Научный вопрос о том, в рамках какой более крупной группы животных эволюционировали птицы, традиционно называется « происхождением птиц ». Текущий научный консенсус заключается в том, что птицы являются группой динозавров- манирапторов -теропод , которые возникли в мезозойскую эру .
Тесная связь между птицами и динозаврами была впервые предложена в девятнадцатом веке после открытия примитивной птицы археоптерикса в Германии. Птицы и вымершие нептичьи динозавры имеют много общих уникальных черт скелета. [1] Более того, были собраны окаменелости более тридцати видов нептичьи динозавров с сохранившимися перьями. Есть даже очень маленькие динозавры, такие как Microraptor и Anchiornis , у которых длинные, лопастные перья на руках и ногах, образующие крылья. Юрская базальная птица Pedopenna также демонстрирует эти длинные перья на ногах. Палеонтолог Лоуренс Уитмер пришел к выводу в 2009 году, что этих доказательств достаточно, чтобы продемонстрировать, что эволюция птиц прошла через стадию четырехкрылости. [2] Ископаемые свидетельства также показывают, что птицы и динозавры имеют общие черты, такие как полые, пневматизированные кости , гастролиты в пищеварительной системе, строительство гнезд и поведение высиживания .
Хотя происхождение птиц исторически было спорной темой в эволюционной биологии , лишь немногие ученые до сих пор оспаривают динозавровое происхождение птиц, предполагая происхождение от других типов архозавровых рептилий . В рамках консенсуса, поддерживающего динозавровое происхождение, точная последовательность эволюционных событий, которые привели к появлению ранних птиц в пределах манирапторовых тероподов, оспаривается. Происхождение полета птиц является отдельным, но связанным вопросом, на который также есть несколько предложенных ответов .
Научное исследование происхождения птиц началось вскоре после публикации в 1859 году книги Чарльза Дарвина « О происхождении видов» . [3] В 1860 году в известняке Зольнхофена позднего юрского периода в Германии было обнаружено окаменелое перо . На следующий год Кристиан Эрих Герман фон Мейер описал это перо как Archaeopteryx lithographica . [4] Ричард Оуэн описал почти полный скелет в 1863 году, признав его птицей, несмотря на многие черты, напоминающие рептилий , включая когтистые передние конечности и длинный костлявый хвост. [5]
Биолог Томас Генри Хаксли , известный как «Бульдог Дарвина» за свою упорную поддержку новой теории эволюции посредством естественного отбора, почти сразу же ухватился за археоптерикса как за переходное ископаемое между птицами и рептилиями. Начиная с 1868 года и следуя более ранним предложениям Карла Гегенбаура [ 6] и Эдварда Дринкера Коупа [7], Хаксли провел детальное сравнение археоптерикса с различными доисторическими рептилиями и обнаружил, что он больше всего похож на динозавров, таких как гипсилофодон и компсогнат [ 8] [9] Открытие в конце 1870-х годов культового «берлинского образца» археоптерикса , полного набора зубов рептилии, предоставило дополнительные доказательства. Как и Коуп, Хаксли предположил эволюционную связь между птицами и динозаврами. Хотя Хаксли и противостоял весьма влиятельному Оуэну, его выводы были приняты многими биологами, включая барона Франца Нопче [ 10], в то время как другие, в частности Гарри Сили [11] , утверждали, что сходства были обусловлены конвергентной эволюцией .
Переломный момент наступил в начале двадцатого века с трудами Герхарда Хайльмана из Дании . Художник по профессии, Хайльман имел научный интерес к птицам и с 1913 по 1916 год, развивая более ранние работы Отенио Абеля , [12] опубликовал результаты своих исследований в нескольких частях, посвященных анатомии, эмбриологии , поведению, палеонтологии и эволюции птиц. [13] Его работа, первоначально написанная на датском языке как Vor Nuvaerende Viden om Fuglenes Afstamning , была составлена, переведена на английский язык и опубликована в 1926 году как The Origin of Birds .
