Конкурс «Био/Мол/Текст»-2023/2024

Эта работа опубликована в номинации «Свободная тема» конкурса «Био/Мол/Текст»-2023/2024.

Генеральный партнер конкурса — международная инновационная биотехнологическая компания BIOCAD.

---

Партнер номинации — компания SkyGen: передовой дистрибьютор продукции для life science на российском рынке.

---

«Книжный» спонсор конкурса — «Альпина нон-фикшн»

Пушистые гиганты

Что больше всего бросается в глаза: динозавры обросли перьями. Впервые о том, что у мелких динозавров могут быть перья, заговорили в 1970-х годах. Незадолго до этого американский ученый Джон Остром описал скелет быстрого хищника дейнониха и обратил внимание, что его скелет очень уж похож на давно известную древнюю птицу археоптерикса (рис. 1) [1]. По сути, скелет дейнониха — это увеличенный скелет археоптерикса. Но археоптерикс щеголял полноценным оперением, как современные птицы. Может, тогда и дейноних был с перьями?

За это предположение ухватился ученик Острома — Роберт Бэккер. В 1975 году он написал статью «Ренессанс динозавров», в которой рассмотрел строение костей динозавров, сравнил их скелеты с птицами, проанализировал соотношение хищников и жертв [2]. И на основании этих данных предложил новый облик динозавров. Из неуклюжих, волочащих хвосты по земле чудищ они превратились в быстрых и активных теплокровных животных. И да, у них были перья. Не у всех, конечно, а в основном у хищных динозавров.

В дальнейшем пернатые динозавры появились в научно-популярной книге Бэккера «Ереси о динозаврах» (Dinosaur Heresies) [3], а потом и в книге его коллеги Грегори Пола «Хищные динозавры мира» (Predatory Dinosaurs of the World) [4]. Обе книги стали страшно популярными на Западе и надолго определили облик динозавров. Так, бегающий со скоростью джипа тираннозавр прибежал в «Парк юрского периода» именно из книги Грегори Пола.

Но перья пока что оставались предположением — весьма вероятным и хорошо обоснованным, но все же предположением. В научный факт они превратились в 1996 году, когда в Китае описали небольшого динозавра под названием синозавроптерикс (рис. 2) [5]. Его отпечаток сохранился настолько хорошо, что были явственно видны перья на спине и конечностях.

Конечно, перья синозавроптерикса не такие, как у голубя или вороны. Они скорее походят на перья страуса эму и внешне напоминают волосы или щетину. Но это перья. После 1996 года находки пернатых динозавров посыпались как из рога изобилия [6], [7]. Перья находили у летающих и нелетающих видов, у мелких и не очень. Крупнейший из оперенных динозавров — родственник ти-рекса ютиранн [8] — был 7 метров в длину и весил около полутора тонн! А вот так, по современным представлениям, выглядел дейноних, ставший прототипов «велоцирапторов» из «Парка юрского периода»:

Почему же в «Мире юрского периода» динозавры без перьев? В основном потому, что создатели фильма решили придерживаться «классического» облика динозавров, чтобы сохранить единообразие всей серии. И если во времена первого «Парка» авторов сдерживали технические ограничения (реалистичные перья сложнее смоделировать, чем кожу), то во второй трилогии это было осознанное решение. Решение спорное, и изменили его лишь к третьему «Миру юрского периода».

Птицы — динозавры

Прекрасно, что оперенные динозавры перешли из области теорий и предположений в зону строгих фактов. Но наука — это не только и не столько накопление фактов. Ученым интересны процессы: эволюция, взаимосвязи, тенденции. Не просто «у каких динозавров были перья», но почему именно у этих? А как они связаны между собой? И когда нашли перья у динозавров, то взоры ученых закономерно обратились к другим пернатым животным — птицам. Получается, они тоже связаны с динозаврами. Но как?

Если у двух групп животных есть перья, то возможны три варианта: либо перья появились у обеих групп независимо, либо перья появились у общего предка обеих групп, либо одна группа произошла от другой. Насчет происхождения птиц в разное время высказывались разные варианты.

