Перья — это эпидермальные наросты, которые образуют отличительное внешнее покрытие, или оперение , как у птиц , так и у некоторых нептичьих динозавров и других архозавров . Они являются наиболее сложными покровными структурами, обнаруженными у позвоночных [1] [2], и примером сложной эволюционной новизны. [3] Они входят в число характеристик, которые отличают современных птиц от других живых групп. [4]
Хотя перья покрывают большую часть тела птицы, они появляются только из определенных четко определенных участков на коже. Они помогают в полете, теплоизоляции и водонепроницаемости. Кроме того, окраска помогает в общении и защите . [5] Изучение перьев называется плюмологией (или наукой об оперении ). [6] [7]
Люди используют перья во многих практических, культурных и религиозных целях. Перья одновременно мягкие и отлично удерживают тепло ; поэтому их иногда используют в высококачественных постельных принадлежностях , особенно в подушках , одеялах и матрасах . Их также используют в качестве наполнителя для зимней одежды и уличных постельных принадлежностей, таких как стеганые пальто и спальные мешки . Гусиный и гагачий пух обладают большой пышностью , способностью расширяться из сжатого, сохранённого состояния, чтобы удерживать большие объёмы изолированного, изолирующего воздуха. [8] Перья крупных птиц (чаще всего гусей ) использовались и используются для изготовления гусиных перьев. Исторически охота на птиц ради декоративных и поделочных перьев поставила под угрозу некоторые виды и способствовала вымиранию других. [9] Сегодня перья, используемые в моде и в военных головных уборах и одежде, получают как отходы птицеводства, включая кур , гусей , индеек , фазанов и страусов . Эти перья окрашивают и обрабатывают, чтобы улучшить их внешний вид, поскольку перья домашней птицы от природы часто выглядят тусклыми по сравнению с перьями диких птиц.
Слово «перо» происходит от древнеанглийского «feþer», имеющего германское происхождение; оно связано с голландским «veer» и немецким «Feder», которые происходят от индоевропейского корня, общего для санскритского «patra» (крыло), латинского «penna» (перо) и греческого «pteron» (pterux) (крыло).
Поскольку перья были неотъемлемой частью гусиных перьев , которые были ранними ручками, использовавшимися для письма, само слово pen произошло от латинского penna , что означает перо. [10] Французское слово plume может означать перо , гусиное перо или ручку .
Перья являются одними из самых сложных покровных придатков, обнаруженных у позвоночных , и образуются в крошечных фолликулах в эпидермисе , или внешнем слое кожи, которые производят кератиновые белки . β-кератины в перьях, клювах и когтях , а также когтях, чешуе и панцирях рептилий , состоят из белковых нитей, связанных водородными связями в β-складчатые листы , которые затем дополнительно скручиваются и сшиваются дисульфидными мостиками в структуры, еще более жесткие, чем α-кератины волос , рогов и копыт млекопитающих . [11] [12] Точные сигналы , которые вызывают рост перьев на коже, неизвестны, но было обнаружено, что фактор транскрипции cDermo-1 вызывает рост перьев на коже и чешуи на ноге. [13]
Существует два основных типа перьев: опахалевые перья, которые покрывают внешнюю часть тела, и пуховые перья , которые находятся под опахалевыми перьями. Перьевые перья — это опахалевые перья. Также называемые контурными перьями, перьевые перья возникают из путей и покрывают все тело. Третий более редкий тип перьев, нитевидные перья , похожи на волосы и тесно связаны с перьями-перьями и часто полностью скрыты ими, с одним или двумя нитевидными перьями, прикрепленными и прорастающими примерно из той же точки кожи, что и каждое перо-перо, по крайней мере, на голове, шее и туловище птицы. [14] [15] У бескилевых птиц нитевидные перья полностью отсутствуют . [16] У некоторых воробьиных нитевидные перья возникают наружу за перьями-перьями на шее. [1] Маховые перья, или маховые перья крыла, и рулевые перья, или маховые перья хвоста, являются наиболее важными перьями для полета. Типичное опахаловое перо имеет главный стержень, называемый рахис . С рахисом сращен ряд ветвей, или бородок ; сами бородки также разветвлены и образуют бородки . Эти бородки имеют крошечные крючки, называемые бородками, для перекрестного прикрепления. Пуховые перья пушистые, потому что у них нет бородок, поэтому бородки свободно плавают друг относительно друга, позволяя пуху удерживать воздух и обеспечивать отличную теплоизоляцию. У основания пера стержень расширяется, образуя полый трубчатый каламус (или перо ), который вставляется в фолликул в коже . Базальная часть каламуса не имеет лопастей. Эта часть встроена в кожный фолликул и имеет отверстие у основания (проксимальный пупок) и небольшое отверстие сбоку (дистальный пупок). [17]