Как и Хаксли, Хайльман сравнил археоптерикса и других птиц с исчерпывающим списком доисторических рептилий и также пришел к выводу, что тероподовые динозавры, такие как Compsognathus, были наиболее похожи. Однако Хайльман отметил, что у птиц ключицы (ключичные кости) срослись, образовав кость, называемую вилочкой («вилочкой»), и хотя ключицы были известны у более примитивных рептилий, они еще не были признаны у динозавров. Поскольку он был твердо убежден в интерпретации закона Долло , которая гласила, что эволюция не была «обратимой», Хайльман не мог принять, что ключицы были утрачены у динозавров и повторно эволюционировали у птиц. Поэтому он был вынужден исключить динозавров как предков птиц и приписать все их сходства конвергентной эволюции . Хайльман заявил, что предки птиц вместо этого будут найдены среди более примитивного класса « текодонтов » рептилий. [14] Чрезвычайно тщательный подход Хейльмана обеспечил, что его книга стала классикой в этой области, а ее выводы о происхождении птиц, как и в отношении большинства других тем, были приняты почти всеми эволюционными биологами на протяжении следующих четырех десятилетий. [15]
Ключицы — относительно хрупкие кости, и поэтому они находятся под угрозой разрушения или, по крайней мере, повреждения до неузнаваемости. Тем не менее, некоторые ископаемые ключицы теропод были фактически раскопаны до того, как Хайльман написал свою книгу, но они были неправильно идентифицированы. [16] Отсутствие ключиц у динозавров стало общепринятым мнением, несмотря на открытие ключиц у примитивного теропода Segisaurus в 1936 году. [17] Следующее сообщение о ключицах у динозавра было в русской статье в 1983 году. [18]
Вопреки мнению Хайльмана, палеонтологи теперь признают, что ключицы и в большинстве случаев вилочки являются стандартной чертой не только теропод, но и ящеротазовых динозавров. До конца 2007 года окостеневшие вилочки (то есть состоящие из кости, а не хряща ) были обнаружены у всех типов теропод, за исключением самых базальных, Eoraptor и Herrerasaurus . [19] Первоначальное сообщение о вилочке у примитивного теропода Segisaurus (1936) было подтверждено повторным исследованием в 2005 году. [20] Соединенные, похожие на вилочки ключицы были также обнаружены у Massospondylus , раннеюрского завроподоморфа . [21]
Волна против гипотезы «текодонта» начала поворачиваться против гипотезы «текодонта» после открытия в 1964 году нового динозавра-теропода в Монтане . В 1969 году этот динозавр был описан и назван Deinonychus Джоном Остромом из Йельского университета . [22] В следующем году Остром переописал образец Pterodactylus в голландском музее Тейлера как еще один скелет Archaeopteryx . [23] Образец состоял в основном из одного крыла, и его описание заставило Острома осознать сходство между запястьями Archaeopteryx и Deinonychus . [24]
В 1972 году британский палеонтолог Алик Уокер выдвинул гипотезу, что птицы произошли не от «текодонтов», а от предков -крокодилов, таких как Sphenosuchus . [25] Работа Острома как с тероподами, так и с ранними птицами побудила его ответить серией публикаций в середине 1970-х годов, в которых он изложил многочисленные сходства между птицами и динозаврами-тероподами, возрождая идеи, впервые высказанные Хаксли более века назад. [26] [27] [28] Признание Острома динозаврового происхождения птиц, наряду с другими новыми идеями о метаболизме динозавров, [29] уровнях активности и родительской заботе, [30] начало то, что известно как ренессанс динозавров , который начался в 1960-х годах и, по мнению некоторых, продолжается по сей день. [31]
Открытия Острома также совпали с растущим принятием филогенетической систематики ( кладистики ), которая началась в 1960-х годах с работы Вилли Хеннига . [32] Кладистика — это точный метод упорядочивания видов, основанный строго на их эволюционных связях, которые рассчитываются путем определения эволюционного дерева, подразумевающего наименьшее количество изменений в их анатомических характеристиках. В 1980-х годах кладистическая методология была впервые применена к филогении динозавров Жаком Готье и другими, недвусмысленно показав, что птицы были производной группой динозавров-теропод. [33] Ранние анализы предполагали, что тероподы дромеозавриды, такие как дейноних, были особенно тесно связаны с птицами, результат, который с тех пор подтверждался много раз. [34] [35]
В начале 1990-х годов были обнаружены великолепно сохранившиеся окаменелости птиц в нескольких геологических формациях раннего мела в северо-восточной китайской провинции Ляонин. [36] [37] В 1996 году китайские палеонтологи описали Sinosauropteryx как новый род птиц из формации Исянь , [38] но это животное было быстро признано более базальным тероподовым динозавром, тесно связанным с Compsognathus . Удивительно, но его тело было покрыто длинными нитевидными структурами. Их окрестили «протоперьями» и сочли гомологичными более продвинутым перьям птиц, [39] хотя некоторые ученые не согласны с этой оценкой. [40] Вскоре после этого китайские и североамериканские ученые описали Caudipteryx и Protarchaeopteryx . Судя по особенностям скелета, эти животные были нептичьими динозаврами, но их останки имели полностью сформированные перья, очень похожие на перья птиц. [41] « Археораптор », описанный без рецензии в выпуске National Geographic за 1999 год , [42] оказался контрабандной подделкой, [43] но подлинные останки продолжают выходить из Исяня, как легально, так и нелегально. Перья или «протоперья» были обнаружены у самых разных теропод в Исяне. [44] [45] Морфологический разрыв между нептичьими тероподами и птицами еще больше сокращается благодаря открытиям чрезвычайно похожих на птиц нептичьих динозавров, [46] а также нептичьих динозавроподобных базальных птиц. [47]
Между эмбриологами и палеонтологами ведутся споры о том , существенно ли различаются руки тероподных динозавров и птиц, основываясь на подсчете фаланг (костей пальцев) в руке .