Но к моменту обнаружения перьев оказалось, что все «исконно птичьи» черты уже были у того или иного динозавра. Важно отметить, что они были не у одного и того же динозавра. Например, у овирапторозавров были перья и клюв, у другого — облегченные кости, у третьего еще что-то... В юрском периоде происходил процесс так называемой «орнитизации» или «оптичивания». Природа словно экспериментировала, пытаясь создать летающее существо из небольшого двуногого динозавра.

Порой ее эксперименты приводили к забавным результатам. Например, в 2000 году был описан микрораптор — небольшой оперенный динозавр [9]. К тому времени сами по себе перья уже никого не удивляли. Но у микрораптора длинные «летательные» перья были и на передних, и на задних лапах. То есть он был четырехкрылым.

Еще один эксперимент природы — группа небольших летающих динозавров с длинным названием скансориоптеригиды. Название группы длинное, но один из ее представителей называется совсем коротко: и. Да, всего одна буква. Если брать с видовым названием, то три: и ци (Yi qi) [10]. Это небольшой оперенный динозавр. Ничего особенного, под такое описание подходят десятки видов. Вот только скансориоптеригиды летали (или скорее планировали с ветки на ветку [11]) не за счет перьев. Из запястья у них торчала особая кость — шпора, к которой крепилась летательная перепонка, как у белок-летяг (рис. 5).

Двуногость, облегченный скелет [11], сросшиеся ключицы [12], высокоэффективное «двойное дыхание» [13], особое строение запястья [14], которое позволяет птицам компактно складывать крылья — все это впервые появилось у динозавров [15]. Да что строение тела! Некоторые виды поведения тоже появились еще в мезозойскую эру. Например, одного динозавра нашли в гнезде, на яйцах [16], в позе наседки. Самка крыльями прикрывала яйца от непогоды — и ее засыпало песком во время песчаной бури.

Развитие кладистической систематики позволило лучше прояснить связи между группами животных и привело к интересным выводам. К примеру, оказалось, что киты произошли от наземных животных, и их ближайшие родственники — парнокопытные. Теперь их объединили в одну группу [17], которая так и называется — китопарнокопытные. А птицы оказались не отдельным классом живых существ, а одной из групп хищных динозавров [18]. Не просто потомками динозавров, а самыми настоящими динозаврами.

Иногда мезозойскую эру называют эпохой динозавров, а кайнозойскую — эпохой млекопитающих. Но если учесть, что млекопитающих на Земле примерно 6500 видов, а птиц больше 11 000, то можно сказать, что эпоха динозавров все еще продолжается.

«Откуда вы знаете, какого они цвета?»

Долгое время цвет динозавров оставался на совести художника. А художники давали волю воображению. Да, какие-то общие принципы можно вывести логически. Например, если динозавр жил в лесу, то, скорее всего, был зеленым, а если охотился из засады, то вряд ли был ярко окрашен. Зато всевозможные эффектные выросты, например, воротники рогатых динозавров или гребни утконосых, наверняка были нужны для брачных игр и были яркими и цветастыми. Но проверить эти рассуждения было нельзя. Все изменилось в 2008 году, когда датский ученый Якоб Винтер нашел способ узнать цвет динозавра.

Винтер изучал окаменелости под микроскопом и сумел рассмотреть микроскопические органеллы — меланосомы [19]. У современных животных в меланосомах содержатся пигменты. В окаменелостях сами пигменты не сохранились, но оказалось, что цвет тесно связан с формой меланосом. В вытянутых меланосомах хранился черный пигмент, в округлых — рыжий и т. п. В последующие годы метод Винтера применили к нескольким динозаврам и впервые в истории вычислили их цвет. Так, например, уже упомянутый микрораптор был иссиня-черным, с металлическим отливом, как ворон [20]. Так что приведенная выше иллюстрация настолько достоверна, насколько это возможно.

А еще один пернатый динозавр — цайхун (Caihong juji) — и вовсе переливался всеми цветами радуги, как райская птица (рис. 6).