У птенцов некоторых видов птиц есть особый вид натальных пуховых перьев (неоссоптили), которые выталкиваются при появлении обычных перьев (телеоптили). [1]
Маховые перья укреплены так, чтобы работать против воздуха при движении вниз, но поддаваться в других направлениях. Было замечено, что ориентация волокон β-кератина в перьях летающих птиц отличается от таковой у нелетающих птиц: волокна лучше выровнены вдоль оси стержня по направлению к кончику, [18] [19] а боковые стенки области рахиса показывают структуру перекрещенных волокон. [20] [21]
Перья защищают птиц от воды и холода. Их также можно выщипывать, чтобы выстилать гнездо и обеспечивать изоляцию яиц и молодняка. Отдельные перья на крыльях и хвосте играют важную роль в управлении полетом. [20] У некоторых видов есть гребень из перьев на голове. Хотя перья легкие, оперение птицы весит в два или три раза больше, чем ее скелет, так как многие кости полые и содержат воздушные мешки. Цветовые узоры служат камуфляжем от хищников для птиц в их среде обитания, а также служат камуфляжем для хищников, ищущих еду. Как и у рыб, верхний и нижний цвета могут быть разными, чтобы обеспечить маскировку во время полета. Поразительные различия в узорах и цветах перьев являются частью полового диморфизма многих видов птиц и особенно важны при выборе пар для спаривания. В некоторых случаях существуют различия в отражательной способности перьев УФ-излучения у разных полов, хотя в видимом диапазоне не отмечается никаких различий в цвете. [22] Перья крыльев самцов булавокрылых манакинов Machaeropterus deliciosus имеют особые структуры, которые используются для создания звуков посредством стридуляции . [23]
У некоторых птиц есть запас перьев из порошкообразного пуха , которые растут непрерывно, с небольшими частицами, регулярно отламывающимися от концов бородок. Эти частицы производят порошок , который просеивается через перья на теле птицы и действует как водоотталкивающее средство и кондиционер для перьев . Пуховый пух независимо эволюционировал в нескольких таксонах и может быть обнаружен как в пуху, так и в перьях перьевых. Он может быть разбросан по оперению, как у голубей и попугаев, или локализованными пятнами на груди, животе или боках, как у цапель и лягушкоротов. Цапли используют свой клюв, чтобы разбить перья из порошкообразного пуха и распределить их, в то время как какаду могут использовать свою голову в качестве пуховки для нанесения порошка. [24] Водонепроницаемость может быть утрачена под воздействием эмульгирующих веществ из-за загрязнения человеком. Затем перья могут намокнуть, в результате чего птица утонет. Также очень трудно чистить и спасать птиц, чьи перья были загрязнены разливами нефти . Перья бакланов впитывают воду и помогают уменьшить плавучесть, тем самым позволяя птицам плавать под водой. [25]
Щетинки — это жесткие, сужающиеся перья с большим стержнем, но с небольшим количеством бородок. Риктальные щетинки находятся вокруг глаз и клюва. Они могут выполнять ту же функцию, что и ресницы и вибриссы у млекопитающих . Хотя пока нет четких доказательств, было высказано предположение, что риктальные щетинки выполняют сенсорные функции и могут помогать насекомоядным птицам захватывать добычу. [26] В одном исследовании было обнаружено, что ивовые мухоловки ( Empidonax traillii ) одинаково хорошо ловят насекомых до и после удаления риктальных щетинок. [27]
Поганки отличаются своей привычкой глотать собственные перья и кормить ими своих птенцов. Наблюдения за их рационом из рыбы и частотой поедания перьев позволяют предположить, что поедание перьев, особенно пуха с боков, способствует формированию легко выбрасываемых погадок. [28]
Контурные перья неравномерно распределены на коже птицы, за исключением некоторых групп, таких как пингвины , бескилевые и крикуны. [29] У большинства птиц перья растут из особых участков кожи, называемых птерилей ; между птерилей есть области, свободные от перьев, называемые аптерилей (или аптерий ). Нитевидные перья и пух могут возникать из аптерилей. Расположение этих перьевых участков, птерилез или птерилография, различается у разных семейств птиц и в прошлом использовалось как средство для определения эволюционных связей семейств птиц. [30] [31] Виды, которые высиживают свои собственные яйца, часто теряют свои перья на участке своего живота, образуя насиживающее пятно . [32]
Цвет перьев создается пигментами, микроскопическими структурами, которые могут преломлять , отражать или рассеивать определенные длины волн света, или комбинацией того и другого.