Эмбриологи и некоторые палеонтологи, выступающие против связи птиц и динозавров, давно нумеруют пальцы птиц как II-III-IV на основе многочисленных исследований развития в яйце. [48] Это основано на том факте, что у большинства амниот первым пальцем, который формируется в пятипалой руке, является палец IV, который развивает первичную ось. Поэтому эмбриологи определили первичную ось у птиц как палец IV, а сохранившиеся пальцы как II-III-IV. Окаменелости рук продвинутых теропод ( Tetanurae ), по-видимому, имеют пальцы I-II-III (некоторые роды в пределах Avetheropoda также имеют редуцированный палец IV [49] ). Если это правда, то развитие пальцев II-III-IV у птиц является указанием против тероподного (динозаврового) происхождения. Однако, поскольку нет онтогенетической (эволюционной) основы, позволяющей однозначно утверждать, какие пальцы есть на руке теропода (поскольку сегодня не наблюдается роста и развития ни одного нептичьего теропода), маркировка руки теропода не является абсолютно окончательной. [ необходима цитата ]
Палеонтологи традиционно определяли пальцы птиц как I-II-III. Они утверждают, что пальцы птиц имеют номер I-II-III, как и у динозавров-теропод, согласно сохранившейся формуле фаланг. Количество фаланг у архозавров составляет 2-3-4-5-3; многие линии архозавров имеют уменьшенное количество пальцев, но имеют ту же формулу фаланг в оставшихся пальцах. Другими словами, палеонтологи утверждают, что архозавры разных линий имеют тенденцию терять одни и те же пальцы, когда происходит потеря пальцев, снаружи внутрь. Три пальца дромеозавров и археоптерикса имеют ту же формулу фаланг I-II-III, что и пальцы I-II-III базальных архозавров. Следовательно, потерянные пальцы были бы V и IV. Если это правда, то современные птицы также обладали бы пальцами I-II-III. [48] Кроме того, в одной из публикаций 1999 года было предложено смещение рамки в пальцах линии теропод, ведущей к птицам (таким образом, палец I превращается в палец II, II в палец III и т. д.). [50] [51] Однако такие смещения рамки редки у амниот и — чтобы соответствовать тероподному происхождению птиц — должны были бы происходить исключительно в передних конечностях линии птиц-теропод, а не в задних (состояние, неизвестное ни у одного животного). [52] Это называется латеральной редукцией пальцев (LDR) против двусторонней редукции пальцев (BDR) (см. также Limusaurus ). [53]
Небольшое меньшинство, известное под аббревиатурой BAND (Birds Are Not Dinosaurs), [54] включая орнитологов Алана Федуччиа и Ларри Мартина , [55] продолжает утверждать, что птицы более тесно связаны с более ранними рептилиями, такими как Longisquama или Euparkeria , чем с динозаврами. [56] [57] Эмбриологические исследования биологии развития птиц подняли вопросы о гомологии пальцев в передних конечностях птиц и динозавров. [58] Однако, благодаря убедительным доказательствам, предоставленным сравнительной анатомией и филогенетикой, а также впечатляющим окаменелостям пернатых динозавров из Китая, идея о том, что птицы являются производными динозавров, впервые отстаиваемая Хаксли, а затем Нопцей и Остром, пользуется почти единодушной поддержкой среди современных палеонтологов. [15]
Альтернативой гипотезе сдвига рамки является смещение оси. Согласно этому объяснению, первичная ось конечности у птиц проходит через палец III вместо IV. [48] [59] Эта идея подтверждается палеонтологическими наблюдениями, которые определяют формулу фаланги 2-3-4-1-X для последнего общего предка цератозавров (включая Limusaurus ) и тетануран (включая трехпалые формы с формулой фаланги 2-3-4-XX). [60]
Некоторые более поздние эмбриологические данные подтверждают идентификацию пальцев птиц как I, II, III, как у их предков-теропод. [61]
В публикации 2011 года было высказано предположение, что движущей силой появления этой клады был отбор на расширение скелетных мышц , а не эволюция полета. Согласно этой гипотезе, мышцы стали больше у потенциально эндотермических ящеров в ответ на потерю митохондриального разобщающего белка позвоночных , UCP1 . У млекопитающих UCP1 функционирует в бурой жировой ткани , которая является термогенной для защиты новорожденных от гипотермии . У современных птиц скелетные мышцы выполняют аналогичную функцию и, как предполагается, делали это у их предков. С этой точки зрения, двуногость и другие изменения скелета птиц были побочными эффектами гиперплазии мышц , с дальнейшими эволюционными модификациями передних конечностей, включая адаптации к полету или плаванию, и рудиментарностью , являющимися вторичными последствиями двуногости. [62] [63] [64]
Archaeopteryx исторически считался первой птицей, или Urvogel . Хотя новые ископаемые открытия заполнили пробел между тероподами и Archaeopteryx , а также пробел между Archaeopteryx и современными птицами, филогенетические таксономисты , в соответствии с традицией, почти всегда используют Archaeopteryx в качестве спецификатора для определения Aves. [66] [67] Aves реже определялась как коронная группа, состоящая только из современных птиц. [33] Почти все палеонтологи считают птиц целурозавровыми динозаврами-тероподами . [ 15] Внутри Coelurosauria многочисленные кладистические анализы нашли поддержку клады под названием Maniraptora , состоящей из теризинозавроидов , овирапторозавров , троодонтид , дромеозавридов и птиц. [34] [35] [68] Из них дромеозавриды и троодонтиды обычно объединяются в кладу Deinonychosauria , которая является сестринской группой для птиц (вместе образующих узловую кладу Eumaniraptora ) в пределах стволовой клады Paraves . [34] [69]
Другие исследования предложили альтернативные филогении, в которых определенные группы динозавров, обычно считающиеся нептичьими, могли произойти от предков-птиц. Например, анализ 2002 года показал, что овирапторозавры были базальными птицами. [70] Альваресзаврид , известных из Азии и Америки , по-разному классифицировались как базальные манираптораны, [34] [35] [71] [72] паравианы, [68] сестринский таксон орнитомимозавров , [73] а также специализированные ранние птицы. [74] [75] Род Rahonavis , первоначально описанный как ранняя птица, [76] был идентифицирован как нептичий дромеозавр в нескольких исследованиях. [69] [77] Сами дромеозавриды и троодонтиды также были предложены как находящиеся внутри Aves, а не просто за его пределами. [78] [79]
Многие анатомические [80] черты характерны для птиц и других тероподных динозавров.