Любопытные результаты дало исследование цвета бронированного динозавра бореалопельты [21]. Многие животные, особенно небольшие, окрашены так, чтобы сливаться с окружением. Если животное живет в лесу, оно маскируется под цвет листвы; если на равнине, то его брюхо обычно светлее, чем спина, чтобы скомпенсировать разницу в цвете между освещенной спиной и «затененным» брюхом. Это называется покровительственной окраской, и нужно для одной цели: чтобы не заметили хищники. Нюанс в том, что начиная с массы примерно в 1000 кг покровительственная окраска пропадает. Животное просто становится таким большим, что хищники ему уже не страшны. Но это в современном мире.

Бореалопельта же весила 1300 килограммов, щеголяла внушительными шипами на спине, шее и плечах и при этом носила защитную окраску. Так что можно с уверенностью сказать, что рядом с ней жили хищники, которым ничего не стоило расправиться с почти полуторатонным бронированным ящером (рис. 7) [21].

Конечно, метод Винтера не универсален. Для него нужна очень высокая сохранность находок, должны сохраниться перья или кожа. А многие динозавры, особенно гиганты-завроподы [22], часто сохраняются в виде отдельных костей, например позвонков. В такой ситуации о цвете остается только гадать.

Дейнохейр: исполинские руки

Но не цветом единым. По мере новых находок палеонтологи постепенно уточняют облик самых разных динозавров. Тут стоит отметить, что красивые скелеты, которые стоят в музеях — это почти всегда компиляция из нескольких разных особей. Полные скелеты попадаются чрезвычайно редко, и большая часть динозавров описана всего по нескольким костям (рис. 8) [23].

Другое дело, что палеонтологи накопили такой массив данных, что даже пары костей бывает достаточно, чтобы понять, от какого они динозавра. Или, если это новый вид, то к какому семейству он относился, на кого был похож. В таких случаях облик восстанавливают по аналогии с родственными видами, пропорционально увеличивая или уменьшая размеры. Разумеется, с поправкой на то, что крупные животные обычно более массивны, а мелкие — более стройные и изящные. Ну а когда находят новые кости, облик животного уточняют. Разумеется, изначальные предположения не всегда оказываются верными, и об истории таких догадок и уточнений можно написать отдельную статью.

Приведем пару примеров. Пожалуй, самый показательный — это дейнохейр. В 1965 году от него нашли передние лапы почти трехметровой длины [24]. Почти полные, от когтей до лопаток, но только передние лапы — и все. Собственно, дейнохейр так и переводится: «ужаснорукий».

На лапах были внушительные когти, и поначалу ученые предположили, что это лапы хищника. Но у крупных хищников мезозоя пропорции примерно одинаковые: большая голова, крупные задние ноги, длинный хвост и коротенькие передние лапки. Если масштабировать «ручки» до 2,5 метров, то сам динозавр получился бы совсем уж неправдоподобных размеров. Изучив лапы поподробнее, ученые решили, что их владелец относился к орнитомимозаврам — страусоподобным динозаврам. Стая галлимимов из этого же семейства убегает от ти-рекса в первом «Парке юрского периода». Примерно так и изображали дейнохейра до 2014 года — как этакого галлимима-переростка. А потом нашелся полный скелет.

Как шутили в интернете, мы так долго не находили полный скелет дейнохейра, потому что человечество было еще не готово. Его описали уже после находок оперенных динозавров, четырекрылых летунов и перепончатокрылых и ци, но дейнохейр не подкачал: 11-метровое 7-тонное чудовище с клювом пеликана, веером из перьев на кончике хвоста и то ли горбом, то ли гребнем на спине (рис. 9) [25].

Смена экологических ниш

Но и без новых находок, вдумчивая работа с базами данных приносит неожиданные плоды, даже если речь идет о, казалось бы, хорошо изученных динозаврах. Взять всем известного тираннозавра рекса. У него найдено несколько десятков скелетов разной сохранности и разного возраста. Его интенсивно изучают уже больше ста лет, и для современных исследователей он стал этаким модельным организмом: все новые теории в первую очередь тестируют на нем. Он изучен лучше, чем многие современные животные! Но и о нем до сих пор можно узнать что-то новое.

