Микрораптор – четырехкрылый динозавр

Вопрос о происхождении птиц – одной из двух наиболее процветающих и совершенных групп современных наземных позвоночных, продолжает активно обсуждаться зоологами, систематиками и палеонтологами. «Первой ласточкой», позволившей строить какие-то предположения на этот счет, был как известно, археоптерикс, открытый в 1860–1861 гг. в отложениях позднего юрского периода. Однако в том, что это существо можно считать прямым предком современных птиц, с самого начала возникли сильные сомнения. Когда же в конце XX в. в немногим (по геологическим меркам, конечно) более поздних отложениях нижнего мела были найдены остатки настоящих веерохвостых птиц, стало очевидно, что археоптерикс с его длинным многопозвонковым хвостом был одним из «пробных вариантов» в эволюции птиц, боковой ветвью, не оставившей прямых потомков. («Является ли археоптерикс первоптицей?» – Биология, № 8/1998.)

Археоптерикс «древесный» и археоптерикс «наземный»

В настоящее время большинство специалистов считают, что исходной группой пресмыкающихся, давшей начало птицам, были ящеротазовые динозавры из группы теропод (Theropoda) – наземные хищники, передвигавшиеся на двух ногах. А наиболее близкими к птицам, если исходить из известных особенностей строения, были дромеозавры (Dromaeosauridae) – одно из семейств теропод, включавшее, в частности, «воспетого» Стивеном Спилбергом велоцираптора (Velociraptor) и открытого в 1964 г. дейнониха (Deinonychus). Последний, как и некоторые другие дромеозавры, как предполагают, мог быть покрыт перьями и иметь весьма высокий уровень обмена веществ, обеспечивающий теплокровность.

Одна из реконструкций дейнониха – хищного ящера, имевшего ряд «птичьих» черт

Однако и велоцираптор, и дейноних, безусловно, были слишком специализированными формами, чтобы со временем «превратиться» в птиц. Просто и они, и птицы, вероятно, имели некоего общего предка – может быть, дромеозавра, а может быть, и представителя какой-то более ранней группы теропод.

В 1915 г. палеонтолог Уильям Биб (W.Beebe) предположил, что в процессе эволюционного перехода от пресмыкающихся к птицам могла существовать стадия «тетраптерикса» – существа с четырьмя крыльями. Точнее, с перьями и на передних, и на задних конечностях. Такое строение должно было обеспечивать дополнительные преимущества в планирующем полете, стимулируя дальнейшее освоение воздушной среды и в конечном итоге – становление машущего полета. Предположение Биба было, конечно, интересным, но до последнего времени «тетраптерикс» оставался не более чем гипотетической моделью. И вот, спустя почти 90 лет, мир облетело сенсационное сообщение – в китайской провинции Ляонин (Liaoning), в отложениях начала мелового периода (124–128 млн лет назад), было обнаружено существо, реконструкция внешнего облика которого почти полностью совпадала с представлениями Биба! Сообщение об этой находке, представленное группой китайских палеонтологов под руководством доктора Ксинга Ксу (Xing Xu) было опубликовано в январском номере журнала Nature (№ 6921, v. 421, 2003 г.).

Реконструкция внешнего вида четырехкрылого микрораптора

Новый ящер получил имя Microraptor gui – в честь коллеги его первооткрывателей, китайского палеонтолога Gu Zhiwei. Сам род микрораптор – «маленький хищник» – был описан доктором Ксу с соавторами еще в 2000 г. Найденный тогда экземпляр, описанный как Microraptor zhaoianus, доказывал существование дромеозавров, размеры которых были меньше размеров археоптерикса. До этого оставался открытым вопрос, каким образом предки птиц «вдруг» оказались существенно меньше других теропод. Кроме того, новый ящер обладал рядом особенностей строения, позволяющих предполагать пути эволюционного становления признаков, характерных для птиц.