Археоптерикс , первый хороший пример «пернатого динозавра», был обнаружен в 1861 году. Первый образец был найден в известняке Зольнхофена на юге Германии, который является лагерштетте , редкой и замечательной геологической формацией, известной своими великолепно детализированными окаменелостями. Археоптерикс является переходной окаменелостью , с чертами, явно промежуточными между чертами нептичьих тероподовых динозавров и птиц . Обнаруженный всего через два года после основополагающего «Происхождения видов» Дарвина, его открытие подстегнуло зарождающиеся дебаты между сторонниками эволюционной биологии и креационизма . Эта ранняя птица настолько похожа на динозавра, что без явного отпечатка перьев в окружающей породе по крайней мере один образец был ошибочно принят за компсогнатуса . [81]
Начиная с 1990-х годов было найдено несколько дополнительных пернатых динозавров , что предоставило еще более веские доказательства тесной связи между динозаврами и современными птицами. Первые из них изначально были описаны как простые нитевидные протоперья , которые были зарегистрированы в таких примитивных линиях динозавров, как компсогнатиды и тираннозавроиды . [82] Однако вскоре перья, неотличимые от перьев современных птиц, были обнаружены и у нептичьих динозавров. [41]
Небольшое меньшинство исследователей утверждало, что простые нитевидные структуры «протоперьев» являются просто результатом разложения коллагеновых волокон под кожей динозавров или в плавниках вдоль их спин, и что виды с неоспоримыми перьями, такие как овирапторозавры и дромеозавры, не являются динозаврами, а настоящими птицами, не связанными с динозаврами. [83] Однако большинство исследований пришли к выводу, что пернатые динозавры на самом деле являются динозаврами, и что более простые нити неоспоримых теропод представляют собой простые перья. Некоторые исследователи продемонстрировали наличие цветного меланина в структурах, что можно было бы ожидать от перьев, но не коллагеновых волокон. [84] Другие продемонстрировали, используя исследования разложения современных птиц, что даже продвинутые перья кажутся нитевидными, когда подвергаются сдавливающим силам, испытываемым во время окаменения, и что предполагаемые «протоперья» могли быть более сложными, чем считалось ранее. [85] Детальное изучение «протоперьев» Sinosauropteryx prima показало, что отдельные перья состояли из центрального стержня ( стержня ) с более тонкими бородками, ответвляющимися от него, похожими на современные перья птиц, но более примитивными по структуре. [86]
Описание ветвистых перьев птерозавра Tupandactylus от 2022 года дает веские доказательства того, что «пикнофибры» на самом деле не являются отдельным покровом, не связанным с происхождением перьев. Наиболее экономный сценарий — наличие перьев у последнего общего предка птерозавров и динозавров уже в раннем триасе. Меланосомы Tupandactylus указывают на то, что визуальная сигнализация была важным фактором в эволюции перьев. [87]
Поскольку перья часто ассоциируются с птицами, пернатые динозавры часто рекламируются как « недостающее звено » между птицами и другими динозаврами. Однако многочисленные скелетные особенности, также общие для двух групп, представляют собой более важное доказательство для палеонтологов .
Сравнение скелетов птиц и динозавров, а также кладистический анализ , подкрепляют аргументы в пользу этой связи, особенно для ветви теропод, называемой Maniraptora . Сходства скелета включают череп, строение зубов, шею, крючковидные отростки на ребрах, открытую вертлужную впадину, [88] обращенную назад длинную лобковую кость , гибкое запястье (полулунное запястье ), длинные руки, трехпалую кисть, общий плечевой пояс , лопатку , вилочку и грудные кости . Почти все скелетные черты Archaeopteryx можно найти у нептичьих манирапторов.