Большинство пигментов перьев – это меланины (коричневые и бежевые феомеланины , черные и серые эумеланины ) и каротиноиды (красные, желтые, оранжевые); другие пигменты встречаются только у определенных таксонов – желтые и красные пситтакофульвины [33] (встречаются у некоторых попугаев ), а также красный турацин и зеленый тураковердин ( порфириновые пигменты, встречающиеся только у турако ).
Структурная окраска [5] [34] [35] участвует в производстве синих цветов, радужности , большей части отражения ультрафиолета и в улучшении пигментных цветов. Структурная радужность была зарегистрирована [36] в ископаемых перьях, возраст которых составляет 40 миллионов лет. Белые перья лишены пигмента и рассеивают свет диффузно; альбинизм у птиц вызван дефектным производством пигмента, хотя структурная окраска не будет затронута (как можно видеть, например, у сине-белых волнистых попугайчиков ).
Синие и ярко-зеленые оттенки многих попугаев возникают в результате конструктивной интерференции света, отражающегося от различных слоев структур перьев. В случае зеленого оперения, в дополнение к желтому, задействована специфическая структура перьев, которую некоторые называют текстурой Дика. [37] [38] Меланин часто участвует в поглощении света; в сочетании с желтым пигментом он дает тусклый оливково-зеленый цвет.
У некоторых птиц цвет перьев может быть создан или изменен секрецией из копчиковой железы , также называемой железой прижима. Желтые цвета клюва многих птиц-носорогов производятся такими выделениями. Было высказано предположение, что существуют и другие цветовые различия, которые могут быть видны только в ультрафиолетовой области, [24] но исследования не смогли найти доказательств. [39] Жировая секреция копчиковой железы также может оказывать ингибирующее действие на бактерии перьев. [40]
Красный, оранжевый и желтый цвета многих перьев вызваны различными каротиноидами. Пигменты на основе каротиноидов могут быть честными сигналами о приспособленности, поскольку они получены из специальных диет и, следовательно, их может быть трудно получить, [41] [42] и/или поскольку каротиноиды необходимы для иммунной функции, и, следовательно, сексуальные проявления происходят за счет здоровья. [43]
Перья птицы подвергаются износу и периодически заменяются в течение жизни птицы посредством линьки . Новые перья, известные при развитии как кровяные или булавочные перья , в зависимости от стадии роста, образуются из тех же фолликулов, из которых оперились старые. Наличие меланина в перьях увеличивает их устойчивость к истиранию. [44] В одном исследовании отмечается, что перья на основе меланина, как было замечено, быстрее разрушаются под воздействием бактерий, даже по сравнению с непигментированными перьями того же вида, чем непигментированные или с каротиноидными пигментами. [45] Однако в другом исследовании того же года сравнивалось действие бактерий на пигментацию двух видов певчих воробьев и было отмечено, что более темные пигментированные перья были более устойчивыми; авторы сослались на другое исследование, также опубликованное в 2004 году, в котором говорилось, что повышенное содержание меланина обеспечивает большую устойчивость. Они заметили, что большая устойчивость более темных птиц подтверждает правило Глогера . [46]
Хотя половой отбор играет важную роль в развитии перьев, в частности, цвета перьев, это не единственный доступный вывод. Новые исследования предполагают, что уникальные перья птиц также оказывают большое влияние на многие важные аспекты поведения птиц, такие как высота, на которой разные виды строят свои гнезда. Поскольку самки являются основными опекунами, эволюция помогла отобрать самок с более тусклыми цветами пуха, чтобы они могли сливаться с окружающей средой гнездования. Расположение гнезда и то, есть ли у него больше шансов подвергнуться нападению хищников, оказали влияние