Берндт Хайнрих - Зима: Секреты выживания растений и животных в самое суровое время года

В научной литературе уже давно идет дискуссия об эндотермии динозавров и эволюции птичьего полета. Исходно доводы в ней ограничивались системой несколько упрощающих картину предположений: динозавры – «рептилии», а у современных рептилий нет теплоизоляции, соответственно, предполагалось, что динозавры были холоднокровными. Все были шокированы, когда в 1861 году, всего через два года после выхода «Происхождения видов путем естественного отбора» Чарльза Дарвина, рабочие в известняковом карьере на юге Баварии обнаружили ископаемое, которое, очевидно, было маленьким динозавром с зубами и длинным хвостом, но одновременно было и птицей, потому что в известняке ниже слоя мелового периода прекрасно сохранились отпечатки перьев возрастом 150 млн лет. Археоптерикс, «древняя птица», как назвали это существо, был и остается самой древней ископаемой птицей, которую когда-либо находили. Перья на передних конечностях у него крупные , так что, вероятно, он был способен по крайней мере на какое-то подобие полета. Но что было до этих перьев? Если они образовались из теплоизолирующего материала, то даже более древние птицы, чем археоптерикс, были эндотермными (к сожалению, все ископаемые останки птиц, которые находили впоследствии, были моложе, и перья, которые могли бы послужить «недостающим звеном», чтобы ответить на этот вопрос, так и не нашли).

Однако в 1990-х годах в отложениях вулканического пепла в китайской провинции Ляонин обнаружили впечатляющие останки птиц возраста от 124 до 147 млн лет. Они не позволяли выстроить линию прямого родства, но приоткрыли завесу эволюции перьев (хотя по этим останкам и не всегда можно датировать возможное развитие эволюционных отношений между птицей и динозавром или найти места ветвления в них). У одной из первых обнаруженных в Ляонине протоптиц, конфуциосорниса, были такие же перья, как у современных птиц, и она была к ним еще ближе, чем археоптерикс. Однако в 1996 году в тех же отложениях нашли маленького двуногого тероподового динозавра, которого назвали синозавроптериксом. Как и у его родственника, велоцираптора, у синозавроптерикса были острые зубы и когти и длинный хвост. Это был хищник с задними конечностями, приспособленными для быстрого бега. Но важнее, что на теле животного, не относящегося к птицам, были похожие на перья образования – об этом говорили четкие отпечатки в мелком вулканическом пепле, где прекрасно сохранились его останки. Отметим особо, что перья на передних конечностях ископаемого были совершенно непригодны для полета. Таким образом, скорее всего, перья этой примитивной протоптицы для полета не использовались вообще. Следовательно, синозавроптерикс (и другие обнаруженные позже динозавры с подобными перьевыми образованиями) дает веские основания предполагать, что маховые перья образовались из средства теплоизоляции. Большой вопрос состоит в том, как пуховая теплоизоляция может превратиться в перья для полета ? Нельзя сказать, что я много об этом размышлял, но однажды ночью в начале марта 2002 года, когда я слушал, как дождь стучит по крыше моего лесного домика в Мэне, а сам домик качало ветром, у меня откуда ни возьмись возникла идея, которую я и изложу здесь.

Зима уже была теплой – по меркам Мэна: в эту ночь стояла температура всего на градус или два выше нуля. Так что вместо метели лил дождь. Ботинки за день в лесу у меня отсырели, и ноги все еще не согрелись. От мокрых ног мои мысли перешли к рассказу Джека Лондона, где новичок-чечако погиб, потому что промочил ноги. Внезапно банальная и очевидная мысль наполнилась смыслом: теплоизоляция королька творит чудеса, но, если птицу намочить, она окажется все равно что голой. Вот почему лучше попасть в метель при отрицательной температуре, чем под холодный дождь. Дождь холодный почти всегда и теоретически может убить. Особенно тяжелое испытание он несет для маленькой эндотермной птицы, потому что чем более пушистая (то есть в целом лучшая) у нее теплоизоляция, тем скорее она превратится в губку, которая высосет из тела все тепло и жизнь (насекомые просто охлаждаются, для них теплоизоляция не важна). Необходимость переносить зимние условия и выживать должна была оказывать большое давление в эволюции птиц, когда те стали полностью или почти полностью эндотермными. Как птицы развивались, чтобы справиться с этой задачей? Что, если они стали использовать для этого маховые перья? Совпадение ли, что птенцы рябчика в Мэне выживают, только если до того момента, как они смогут летать, не будет идти дождь?

Крыло действует как «плащ», защищая теплоизолирующий пух

На некоторых ископаемых нелетающих динозаврах можно видеть пучки похожих на перья образований на передних конечностях, причем эти перья расположены близко друг к другу и образуют регулярные плоские структуры. Они крепятся к задней поверхности локтевой кости, а не по всему телу. Однако эти уже видоизмененные перья никак не могли использоваться для полета, потому что их длина составляла всего 5–7 сантиметров. Может быть, животные использовали их иначе, аналогично тому, как однажды на моих глазах современные двуногие пешие туристы применяли банановые листья, во время ходьбы под тропическим дождем закрывая ими спину, чтобы стекала вода? Могли ли такие длинные плоские перья служить защитой от дождя, чтобы сохранялись теплоизоляционные свойства нижнего слоя оперения? Можно ли перья, которые сейчас нужны для полета, в следующий момент использовать, чтобы отводить со спины воду? Могут ли маховые перья работать как тростниковая крыша, чтобы вода стекала по плотно и ровно уложенным бородкам?

Фундаментально задача сводится к тому, чтобы найти несколько вероятных функций пера, которые могли бы связывать исходную и результирующую операции. Отправной точкой такого перехода в эволюции полета у птиц выступают пухообразные теплоизолирующие перья, которые появились у эндотермного похожего на динозавра существа и, утратив часть изолирующих свойств, оказались еще полезнее (поскольку теперь были более длинными и плоскими) задолго до того, как их стало можно использовать для полета. Ученые предлагали ряд идей о возможных функциях жестких, плоских, удлиненных перьев на передних конечностях. В том числе, что такие перья на крыльях могли использоваться как пальцы, чтобы ловить добычу, могли усиливать сигналы в период размножения, повышать скорость или маневренность бега и помогать животному залезать на деревья, скрываясь от хищников.