Исследование, сравнивающее эмбриональные, молодые и взрослые черепа архозавров, пришло к выводу, что черепа птиц произошли от черепов тероподных динозавров путем прогенеза , типа педоморфной гетерохронии , которая привела к сохранению ювенильных характеристик их предков. [89]
Крупные плотоядные динозавры имели сложную систему воздушных мешков, похожую на те, что есть у современных птиц, согласно исследованию, проведенному Патриком М. О'Коннором из Университета Огайо . У динозавров-теропод (хищников, которые ходили на двух ногах и имели птичьи ступни) гибкие мягкие тканевые воздушные мешки, вероятно, прокачивали воздух через жесткие легкие, как это происходит у птиц. «То, что когда-то формально считалось уникальным для птиц, в какой-то форме присутствовало у предков птиц», - сказал О'Коннор. [90] [91]
Компьютерная томография (КТ), проведенная в 2000 году в грудной полости особи орнитопода Thescelosaurus , обнаружила явные остатки сложного четырехкамерного сердца, очень похожего на те, что встречаются у современных млекопитающих и птиц. [92] Эта идея вызывает споры в научном сообществе, ее критикуют за то, что она плоха с точки зрения анатомии [93] или просто является принятием желаемого за действительное [94]. Это также не очень удивительно, поскольку крокодилы также обладают четырехкамерными сердцами.
Исследование, опубликованное в 2011 году, применило несколько направлений исследования к вопросу идентичности объекта, включая более продвинутое сканирование КТ, гистологию , рентгеновскую дифракцию , рентгеновскую фотоэлектронную спектроскопию и сканирующую электронную микроскопию. С помощью этих методов авторы обнаружили, что: внутренняя структура объекта не включает камеры, а состоит из трех не связанных между собой областей материала с более низкой плотностью и не сопоставима со структурой сердца страуса ; «стенки» состоят из осадочных минералов, которые, как известно, не производятся в биологических системах, таких как гетит, полевые шпаты , кварц и гипс , а также некоторые фрагменты растений; углерод , азот и фосфор , химические элементы , важные для жизни, отсутствовали в их образцах; и сердечные клеточные структуры отсутствовали. Был один возможный участок с клеточными структурами животных. Авторы обнаружили, что их данные подтверждают идентификацию как конкреции песка из среды захоронения, а не сердца, с возможностью того, что сохранились отдельные участки тканей. [95]
Однако вопрос о том, как эта находка отражает скорость метаболизма и внутреннюю анатомию динозавра, остается спорным, независимо от идентичности объекта. [95] И современные крокодилы , и птицы , ближайшие живые родственники динозавров, имеют четырехкамерные сердца (хотя и модифицированные у крокодилов), поэтому у динозавров они, вероятно, тоже были; структура не обязательно связана со скоростью метаболизма. [96]
Ископаемые останки троодонтов Mei и Sinornithoides демонстрируют, что динозавры спали, как некоторые современные птицы, спрятав голову под мышками. [97] Такое поведение, которое, возможно, помогало сохранять голову в тепле, характерно и для современных птиц.
При откладывании яиц самки птиц отращивают особый тип костей в своих конечностях. Эта костномозговая кость формируется как богатый кальцием слой внутри твердой внешней кости и используется в качестве источника кальция для изготовления яичной скорлупы. Наличие эндостально полученных костных тканей, выстилающих внутренние костномозговые полости частей задней конечности образца Tyrannosaurus rex, предполагает, что T. rex использовал схожие репродуктивные стратегии, и показало, что образец является самкой. [98] Дальнейшие исследования обнаружили костномозговую кость у теропода Allosaurus и орнитопода Tenontosaurus . Поскольку линия динозавров, которая включает Allosaurus и Tyrannosaurus, разошлась с линией, которая привела к Tenontosaurus, очень рано в эволюции динозавров, это говорит о том, что динозавры в целом производили костномозговую ткань. [99]
Несколько особей Citipati были найдены отдыхающими над яйцами в гнезде в позе, наиболее напоминающей высиживание . [100]
Многочисленные виды динозавров, например, майазавры , были обнаружены в стадах, включающих как очень молодых, так и взрослых особей, что свидетельствует о тесном взаимодействии между ними.
Эмбрион динозавра был найден без зубов, что говорит о том, что для кормления молодого динозавра требовалась некоторая родительская забота, возможно, взрослый динозавр отрыгивал пищу в рот молодого динозавра ( см. altricial ). Такое поведение наблюдается у многочисленных видов птиц; птицы-родители отрыгивают пищу в рот детеныша.
И птицы, и динозавры используют желудочные камни. Эти камни проглатываются животными, чтобы помочь пищеварению и расщепить пищу и твердые волокна, как только они попадают в желудок. Когда желудочные камни обнаруживаются вместе с окаменелостями , их называют гастролитами . [101] Желудочные камни также встречаются у некоторых рыб ( кефали , сельди и гиллару , разновидность форели) и у крокодилов.