на оперение самок птиц. [47] Вид птиц, которые гнездятся на земле, а не на кронах деревьев, должен иметь гораздо более тусклые цвета, чтобы не привлекать внимания к гнезду. Исследование высоты показало, что птицы, которые гнездятся в кронах деревьев, часто подвергаются гораздо более тусклым нападениям хищников из-за более яркого цвета перьев, которые демонстрирует самка. [47] Другое влияние эволюции, которое может сыграть свою роль в том, почему перья птиц такие красочные и демонстрируют так много узоров, может быть связано с тем, что птицы развили свои яркие цвета из растительности и цветов, которые процветают вокруг них. Птицы развили свои яркие цвета, живя рядом с определенными цветами. Большинство видов птиц часто сливаются со своей средой из-за некоторой степени маскировки, поэтому, если среда обитания вида полна цветов и узоров, вид в конечном итоге эволюционирует, чтобы смешаться, чтобы избежать поедания. Перья птиц демонстрируют большой диапазон цветов, даже превышающий разнообразие многих растений, листьев и цветов. [48]
Поверхность перьев является домом для некоторых эктопаразитов, в частности, перьевых вшей ( Phthiraptera ) и перьевых клещей. Перьевые вши обычно живут на одном хозяине и могут перемещаться только от родителей к птенцам, между спаривающимися птицами и, иногда, путем форезии . Такая история жизни привела к тому, что большинство видов паразитов специфичны для хозяина и коэволюционируют с ним, что делает их интересными для филогенетических исследований. [49]
Перьевые отверстия — это следы жевания вшей (вероятнее всего, вшей Brueelia spp.) на перьях крыльев и хвоста. Они были описаны у деревенских ласточек , и из-за простоты подсчета многие эволюционные, экологические и поведенческие публикации используют их для количественной оценки интенсивности заражения.
Паразитические кукушки, которые вырастают в гнездах других видов, также имеют специфичных для хозяина перьевых вшей, и они, по-видимому, передаются только после того, как молодые кукушата покидают гнездо хозяина. [50]
Птицы поддерживают состояние своих перьев, прихорашиваясь и купаясь в воде или пыли . Было высказано предположение, что своеобразное поведение птиц, муравьи , при котором муравьи попадают в оперение, помогает уменьшить количество паразитов, но никаких подтверждающих доказательств не обнаружено. [51]
Перья птиц издавна использовались для оперения стрел . Красочные перья, например, перья фазанов, использовались для украшения рыболовных приманок .
Перья также ценны для идентификации видов в судебно-медицинских исследованиях, особенно при столкновениях птиц с самолетами. Соотношения изотопов водорода в перьях помогают определить географическое происхождение птиц. [52] Перья также могут быть полезны при неразрушающем отборе проб загрязняющих веществ. [53]
Птицеводческая промышленность производит большое количество перьев в качестве отходов, которые, как и другие формы кератина, медленно разлагаются. Перьевые отходы использовались в ряде промышленных применений в качестве среды для культивирования микробов, [54] биоразлагаемых полимеров, [55] и производства ферментов. [56] Перьевые белки были опробованы в качестве клея для древесных плит. [57]
Некоторые группы коренных народов Аляски использовали перья куропатки в качестве закалки (непластичных добавок) в гончарном производстве с первого тысячелетия до нашей эры для повышения стойкости к тепловому удару и прочности. [58]
Орлиные перья имеют большую культурную и духовную ценность для коренных американцев в Соединенных Штатах и коренных народов Канады как религиозные объекты. В Соединенных Штатах религиозное использование орлиных и ястребиных перьев регулируется законом об орлиных перьях , федеральным законом, ограничивающим владение орлиными перьями сертифицированными и зарегистрированными членами федерально признанных индейских племен.
