікавитися деякими загальними унікальними особливостями археоптерикса, які ріднять його з деякими тваринами юрського періоду. У їх числі опинилися ті самі малі м’ясоїдні динозаври, які пересуваються на двох ногах, які отримали назву тероподів. Уважно вивчивши ці риси, вчені знову висунули теорію, що, можливо, вони були предками птахів. Провідні палеонтологи побудували еволюційні дерева, і після цього виявилися ще більш переконані у своїй правоті.

Що таке кладограмма

Ці дерева, інакше відомі як кладограмма, є сучасним золотим стандартом в аналізі еволюційних відносин між тваринами. Сам метод одержав назва кладистика. Практикуючі кладистики визначають еволюційну історію групи тварин, вивчаючи різні види ознак. В процесі еволюції у якоїсь тварини може з’явиться нова, генетично певна риса, яка буде передана його нащадкам. Отже, палеонтологи можуть укласти, що дві групи, однозначно розділяють набір таких нових або отриманих чорт, більш тісно пов’язані один з одним, ніж з тваринами, які позбавлені цих рис. Вузли або точки розгалуження на кладограмме вказують на появу лінії з новим набором похідних ознак. В результаті, птиці здалися вченим просто гілкою на дереві життя динозаврів. В роботах Дж. Острома в середині 1970-х років тероподы отримали статус найбільш вірогідною групи для предків птахів. Тому сьогодні ідея про те, що птахи є пернатими динозаврами, практично не заперечується серед еволюційних теоретиків.

Особливості методу кладистики

Традиційні методи угруповання організмів за принципом подібності та відмінності можуть виключити вид з групи тільки тому, що він має риси, які не були знайдені в інших членів. На противагу цьому, групи кладистики були засновані виключно на певних групах спільних рис, які особливо інформативні. Цей метод починається з дарвінівською заповіді про те, що еволюція триває, коли з’являється нова спадкова риса в деяких організмах, яка і передається генетично його нащадкам. Припис вказує, що дві групи тварин, що розділяють такі нові риси, більш тісно пов’язані один з одним, ніж ті, що поділяють тільки оригінальні, але не похідні, передані у спадок. Визначаючи загальні похідні риси, практики-кладистики можуть визначати відносини серед досліджуваних організмів. Результати таких аналізів, які зазвичай досліджуються, можуть бути представлені у вигляді кладограммы. Деревоподібна діаграма, що зображує порядок, в якому з’являлися нові характеристики та нові істоти, відображають той порядок, в якому відбувалася еволюція.

Дивіться також:  Безпружинна маса: визначення, характеристика, вплив на хід автомобіля

Причина появи пір’я у птахів

По мірі еволюції птахів і їх видалення від динозаврів, названих тероподами, безліч їх особливостей змінювалися і вдосконалювалися. Якщо придивитися уважніше, стає цілком очевидно, що набір цих характерних ознак довго розвивався і служив для виконання певної функції. Наприклад, поява оперення у маленького теропода було пов’язано з необхідністю ізоляції певних ділянок шкіри і спочатку більше нагадували волосся. На перших пташиних пір’я, можливо, були присутні різні колірні узори. Є версія, що вони були призначені для камуфляжу, розпізнання свого виду та інших функцій.

Порівняння анатомічних структур птахів і динозаврів

Порівняльна анатомія птахів і тероподів допомогла пов’язати їх один з одним. Вона також виявила деякі способи зміни цих характеристик, оскільки динозаври стали більш близькі до птахів, а птахи виявилися більш сучасними. Наприклад, в області тазу лобкова кістка, спочатку спрямована вперед, пізніше зміщується вертикально або назад. У передніх лапах відносні пропорції кісток залишалися досить постійними у ранніх птахів, але зап’ясті змінилося. У деяких видів кістка зап’ястя прийняла форму півмісяця. В результаті її форма сприяла можливості зльоту. Широка бумерангообразная вилочка у перших оперенных динозаврів стала тонше і утворила більш глибоку дугу, коли ця особливість стала необхідна для польоту.

Загальні ознаки динозаврів і птахів

Дослідження Готьє, проведені останнім часом, демонструють, що багато функцій, які традиційно вважаються належними тільки птахам, фактично з’явилися до них, у їхніх предків — тероподів. Багато з цих властивостей допомогли своїм первинним власникам вижити. Ці ж риси і деякі інші були в кінцевому підсумку використані або перетворені для польоту і життя на деревах. Пташині характеристики тероподів, які еволюціонували до птахів, не проявлялися відразу, а деякі були присутні до того, як з’явилися самі тероподы. Вони були ще у динозаврів, які існували раніше. Наприклад, безпосередній предок тероподів був двоногими і пересувався як птах. Він був маленьким і м’ясоїдних. У нього були передні лапи, як і в ранніх птахів. Крім того, другий, а не третій палець, як у інших рептилій, був довший. У предків динозаврів гомілковостопний суглоб став шарнірним, а кістки стопи — подовженими. Багато змін у будові ніг, як вважають, вплинули на збільшення довжини кроку і швидкість бігу. Це властивість в один прекрасний день допоможе пташиним тероподів злетіти.

Найбільша в світі літаючий птах і найменша

Гігантські птахи жили на Землі понад 6 млн років тому. Найбільшою у світі літаючим птахом був аргентавис. Він жив в Аргентині і ставився до сімейства соколиних. Доросла птиця досягала 2 метрів у висоту, а її череп був приблизно півметра в довжину. Величезні крила в розмаху були як триповерховий будинок. Найменша птах існує і зараз. Це широко відомий вид — колібрі-бджілка. Довжина його тіла зазвичай не перевищує 6 див. Місце проживання колібрі — степові райони бразильської провінції Мінас-Жерайс. Найменша птах харчується нектаром квітів і дуже швидко махає крилами, як бджола, тому і одержала таку назву.