В нескольких случаях было заявлено об извлечении ДНК и белков из окаменелостей мезозойских динозавров, что позволило провести сравнение с птицами. Несколько белков предположительно были обнаружены в окаменелостях динозавров, [102] включая гемоглобин . [103] В 2023 году было сообщено о бета-белковых структурах из перьев динозавра Sinornithosaurus и ранней птицы Confuciusornis . [104] Это подтверждает, что древние перья имели состав, аналогичный составу современных птиц. Сообщалось, что некоторые ископаемые перья имели состав, богатый альфа-белками, но эксперименты по окаменению показывают, что этот белковый состав является просто артефактом сохранения, потому что бета-слоистые белковые структуры легко трансформируются в альфа-спирали во время термического созревания. [104]
В выпуске журнала Science за март 2005 года доктор Мэри Хигби Швейцер и ее команда объявили об открытии гибкого материала, напоминающего настоящую мягкую ткань внутри кости ноги тираннозавра рекса возрастом 68 миллионов лет образца MOR 1125 из формации Хелл-Крик в Монтане . Семь типов коллагена , полученных из фрагментов кости, в сравнении с данными по коллагену живых птиц (в частности, курицы ), предполагают, что более старые тероподы и птицы тесно связаны. [105] Мягкая ткань позволила провести молекулярное сравнение клеточной анатомии и секвенирования белков коллагеновой ткани , опубликованное в 2007 году, оба из которых указали, что T. rex и птицы более тесно связаны друг с другом, чем любой из них с аллигатором . [106] [107] Второе молекулярное исследование надежно подтвердило связь птиц с динозаврами, хотя оно не поместило птиц в теропод, как ожидалось. В этом исследовании использовались восемь дополнительных последовательностей коллагена, извлеченных из бедренной кости «мумифицированного» образца Brachylophosaurus canadensis MOR 2598, гадрозавра . [108] Однако эти результаты были очень спорными. Никаких других пептидов мезозойского возраста не сообщалось. В 2008 году было высказано предположение, что предполагаемая мягкая ткань на самом деле была бактериальной микропленкой. [109] В ответ было высказано мнение, что эти самые микропленки защищали мягкую ткань. [110] Другое возражение состояло в том, что результаты могли быть вызваны загрязнением. [111] В 2015 году в более контролируемых условиях, защищающих от загрязнения, пептиды все же были идентифицированы. [112] В 2017 году исследование показало, что в кости современного страуса присутствовал пептид, идентичный пептиду, обнаруженному в образцах тираннозавра и брахилофозавра , что подчеркивает опасность перекрестного загрязнения. [113]
Успешное извлечение древней ДНК из окаменелостей динозавров было зафиксировано в двух отдельных случаях, но после дальнейшего изучения и экспертной оценки ни один из этих отчетов не был подтвержден. [114]
Споры о происхождении полета птиц почти так же стары, как и идея о том, что птицы произошли от динозавров , которая возникла вскоре после открытия археоптерикса в 1862 году. С тех пор в большинстве дискуссий доминировали две теории: бегущая («от земли вверх») теория предполагает, что птицы произошли от небольших быстрых хищников, которые бегали по земле; древесная («от деревьев вниз») теория предполагает, что мощный полет развился из безмоторного планирования древесных (лазающих по деревьям) животных. Более поздняя теория, «бег по наклонной плоскости с помощью крыльев» (WAIR), является вариантом бегущей теории и предполагает, что крылья развили свои аэродинамические функции в результате необходимости быстро бегать по очень крутым склонам, таким как деревья, что помогло бы небольшим пернатым динозаврам спасаться от хищников.
В марте 2018 года ученые сообщили, что археоптерикс , вероятно, был способен летать , но способом, существенно отличающимся от полета современных птиц . [115] [116]
Теория происхождения полета на основе бега была впервые предложена Сэмюэлем Уэнделлом Уиллистоном и развита бароном Нопцой . Эта гипотеза предполагает, что некоторые быстро бегающие животные с длинными хвостами использовали свои руки для сохранения равновесия во время бега. Современные версии этой теории во многих деталях отличаются от версии Уиллистона-Нопцой, в основном из-за открытий, сделанных после времен Нопцой.