В Южной Америке отвары, приготовленные из перьев кондора , используются в традиционной медицине. [59] В Индии перья индийского павлина использовались в традиционной медицине при укусах змей, бесплодии и кашле. [60] [61]
Известно, что члены шотландского клана Кэмпбелл носят перья на своих шляпах, чтобы обозначить свою власть в клане. Вожди клана носят три пера, вожди — два, а оруженосец — одно. Любой член клана, который не соответствует критериям, не имеет права носить перья как часть традиционной одежды, и это считается самонадеянным. [62]
В XVIII, XIX и начале XX веков наблюдался бурный рост международной торговли перьями для экстравагантных женских шляп и других головных уборов (в том числе в викторианской моде ). Фрэнк Чепмен отметил в 1886 году, что перья около 40 видов птиц использовались примерно в трех четвертях из 700 женских шляп, которые он наблюдал в Нью-Йорке. [63] Например, перья южноамериканских колибри в прошлом использовались для украшения некоторых миниатюрных птиц, представленных в коробках для поющих птиц . Эта торговля нанесла серьезный ущерб популяциям птиц (например, цаплям и американским журавлям ). Защитники природы возглавили крупную кампанию против использования перьев в шляпах. Это способствовало принятию Закона Лейси в 1900 году и изменению моды. Затем рынок декоративных перьев в значительной степени рухнул. [64] [65]
В последнее время петушиное оперение стало популярной тенденцией в качестве аксессуара для прически , причем перья, которые раньше использовались в качестве рыболовных приманок, теперь используются для придания цвета и стиля волосам. [66]
Производство перьевых изделий в Европе сократилось за последние 60 лет, в основном из-за конкуренции со стороны Азии. Перья украшали шляпы на многих престижных мероприятиях, таких как свадьбы и Ladies Day на ипподромах (Royal Ascot).
Функциональный взгляд на эволюцию перьев традиционно фокусировался на изоляции, полете и демонстрации. Однако открытия нелетающих пернатых динозавров позднего мелового периода в Китае [67] предполагают, что полет не мог быть изначальной первичной функцией, поскольку перья просто не были способны обеспечить какую-либо форму подъема. [68] [69] Были предположения, что перья могли иметь свою первоначальную функцию терморегуляции, водонепроницаемости или даже как поглотители метаболических отходов, таких как сера. [70] Утверждается, что недавние открытия подтверждают терморегулирующую функцию, по крайней мере, у более мелких динозавров. [71] [72] Некоторые исследователи даже утверждают, что терморегуляция возникла из щетинок на лице, которые использовались в качестве тактильных датчиков. [73] Хотя предполагалось, что перья произошли от чешуи рептилий , есть многочисленные возражения против этой идеи, и более поздние объяснения возникли из парадигмы эволюционной биологии развития . [2] Теории происхождения перьев на основе чешуи предполагают, что плоская структура чешуи была изменена для развития в перья путем расщепления для формирования перепонки; однако этот процесс развития включает трубчатую структуру, возникающую из фолликула, и трубку, разделяющуюся продольно для формирования перепонки. [1] [2] Количество перьев на единицу площади кожи выше у мелких птиц, чем у крупных, и эта тенденция указывает на их важную роль в теплоизоляции, поскольку мелкие птицы теряют больше тепла из-за относительно большей площади поверхности по сравнению с их массой тела. [5] Миниатюризация птиц также сыграла роль в эволюции мощного полета. [74] Считается, что окраска перьев эволюционировала в первую очередь в ответ на половой отбор . У ископаемых образцов паравиана Anchiornis huxleyi и птерозавра Tupandactylus imperator черты сохранились настолько хорошо, что можно наблюдать структуру меланосомы (пигментных клеток). Сравнивая форму ископаемых меланосом с меланосомами современных птиц, можно было определить цвет и рисунок перьев у Anchiornis и Tupandactylus . [75] [76] AnchiornisБыло обнаружено, что на передних и задних конечностях у них были перья с черно-белым рисунком, а также красновато-коричневый гребень. Этот рисунок похож на окраску многих современных видов птиц, которые используют окраску оперения для демонстрации и общения, включая половой отбор и маскировку. Вероятно, что нептичьи виды динозавров использовали рисунки оперения для тех же функций, что и современные птицы, до появления полета. Во многих случаях физиологическое состояние птиц (особенно самцов) определяется качеством их перьев, и это используется (самками) при выборе партнера . [77] [78] Кроме того, при сравнении различных особей Ornithomimus edmontonicus было обнаружено, что у более старых особей есть пеннибрахиум (структура, похожая на крыло, состоящая из удлиненных перьев), а у более молодых — нет. Это говорит о том, что пеннибрахиум был вторичным половым признаком и, вероятно, имел половую функцию. [79]
