Древние перья: нельзя летать, можно планировать
Между палеонтологами долго велась дискуссия о том, могли ли летать первоптицы. Одни считали, что самая древняя найденная птица — археоптерикс (Archaeopteryx) — летать не могла, так как особенности ее скелета не позволяли таких мощных движений, как взмахи крыльев. Другие утверждали, что размер крыльев археоптерикса говорит о том, что птица могла летать. Однако теперь в этом споре, по всей видимости, поставлена точка: в последнем номере Science опубликованы результаты расчетов, согласно которым первоптицы были просто неспособны к полету: летать им не позволяла конструкция перьев. При взмахе крыльев перья сильно прогибались, подобно тому как прогибаются и выворачиваются спицы зонтика от слишком сильного ветра.
В палеонтологической летописи редко сохраняются так называемые промежуточные формы — виды, которые являются как бы мостиком от одной группы животных к другой, неся в себе одновременно признаки предков и стоящей на ступеньку выше группы. Однако с промежуточным звеном между пресмыкающимися и птицами нам повезло: археоптерикс (Archaeopteryx) является переходной формой от первых ко вторым. С одной стороны, это существо (величиной с ворону) напоминало пресмыкающихся, так как у него были зубы и длинный хвост, состоявший из 20 позвонков (у птиц в хвосте нет костей). С другой стороны, его передние конечности превратились в крылья, рудиментарные пальцы которых все еще несли когти, но уже имели и маховые перья. Да и все тело археоптерикса было покрыто перьями, как у современных птиц.
Археоптериксы жили приблизительно 145-150 миллионов лет назад, и их скелеты сохранились только благодаря уникальным условиям формирования зольнхофенских известняков на юге Германии. В те времена территория Германии находилась куда ближе к экватору, чем сейчас, и представляла собой острова в тропическом море. В лагунах вода быстро испарялась, и ее остатки превращались в крепкий соляной раствор. Именно этому процессу мы и обязаны тем, что несколько скелетов археоптерикса сохранились и дошли до наших дней, а не рассыпались под действием солнца, дождя и перепада температур, как это обычно происходит с костями на суше. К началу XXI века было известно о 10 находках археоптерикса, среди которых имелись и отпечатки перьев.
Эти находки, а также скелеты более поздней первоптицы — конфуциусорниса (Confuciusornis), жившей 120 миллионов лет назад, ученые тщательно измерили и затем на основании измерений произвели расчеты. Особое внимание в исследовании уделялось длине и диаметру стержней маховых перьев первого порядка — самых мощных перьев, которые располагаются на конце крыла. Даже если удалить все перья с крыльев, оставив лишь первые маховые, птица вполне сможет лететь, не теряя ни в скорости, ни в дистанции полета. Но если эти перья всего лишь немного укоротить, птица окажется совершенно неспособной к полету.
Когда перья археоптерикса сравнили с перьями современных птиц (для сравнения выбирались птицы, схожие по размеру с ископаемыми образцами), оказалось, что момент силы, способный вызывать деформацию маховых перьев, у современных птиц на порядок больше, чем у археоптерикса, и на два порядка больше, чем у конфуциусорниса. Другими словами, маховые перья первоптиц не могли выдержать той нагрузки, которую несут перья их потомков. Дальнейшие расчеты показали, что для того, чтобы такие перья выдержали условия полета, вес птиц должен был бы составлять не более 215 граммов (конфуциусорнис) и не более 188 граммов (археоптерикс). Но эти птицы должны были весить значительно больше (согласно реконструкциям 500 граммов и 276 граммов соответственно). Расчеты ученых показывают, что полет археоптерикса и других первоптиц был лишь планированием с верхушки кустарника на землю. Впрочем, птицам большего и не требовалось: в зольнхофенских известняках отсутствуют стволы деревьев; предполагается, что острова, где обитали птицы, были покрыты кустарником высотой до 3 метров.
Почему же так важно знать это наверняка? Дело в том, что перья и крылья появились задолго до того, как птицы научились летать. Собственно, перья были уже у динозавров. В то время они, по всей видимости, отвечали за терморегуляцию, защиту кожи от повреждений и намокания и маскировку. И лишь много позже перья эволюционировали в приспособления, обеспечивающие полет. Узнать о том, как работали перья у переходных (между динозаврами и птицами) форм — значит видеть эволюцию в действии, оказаться зрителем в ее лаборатории. А это, согласитесь, дорогого стоит.