Нопца предположил, что увеличение площади поверхности вытянутых рук могло помочь мелким бегущим хищникам сохранять равновесие, и что чешуя предплечий удлинилась, превратившись в перья. Перья также могли использоваться для ловли насекомых или другой добычи. Постепенно животные прыгали на большие расстояния, чему способствовали их развивающиеся крылья. Нопца также предложил три стадии эволюции полета. Во-первых, животные развили пассивный полет, в котором развивающиеся структуры крыльев служили своего рода парашютом . Во-вторых, они достигли активного полета, взмахивая крыльями. Он использовал археоптерикса в качестве примера этой второй стадии. Наконец, птицы обрели способность парить. [117]
Хотя некоторые авторы отвергали гомологию между перьями и чешуей из-за их различных белков , [118] недавние исследования предоставили доказательства того, что эти структуры имеют общее происхождение. [119] [120] Однако теория Нопчи предполагает, что перья эволюционировали как часть эволюции полета, и недавние открытия показывают, что перья эволюционировали за миллионы лет до полета. [119] [87]
Перья очень распространены у целурозавровых динозавров (включая раннего тираннозавроида Дилонга ). [121] Современные птицы классифицируются как целурозавры почти всеми палеонтологами, [122] хотя и не некоторыми орнитологами . [123] [124] [125] Современная версия гипотезы «с нуля» утверждает, что предками птиц были небольшие, пернатые, бегающие по земле хищные динозавры (скорее похожие на дорожных бегунов в их стиле охоты [126] ), которые использовали свои передние конечности для равновесия при преследовании добычи, и что передние конечности и перья позже эволюционировали таким образом, что обеспечивали планирование, а затем и мощный полет. Наиболее широко предполагаемые изначальные функции перьев включают теплоизоляцию и конкурентные демонстрации, как у современных птиц. [127] [128]
Все окаменелости археоптерикса происходят из морских отложений, и было высказано предположение, что крылья могли помогать птицам бегать по воде, подобно ящерице Иисус Христос ( обыкновенный василиск ). [129]
Последние возражения против гипотезы «от основания» пытаются опровергнуть предположение современной версии о том, что птицы — это модифицированные целурозавровые динозавры. Критика основана на эмбриологических анализах , которые предполагают, что крылья птиц образованы из пальцев 2, 3 и 4 (соответствующих указательному, среднему и безымянному пальцам у людей. Первый из трех пальцев птиц образует крылышко , которое они используют, чтобы избежать сваливания в полете на низкой скорости, например, при приземлении). Руки целурозавров, однако, образованы пальцами 1, 2 и 3 (большой и первые два пальца у людей). [58] Однако эти эмбриологические анализы были немедленно подвергнуты сомнению на эмбриологических основаниях, что «рука» часто развивается по-разному в кладах , которые потеряли некоторые пальцы в ходе своей эволюции, и что «руки» птиц действительно развиваются из пальцев 1, 2 и 3. [48] [130] [131] Более подробную информацию по этой теме см. в разделе «Гомология пальцев».
Фаулер и др . (2011) предложили модель, объясняющую, как дромеозавриды могли охотиться. Животное использовало свои крылья в качестве стабилизаторов, стоя на своей добыче и поедая ее живьем, как орел или ястреб. Авторы считают это важным дополнением к теме того, как развивались хлопающие движения, утверждая, что они, вероятно, предшествуют полету. [132]
Гипотеза бега по наклонной плоскости с помощью крыльев (WAIR) возникла в результате наблюдения за птенцами кеклика и предполагает, что крылья развили свои аэродинамические функции в результате необходимости быстро бегать по очень крутым склонам, таким как стволы деревьев, например, чтобы спастись от хищников. [133] Это делает ее специализированным типом бегущей («с земли вверх») теории. Обратите внимание, что в этом сценарии птицам нужна прижимная сила, чтобы обеспечить своим ногам лучшее сцепление. [134] [135] Но ранним птицам, включая археоптерикса , не хватало плечевого механизма , с помощью которого крылья современных птиц производят быстрые, мощные гребки вверх. Поскольку прижимная сила, от которой зависит WAIR, создается гребками вверх, похоже, что ранние птицы были неспособны к WAIR. [136] Поскольку WAIR является поведенческой чертой без остеологической специализации, филогенетическое размещение удара в полете до расхождения Neornithes , группы, которая включает всех современных птиц, делает невозможным определение того, является ли WAIR предком птичьего удара в полете или произошел от него. [137]
Большинство версий древесной гипотезы утверждают, что предками птиц были очень маленькие динозавры, которые жили на деревьях, перепрыгивая с ветки на ветку. У этого маленького динозавра уже были перья, которые были использованы эволюцией для создания более длинных, жестких форм, которые были полезны в аэродинамике, в конечном итоге создав крылья. Крылья затем эволюционировали и становились все более совершенными как устройства, дающие прыгуну больше контроля, парашютирования, планирования и полета поэтапным образом. Древесная гипотеза также отмечает, что для древесных животных аэродинамика гораздо более энергоэффективна, поскольку такие животные просто падают, чтобы достичь минимальной скорости планирования. [138] [139]
Несколько небольших динозавров из юрского или раннего мелового периода, все с перьями, были интерпретированы как, возможно, имеющие древесные и/или аэродинамические адаптации. К ним относятся Scansoriopteryx , Epidexipteryx , Microraptor , Pedopenna и Anchiornis . Anchiornis особенно важен для этой темы, так как он жил в начале поздней юры, задолго до Archaeopteryx . [140]
Анализ пропорций костей пальцев ног самых примитивных птиц Archaeopteryx и Confuciusornis по сравнению с таковыми у современных видов позволяет предположить, что ранние виды могли жить как на земле, так и на деревьях. [141]
Одно исследование показало, что самые ранние птицы и их непосредственные предки не лазали по деревьям. Это исследование определило, что степень искривления когтей на ногах ранних птиц больше похожа на ту, что наблюдается у современных птиц, питающихся на земле, чем у птиц, сидящих на насестах. [142]
Археоптерикс был первым и долгое время единственным известным пернатым животным мезозоя . В результате, обсуждение эволюции птиц и полета птиц было сосредоточено на археоптериксе по крайней мере до середины 1990-х годов.