Было обнаружено несколько генов , определяющих развитие перьев. Они будут иметь ключевое значение для понимания эволюции перьев. Например, некоторые гены преобразуют чешуйки в перья или перьеподобные структуры, когда они экспрессируются или индуцируются в лапках птиц, например, преобразователи чешуек в перья Sox2 , Zic1 , Grem1 , Spry2 и Sox18 . [80]
Перья и чешуя состоят из двух различных форм кератина , и долгое время считалось, что каждый тип кератина был исключительным для каждой структуры кожи (перьев и чешуи). Однако кератин перьев также присутствует на ранних стадиях развития чешуи американского аллигатора . Этот тип кератина, который ранее считался специфичным для перьев, подавляется во время эмбрионального развития аллигатора и поэтому не присутствует в чешуе взрослых аллигаторов. Наличие этого гомологичного кератина как у птиц, так и у крокодилов указывает на то, что он был унаследован от общего предка. [81]
Это может означать, что чешуя крокодила, перья птиц и динозавров, а также пикнофибры птерозавров являются проявлениями развития одних и тех же примитивных структур кожи архозавров; предполагая, что перья и пикнофибры могут быть гомологичными. [82] Молекулярные методы датирования в 2011 году показывают, что подсемейство β-кератинов перьев, обнаруженных у современных птиц, начало расходиться 143 миллиона лет назад, что позволяет предположить, что контурные перья анхиорниса не были сделаны из β-кератинов перьев, присутствующих у современных птиц. [83] Однако исследование ископаемых перьев динозавра синозавроптерикса и других ископаемых выявило следы белков бета-слоев с использованием инфракрасной спектроскопии и серно-рентгеновской спектроскопии. Было показано, что обильное присутствие альфа-белков в некоторых ископаемых перьях является артефактом процесса окаменения, поскольку структуры бета-белков легко изменяются в альфа-спирали во время термической деградации. [84] В 2019 году ученые обнаружили, что гены, отвечающие за производство перьев, развились у основания архозавров, что подтверждает, что перья присутствовали у ранних орнитодир, и это согласуется с ископаемыми данными. [85]
У нескольких нептичьих динозавров на конечностях были перья, которые не функционировали для полета. [67] [2] Одна из теорий предполагает, что перья изначально развились у динозавров из-за их изоляционных свойств; затем мелкие виды динозавров, у которых выросли более длинные перья, могли найти их полезными для планирования, что привело к эволюции протоптиц, таких как Archaeopteryx и Microraptor zhaoianus . Другая теория утверждает, что изначальное адаптивное преимущество ранних перьев заключалось в их пигментации или переливчатости, что способствовало половому предпочтению при выборе партнера. [86] Динозавры, у которых были перья или протоперья, включают Pedopenna daohugouensis [87] и Dilong paradoxus , тираннозавроида , который на 60-70 миллионов лет старше Tyrannosaurus rex . [88]
Большинство динозавров, о которых известно, что у них были перья или протоперья, являются тероподами , однако перьеподобные «нитевидные покровные структуры» также известны у птицетазовых динозавров Tianyulong и Psittacosaurus . [89] Точная природа этих структур все еще изучается. Однако считается, что перья стадии 1 (см. раздел «Эволюционные стадии» ниже), такие как те, что видны у этих двух птицетазовых, вероятно, функционировали в демонстрационной функции. [90] В 2014 году сообщалось, что птицетазовый Kulindadromeus имел структуры, напоминающие перья стадии 3. [91] Вероятность того, что чешуя эволюционировала у ранних предков динозавров, высока. Однако это было сделано на основе предположения, что примитивные птерозавры были чешуйчатыми. [92] [93] Исследование 2016 года анализирует морфологию пульпы хвостовых щетинок пситтакозавра и обнаруживает, что они похожи на перья, но отмечает, что они также похожи на щетинки на голове конголезского павлина , бороду индейки и позвоночник на голове рогатого крикуна . [94] Повторная оценка максимальных правдоподобий, проведенная палеонтологом Томасом Хольцем, показывает, что нити, скорее всего, были предковым состоянием динозавров. [95]