Например, изучение экосистемы, в которой жил тираннозавр, выявило нечто странное [26]. Вспомним современную Африку: там мелкие хищники едят червячков и насекомых, чуть более крупные — мышей, потом идут лисы, гиены, гепарды и так далее вплоть до львов. Каждый занимается своим делом или, как говорят биологи, занимает свою экологическую нишу. А там, где жил тираннозавр, были либо совсем мелкие хищники, либо тираннозавры. Хищников среднего размера не было вовсе. Куда же они все подевались?

В 2021 году вышла статья с объяснением [26]. Хищники среднего размера в то время все-таки были. И были это... молодые тираннозавры. Мы их почти не находим, потому что они вырастали и превращались во взрослых. Обратим внимание, что все динозавры, какими бы гигантами они ни были, откладывали яйца довольно скромных размеров (не больше футбольного мяча). Дело тут в законах физики. Если яйцо будет слишком большое, скажем, метрового диаметра, то при той же толщине скорлупы оно схлопнется под собственным весом. А если скорлупа станет пропорционально толще, то она не будет пропускать воздух, и зародыш внутри задохнется. Вот и получается, что даже у многотонных динозавров детеныши были размером с кошку или чихуа-хуа. И им предстояло вырасти в гигантских хищников.

Оказалось, что по ходу роста детеныши тираннозавров не прятались или убегали от хищников среднего размера, а наоборот, сами вытеснили этих хищников. Не секрет, что взрослый тираннозавр рекс — это страшный хищник (не падальщик!) и гроза своей экосистемы. Интересно, что такими были не только взрослые особи, но и молодняк.

Новорожденный тираннозавр рекс мог выглядеть так:

Заключение

Самые «свежие» динозавры, открытые на момент написания статьи — это два «купологоловых» ящера из рода сферотол (Sphaerotholus lyonsi и S. triregnum). Их описали в ноябре 2023 года [27]. Когда статья выйдет в свет, наверняка опишут еще кого-то. Динозавров ищут и находят в Китае и России, Америке и Антарктиде. С каждым годом мы узнаем все больше. Удается выяснить даже то, что еще недавно казалось немыслимым, например, цвет. Вряд ли нас ждут по-настоящему радикальные преображения. Динозавры уже никогда не будут волочить хвосты по земле, как считалось в начале XX века, а велоцираптор не лишится перьев. Но впереди нас точно ждет немало захватывающих открытий.

Золотой век палеонтологии продолжается.