В последовавший затем период, с 2001 по 2002 г., китайским исследователям удалось обнаружить еще шесть экземпляров похожих существ. Все они относились к дромеозаврам, сохранность четырех скелетов позволила признать в них микрорапторов, а на основании анализа двух из них палеонтологи и описали новый вид ящеров, отличавшихся совершенно уникальными признаками.

Отпечаток скелета микрораптора. Реконструкция, опубликованная в журнале Nature Вот выдержки из описания найденных экземпляров. «Общая длина животного – около 77 см... Хвост длинный (около 29 см), но состоящий из относительно небольшого (примерно 26) числа позвонков... Туловище, напротив, относительно короткое – длина его составляет не более половины (44–50%) от длины задних конечностей. Грудина представлена одной плоской и большой костью – в отличие от других дромеозавров, у которых имеется две неслившихся грудинных костных пластинки... Передние конечности приблизительно в 2,7 раза длиннее бедра... Тело покрыто покровными (пуховыми) перьями 2,5–3,5 см длиной. Такие же перья, только более длинные, около 4 см, располагаются на голове... На передних и задних конечностях, а также вдоль задней половины хвоста располагаются длинные контурные перья... Характер их расположения на передних конечностях очень напоминает оперение крыльев современных птиц, с возможностью выделить первостепенные и второстепенные маховые... Длина некоторых из них в 2,7 раза превышает длину плеча... Некоторые из первостепенных и крайних второстепенных маховых перьев имеют выраженную ассиметрию опахала... Несколько небольших перьев также прикреплены к первому пальцу на передних конечностях, что может рассматриваться как предшественник крылышка, играющего важную роль в регуляции полета и имеющегося у большинства птиц (но отсутствующего у археоптерикса)....

Отпечаток скелета микрораптора. Реконструкция, опубликованная в журнале Nature

На плюсне (задняя конечность), перпендикулярно к ней, располагается по крайней мере 14 длинных контурных перьев, крайние из которых имеют наибольшую длину (вдвое длиннее бедра) и асимметричное опахало... На плюсне имеются и покровные перья, расположенные здесь гуще, чем на передней конечности... Контурные перья присутствуют также на голени, хотя здесь они короче, чем на плюсне... В целом оперение задних конечностей также напоминает оперение крыльев современных птиц... Рулевые (хвостовые контурные) располагаются от середины и до конца хвоста. Последние из них имеют длину 10–12 см...»

Далее китайские палеонтологи отмечают, что асимметричность опахал маховых перьев, очевидно, улучшающая аэродинамические свойства всей конструкции, является явным приспособлением к полету. Полет микрораптора, однако, был планирующим – ящер вел древесный образ жизни и перелетал на своих четырех крыльях с ветки на ветку или с дерева на дерево, подобно современным летягам. Такими же особенностями, по словам авторов удивительной находки, обладали, вероятно, и более древние существа, эволюционная радиация которых привела как к становлению дальнейшего разнообразия дромеозавров, так и к возникновению птиц. По мере эволюции последних и освоения ими машущего полета с помощью передних крыльев, задние постепенно редуцировались.

Здесь надо напомнить, что помимо вопроса о систематической принадлежности предков птиц неясным остается и характер возникновения у этих предков самого механизма машущего полета. Споры по этому поводу ведутся уже более ста лет. Приведенная выше точка зрения (ее придерживался и предсказавший существование «тетраптерикса» У.Биб) – постепенное совершенствование планирования, а потом и перепархивания с дерева на дерево у древесных существ – встречает яростные возражения других ученых.

По их мнению, стремительно бегавшие дромеозавры «взлетели» с земли – балансирование на бегу расставленными конечностями приводило к возникновению определенной подъемной силы, а прыжки в попытках поймать «руками» летающую добычу способствовали развитию настоящих крыльев.