В 2010 году у кархародонтозаврида под названием Concavenator corcovatus были обнаружены маховые выросты на локтевой кости, что позволяет предположить, что у него могли быть иглоподобные структуры на поперечных костях. [96] Однако Фот и др. 2014 не согласны с публикацией, в которой они указывают, что шишки на локтевой кости Concavenator находятся на переднебоковой стороне , что отличается от маховых выростов, которые находятся на заднебоковой стороне локтевой кости некоторых птиц. Они считают более вероятным, что это крепления для межкостных связок. [97] Это было опровергнуто Куэстой Фидальго и ее коллегами, они указали, что эти шишки на локтевой кости находятся на заднебоковой стороне, что отличается от шишек на межкостных связках. [98]
Начиная с 1990-х годов, десятки пернатых динозавров были обнаружены в кладе Maniraptora , которая включает кладу Avialae и недавних общих предков птиц, Oviraptorosauria и Deinonychosauria . В 1998 году открытие пернатого овирапторозаврида Caudipteryx zoui поставило под сомнение представление о перьях как о структуре, присущей исключительно Avialae. [99] Похороненный в формации Исянь в Ляонине, Китай, C. zoui жил в раннем меловом периоде. Присутствуя на передних конечностях и хвостах, их покровная структура была принята [ кем? ] как перистые лопастные перья на основе стержня и елочного рисунка бородок. В кладе Deinonychosauria продолжающееся расхождение перьев также очевидно в семействах Troodontidae и Dromaeosauridae . Разветвленные перья с рахисом, бородками и бородочками были обнаружены у многих членов, включая Sinornithosaurus millenii , дромеозаврид, найденный в формации Исянь (124,6 млн лет назад). [100]
Ранее существовал временной парадокс в эволюции перьев — тероподы с высокоразвитыми птицеподобными характеристиками появились позже, чем археоптерикс, — что предполагает, что потомки птиц возникли до предка. Однако открытие Anchiornis huxleyi в позднеюрской формации Тяоцзишань (160 млн лет назад) в западном Ляонине в 2009 году [101] [102] разрешило этот парадокс. Будучи предшественницей археоптерикса , Anchiornis доказывает существование современного пернатого предка теропода, давая представление о переходе от динозавра к птице. Образец показывает распределение крупных перистых перьев на передних конечностях и хвосте, подразумевая, что перистые перья распространились на остальную часть тела на более ранней стадии эволюции тероподов. [103] Развитие контурных перьев не заменило более ранние нитевидные перья. Нитевидные перья сохранились вместе с современными маховыми перьями – включая некоторые с модификациями, обнаруженными в перьях современных ныряющих птиц – в янтаре возрастом 80 миллионов лет из Альберты. [104]
Два маленьких крыла, застрявших в янтаре, датируемом 100 млн лет назад, показывают, что оперение существовало у некоторых предшественников птиц. Крылья, скорее всего, принадлежали энанциорнитам , разнообразной группе птицеподобных динозавров. [105] [106]
Большой филогенетический анализ ранних динозавров, проведенный Мэтью Бароном, Дэвидом Б. Норманом и Полом Барреттом (2017), показал, что Theropoda на самом деле более тесно связаны с Ornithischia , с которой они образовали сестринскую группу в пределах клады Ornithoscelida . Исследование также предположило, что если перьеподобные структуры теропод и орнитисхий имеют общее эволюционное происхождение, то возможно, что перья были ограничены Ornithoscelida. Если это так, то происхождение перьев, вероятно, произошло еще в среднем триасе , [107] хотя это не было согласовано. [108] [109] Отсутствие перьев, присутствующих у крупных завропод и анкилозавров, может быть связано с тем, что перья были подавлены геномными регуляторами. [110]
Несколько исследований развития перьев у эмбрионов современных птиц в сочетании с распределением типов перьев среди различных предшественников доисторических птиц позволили ученым попытаться реконструировать последовательность, в которой перья впервые эволюционировали и развились в типы, встречающиеся у современных птиц.
В 2009 году Сюй и Го разделили эволюцию перьев на следующие этапы: [90]
Однако Фот (2011) показал, что некоторые из этих предполагаемых стадий (стадии 2 и 5 в частности) скорее всего являются просто артефактами консервации, вызванными тем, как ископаемые перья были раздавлены и остатки перьев или отпечатки были сохранены. Фот переинтерпретировал перья стадии 2 как раздавленные или неправильно идентифицированные перья по крайней мере стадии 3, а перья стадии 5 как раздавленные перья стадии 6. [111]
Следующая упрощенная диаграмма взаимоотношений динозавров следует этим результатам и показывает вероятное распределение плюмажных (пушистых) и контурных (лопатчатых) перьев среди динозавров и доисторических птиц. Диаграмма следует диаграмме, представленной Сюй и Го (2009) [90], измененной с учетом результатов Фота (2011) [111] Числа, сопровождающие каждое название, указывают на наличие определенных стадий перьев. Обратите внимание, что «s» указывает на известное наличие чешуи на теле.