Литература

1. John H. Ostrom Osteology of Deinonychus antirrhopus, an Unusual Theropod from the Lower Cretaceous of Montana — Yale University Press, 2019;
2. Robert T. Bakker. (1975). Dinosaur Renaissance. Sci Am. 232, 58-79;
3. Bakker R. The Dinosaur Heresies: New Theories Unlocking the Mystery of the Dinosaurs and Their Extinction. Zebra, 1996. — 481 p.;
4. Paul G. Predatory dinosaurs of the world : a complete illustrated guide. New York : Simon and Schuster, 1988. — 472 p.;
5. Ji Q., Ji S. A. (1996). On the discovery of the earliest fossil bird in China (Sinosauropteryx gen. nov.) and the origin of birds. Chinese Geology. — 233, 1–4;
6. Ji Qiang, Philip J. Currie, Mark A. Norell, Ji Shu-An. (1998). Two feathered dinosaurs from northeastern China. Nature. 393, 753-761;
7. Xing Xu, Zhi-lu Tang, Xiao-lin Wang. (1999). A therizinosauroid dinosaur with integumentary structures from China. Nature. 399, 350-354;
8. Xing Xu, Kebai Wang, Ke Zhang, Qingyu Ma, Lida Xing, et. al.. (2012). A gigantic feathered dinosaur from the Lower Cretaceous of China. Nature. 484, 92-95;
9. Xing Xu, Zhonghe Zhou, Xiaolin Wang. (2000). The smallest known non-avian theropod dinosaur. Nature. 408, 705-708;
10. Xing Xu, Xiaoting Zheng, Corwin Sullivan, Xiaoli Wang, Lida Xing, et. al.. (2015). A bizarre Jurassic maniraptoran theropod with preserved evidence of membranous wings. Nature. 521, 70-73;
11. T. Alexander Dececchi, Arindam Roy, Michael Pittman, Thomas G. Kaye, Xing Xu, et. al.. (2020). Aerodynamics Show Membrane-Winged Theropods Were a Poor Gliding Dead-end. iScience. 23, 101574;
12. Harold Bryant, Anthony Russell. (1993). The occurrence of clavicles within Dinosauria: Implications for the homology of the avian furcula and the utility of negative evidence. J. of Vertebrate Paleontology. 13, 171-184;
13. Jonathan R Codd, Phillip L Manning, Mark A Norell, Steven F Perry. (2008). Avian-like breathing mechanics in maniraptoran dinosaurs. Proc. R. Soc. B.. 275, 157-161;
14. João Francisco Botelho, Luis Ossa-Fuentes, Sergio Soto-Acuña, Daniel Smith-Paredes, Daniel Nuñez-León, et. al.. (2014). New Developmental Evidence Clarifies the Evolution of Wrist Bones in the Dinosaur–Bird Transition. PLoS Biol. 12, e1001957;
15. Stephen L. Brusatte, Graeme T. Lloyd, Steve C. Wang, Mark A. Norell. (2014). Gradual Assembly of Avian Body Plan Culminated in Rapid Rates of Evolution across the Dinosaur-Bird Transition. Current Biology. 24, 2386-2392;
16. Mark A. Norell, James M. Clark, Luis M. Chiappe, Demberelyin Dashzeveg. (1996). Erratum: A nesting dinosaur. Nature. 379, 186-186;
17. D Graur, D G Higgins. (1994). Molecular evidence for the inclusion of cetaceans within the order Artiodactyla.. Molecular Biology and Evolution;
18. Phil Senter. (2007). A new look at the phylogeny of coelurosauria (Dlnosauria: Theropoda). Journal of Systematic Palaeontology. 5, 429-463;
19. Jakob Vinther, Derek E.G Briggs, Richard O Prum, Vinodkumar Saranathan. (2008). The colour of fossil feathers. Biol. Lett.. 4, 522-525;
20. Quanguo Li, Ke-Qin Gao, Qingjin Meng, Julia A. Clarke, Matthew D. Shawkey, et. al.. (2012). Reconstruction of Microraptor and the Evolution of Iridescent Plumage. Science. 335, 1215-1219;
21. Caleb M. Brown, Donald M. Henderson, Jakob Vinther, Ian Fletcher, Ainara Sistiaga, et. al.. (2017). An Exceptionally Preserved Three-Dimensional Armored Dinosaur Reveals Insights into Coloration and Cretaceous Predator-Prey Dynamics. Current Biology. 27, 2514-2521.e3;
22. Mannion P. D., Upchurch P. (2010). Completeness metrics and the quality of the sauropodomorph fossil record through geological and historical time. Paleobiology. — 36, 283–302;
23. Lindsay E. Zanno, Ryan T. Tucker, Aurore Canoville, Haviv M. Avrahami, Terry A. Gates, Peter J. Makovicky. (2019). Diminutive fleet-footed tyrannosauroid narrows the 70-million-year gap in the North American fossil record. Commun Biol. 2;
24. Kielan-Jaworowska Z., Dovchin N. (1968). Narrative of the Polish–Mongolian Palaeontological Expeditions 1963–1965. Palaeontologia Polonica. — 19,7–32;
25. Yuong-Nam Lee, Rinchen Barsbold, Philip J. Currie, Yoshitsugu Kobayashi, Hang-Jae Lee, et. al.. (2014). Resolving the long-standing enigmas of a giant ornithomimosaur Deinocheirus mirificus. Nature. 515, 257-260;
26. Katlin Schroeder, S. Kathleen Lyons, Felisa A. Smith. (2021). The influence of juvenile dinosaurs on community structure and diversity. Science. 371, 941-944;
27. D. Cary Woodruff, Ryan K. Schott, David C. Evans. (2023). Two new species of small‐bodied pachycephalosaurine (Dinosauria, Marginocephalia) from the uppermost Cretaceous of North America suggest hidden diversity in well‐sampled formations. Papers in Palaeontology. 9.