Возможная схема родственных отношений в группе теропод – с учетом находки микрораптора и взглядов китайских палеонтологов. Нижняя стрелка соответствует предполагаемой Ксу форме общего предка дромеозавров и птиц – гипотетического четырехкрылого древесного существа. Верхняя – началу формирования двукрылых существ, способных к активному полету. (Рисунок из статьи Р.Прама.)
Расположение различных животных «в одной плоскости» верхней части рисунка не означает, что все они жили на Земле в одно и то же время. Схема показывает в первую очередь порядок расхождения предковых форм разных групп

Сторонники этой точки зрения отмечают, что ряд типично «птичьих» особенностей – как, например, те же перья и теплокровность дейнониха, – сформировались у очевидно наземных ящеров. Их развитие первоначально обеспечивало совершенно другие функции, не связанные с полетом – но потом, сформировавшись, эти особенности организма оказались «неожиданно» удобными и для освоения воздушной среды. («Пернатые динозавры». – Биология, № 1/2000.)

Интересно, что известные детали строения того же археоптерикса (которого относят уже не к ящерам, а к птицам, пусть и к отдельной их группе), не дают оснований для однозначного заключения о его образе жизни – в зависимости от взглядов автора, это существо могут представлять как жившим на деревьях, так и на земле.

Сторонники «наземной» гипотезы отмечают, в частности, что известные в настоящее время животные-«планеристы» по-разному приспособлены к своему образу жизни, но ни у одного из них не наблюдается «стремления» перейти к машущему полету – такой переход требует серьезной перестройки, ухудшющей бы на время этого перехода дальность и маневренность полета. Приверженцы же иной точки зрения отмечают необходимость крайне высокой скорости бега и значительного усилия стартового толчка, необходимых при взлете с земли. Иное дело – оказаться в воздухе, прыгая сверху вниз. Однако, расчеты, проведенные в последнее время, показывают, что бегающие ящеры, по крайней мере теоретически, могли развивать и необходимую скорость, и достаточную подъемную силу.

И вот – статья первооткрывателей четырехкрылого микрораптора. «Существо с такими длинными перьями на задних ногах просто не могло бы нормально передвигаться по земле, – пишут авторы, – не говоря уже о том, чтобы бегать с необходимой скоростью».

Так что же, дискуссия окончена? Разумеется нет! Одновременно со статьей китайских ученых Nature публикует очерк палеонтолога Ричарда Прама (R.Prum) из университета в Канзасе.

«Не остается никаких сомнений, – пишет Прам, – что перьевой покров микрораптора обеспечивал прекрасные аэродинамические качества, необходимые для полета». Очевидно и то, что «передние» крылья дромеозавров, археоптериксов и птиц гомологичны и использовались для полета. Вот только был ли полет микрораптора планирующим или машущим? Жил ли он на деревьях или на земле?

Первооткрыватели нового ящера пишут о планировании – действительно, трудно себе представить животное, летящее за счет взмахов ног. Однако и для того, чтобы использовать оперенные ноги просто для опоры о воздух, микрораптору приходилось выворачивать их достаточно оригинальным образом. И пока совершенно непонятно, как он умудрялся это делать. С другой стороны, можно допустить и такой характер расположения перьев на ногах ящера, при котором бы они не цеплялись за землю, затрудняя бег. В то же время приведенное описание не позволяет исключить и того, что «передними» крыльями микрораптор мог и махать.

Сочинение Прама вызывает и смелое предположение китайских палеантологов о том, что гипотетическое небольшое существо, жившее на деревьях, было предком не только микрораптора, но и других дромеозавров – в том числе крупных наземных хищников. «Тероподы в целом возникли как наземные формы задолго до того, как предки микрораптора и птиц начали осваивать полет», – пишет он.

Для того, чтобы делать выводы о том, в какой степени четырехкрылые динозавры могли быть предками как всех дромеозавров, так и птиц (а не представлять из себя очередную «боковую ветвь»), необходимо более тщательное исследование как найденных скелетов микрораптора, так и других теропод с «птичьими» чертами, обнаруженных в последнее время при раскопках в Ляонине.

По материалам журналов Nature и Science, 2000-2003 гг.