Птерозавры давно известны тем, что имеют нитевидные мехоподобные структуры, покрывающие их тело, известные как пикнофибры , которые обычно считались отличными от «настоящих перьев» птиц и их родственников динозавров. Однако исследование двух небольших, хорошо сохранившихся окаменелостей птерозавров из юрского периода Внутренней Монголии , Китай , проведенное в 2018 году , показало, что птерозавры были покрыты массивом пикнофибр с разной структурой (а не только нитевидными), причем некоторые из этих структур демонстрируют диагностические признаки перьев, такие как непрожилковые сгруппированные нити и двусторонне разветвленные нити, которые изначально считались исключительными для птиц и других динозавров-манирапторов. Учитывая эти результаты, возможно, что перья имеют глубокое эволюционное происхождение у предковых архозавров , хотя также существует вероятность того, что эти структуры независимо эволюционировали, напоминая перья птиц посредством конвергентной эволюции . [112] Майк Бентон, старший автор исследования, подтвердил первую теорию, заявив: «Мы не смогли найти никаких анатомических доказательств того, что четыре типа пикнофибр каким-либо образом отличаются от перьев птиц и динозавров. Следовательно, поскольку они одинаковы, они должны иметь общее эволюционное происхождение, а это было около 250 миллионов лет назад, задолго до происхождения птиц». [113] [114] [115] [116] Но покровные структуры образцов анурогнатид по-прежнему основаны на общей морфологии, как указала Лилиана Д'Альба. Пикнофибры двух образцов анурогнатид могут быть не гомологичны нитевидным придаткам динозавров. [117] Пол М. Барретт подозревает, что во время покровной эволюции птерозавров птерозавры примитивно утратили чешую, и начали появляться пикнофибры. [93]
Cascocauda был почти полностью покрыт обширным слоем пикнофибр, которые, по-видимому, были двух типов. Первый тип представляет собой простые изогнутые нити длиной от 3,5 до 12,8 мм. Эти нити покрывают большую часть животного, включая голову, шею, тело, конечности и хвост. Второй тип состоит из пучков нитей, соединенных около основания, похожих на ветвящиеся пуховые перья птиц и других целурозавровых динозавров, длиной около 2,5–8,0 мм и покрывающих только мембраны крыльев. Исследования отобранных пикнофибр выявили наличие микротел внутри нитей, напоминающих пигменты меланосом, идентифицированные в других ископаемых покровах, в частности, феомеланосомах. Кроме того, инфракрасный спектральный анализ этих пикнофибр показывает спектры поглощения, похожие на рыжие человеческие волосы . Эти пикнофибры, вероятно, обеспечивали как изоляцию, так и, возможно, помогали обтекать тело и крылья во время полета. [118] Идентичность этих ветвящихся структур как пикнофибрил или перьев была оспорена Унвином и Мартиллом (2020), которые интерпретировали их как сгруппированные и деградировавшие актинофибриллы — жесткостные волокна, обнаруженные в мембране крыла птерозавров — и приписали меланосомы и кератин коже, а не нитям. [119] Эти утверждения были опровергнуты Янгом и коллегами, которые утверждают, что интерпретации Унвина и Мартилла несовместимы с сохранностью образца. А именно, они утверждают, что постоянная структура, регулярное расположение и расширение нитей за пределы мембраны крыла подтверждают их идентификацию как пикнофибрил. Кроме того, они утверждают, что ограничение меланосом и кератина волокнами, как это происходит в ископаемых перьях динозавров, подтверждает версию о том, что это нити, и не согласуется с загрязнением от сохранившейся кожи. [120] Протоперья, вероятно, развились у ранних архозавров, вскоре после вымирания ПТ, в то время, когда скорость метаболизма ранних архозавров и синапсидов увеличивалась, позы становились прямыми, а активность сохранялась. [85]
{{cite journal}}
: CS1 maint: DOI неактивен по состоянию на ноябрь 2024 г. ( ссылка )