Были споры о том, мог ли археоптерикс действительно летать. Похоже, что у археоптерикса были мозговые структуры и датчики равновесия внутреннего уха, которые птицы используют для управления своим полетом. [143] У археоптерикса также было расположение перьев крыльев, как у современных птиц, и такие же асимметричные маховые перья на крыльях и хвосте. Но у археоптерикса не было плечевого механизма, с помощью которого крылья современных птиц производят быстрые, мощные гребки вверх (см. схему выше шкива supracoracoideus); это может означать, что он и другие ранние птицы были неспособны к машущему полету и могли только планировать. [136]
Но открытие с начала 1990-х годов многих пернатых динозавров означает, что археоптерикс больше не является ключевой фигурой в эволюции полета птиц. Другие небольшие пернатые целурозавры из мелового и позднеюрского периодов демонстрируют возможных предшественников полета птиц. К ним относятся Rahonavis , бегун по земле с поднятым серповидным когтем, похожим на когти велоцираптора , на втором пальце ноги, который, по мнению некоторых палеонтологов, был лучше приспособлен к полету, чем археоптерикс [ 144], Scansoriopteryx , древесный динозавр, который может подтвердить теорию «с деревьев вниз» [145] и Microraptor , древесный динозавр, возможно, способный к механизированному полету, но, если так, больше похожий на биплан , так как у него были хорошо развиты перья на ногах. [146] Еще в 1915 году некоторые ученые утверждали, что эволюция полета птиц могла пройти через стадию четырехкрылых (или тетраптерикса ). [147] [148] Хартман и др . (2019) обнаружили, что из-за того, как базальные летающие паравианы филогенетически распределены, полет, скорее всего, эволюционировал среди паравиан пять раз, а не только один раз. Таким образом, Yi , Archaeopteryx , Rahonavis и Microraptor считались примерами конвергентной эволюции, а не предшественниками полета птиц. [149]
Гипотеза меньшинства, приписываемая книгам Хищные динозавры мира (1988) и Динозавры воздуха (2002) научного иллюстратора Грегори Пола , предполагает, что некоторые группы нелетающих плотоядных динозавров — особенно дейнонихозавры , но, возможно, и другие, такие как овирапторозавры , теризинозавры , альваресзавриды и орнитомимозавры — на самом деле произошли от птиц или других летающих манирапторов. Пол также предположил, что предки этих групп были более продвинуты в своих адаптациях к полету, чем археоптерикс . Гипотеза будет означать, что археоптерикс менее тесно связан с современными птицами, чем эти динозавры. [150] В 2016 году Пол предположил, что всеядные оптеригиды были тесно связаны с овирапторозаврами, а джехолорнитиды — с теризинозаврами; он не считал их птицами, но предположил, что у них был общий летающий предок. [151]
Mayr et al. (2005) проанализировали новый, десятый образец Archaeopteryx и пришли к выводу, что Archaeopteryx был сестринским кладом Deinonychosauria, но что более продвинутая птица Confuciusornis была в пределах Dromaeosauridae. [152] Однако эта статья исключила всех других птиц и, таким образом, не отобрала их распределение признаков. Статья была раскритикована Corfe и Butler (2006), которые обнаружили, что авторы не смогли подтвердить свои выводы статистически. Mayr et al. согласились, что статистическая поддержка более ранней статьи авторов была слабой, но заявили, что она также слаба для альтернативных сценариев. [153]
Большинство последующих кладистических анализов , за исключением анализа Хартмана и коллег (2019), [149] не поддерживают гипотезу Пола о положении археоптерикса . Вместо этого они указывают, что археоптерикс ближе к птицам, в пределах клады Avialae , чем к дейнонихозаврам или овирапторозаврам. Microraptor , Pedopenna и Anchiornis имеют крылатые ноги, имеют много общих черт и лежат близко к основанию клады Paraves . Это говорит о том, что предковый паравиан мог быть четырехкрылым планером. [2] Дейноних также может демонстрировать частичную летательность, при этом молодые особи способны летать или планировать, а взрослые особи нелетающие. [154] В 2018 году исследование пришло к выводу, что последний общий предок Pennaraptora имел суставные поверхности на пальцах, а также между плюсной и запястьем, которые были оптимизированы для стабилизации руки в полете. Это рассматривалось как указание на вторичную неспособность летать у тяжелых базальных членов этой группы. [155]
Среди Euornithes самым ранним недвусмысленным примером вторичной нелетающей способности является Patagopteryx . [156]
{{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )- полный текст в настоящее время доступен онлайн на странице "The Furcula in Suchomimus Tenerensis and Tyrannosaurus rex". 2007-11-11. Архивировано из оригинала 2011-05-22 . Получено 2008-04-17 .В нем перечислено большое количество теропод, у которых были обнаружены вилочки, а также описаны вилочки у Suchomimus Tenerensis и Tyrannosaurus rex .{{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite book}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )