Ричард Прам - Эволюция красоты. Как дарвиновская теория полового отбора объясняет животный мир – и нас самих

Меланиновые пигменты, окрашивающие перья птиц, синтезируются в особых клетках – меланоцитах и содержатся в них в виде крохотных, окруженных мембраной органелл, которые называются меланосомами. У птиц меланоциты транспортируют готовые меланосомы в клетки перьев по мере их развития – точно так же, как это происходит с пигментацией волос у человека. Когда особые клетки – кератиноциты, образующие перо, полностью созревают, меланосомы вмуровываются в твердый белок бета-каротин, обеспечивая окраску пера. Меланины – очень древние пигменты, которые присутствуют почти у всех животных. Они разнообразны по химической структуре: например, черная окраска оперения американского ворона [143]( Corvus brachyrhynchos ) и черных волос у человека создается молекулами эумеланина, а рыжевато-коричневая окраска перьев лесного дрозда ( Hylocichla mustelina ) и рыжих волос у человека обеспечивается несколько отличными молекулами феомеланина.

Палеонтологи изучают ископаемые перья с применением электронной микроскопии с начала 1980-х годов. И они наблюдали в них подобные цилиндрические объекты и даже смогли подтвердить, что те образованы углеродсодержащими органическими молекулами, которые химически отличаются от окружающей их геологической породы. Но поскольку палеонтологи в основном сосредоточены на изучении костей, они, как правило, не уделяют большого внимания клеточной биологии. Поэтому, исходя из формы и размеров обнаруженных объектов, они решили, что это ископаемые бактерии , размножившиеся на тканях перьев в процессе их фоссилизации. Палеонтологов очень живо интересуют специфические механизмы фоссилизации разных объектов, потому они отнеслись к этой находке как к очень важному открытию. Хотя на самом деле данная гипотеза не очень правдоподобна. Например, в чем причина того, что бактерии чаще сохраняются в ископаемых организмах, питаясь сухими, твердыми перьями, которые почти не перевариваются, и при этом их никогда не находят в исходно сочных, аппетитных остатках разлагающихся тел? Как бы то ни было, «бактериальная» гипотеза мгновенно стала в палеонтологии признанным фактом, и открытие Джейкоба дало очень вдохновляющую возможность пошатнуть эту догму.

Чтобы проверить, чем именно являются найденные в перьях микроскопические структуры – бактериями или меланосомами, нам нужен был бесспорный пример ископаемого пера с сохранившимся меланиновым рисунком. К счастью, Дерек Бриггс, обладающий энциклопедическими знаниями обо всех ископаемых находках исключительной сохранности в музеях мира, вспомнил о великолепном полосатом ископаемом пере возрастом 108 миллионов лет из формации Крато в Бразилии, которое хранилось в коллекции геологического музея в Лейстере. Этот экземпляр известен тем, что на нем видны удивительно тонкие детали строения пера, включая мельчайшие волокна бородок опахала. Кроме того, расцветка данного пера демонстрирует явные признаки естественной пигментации, которые никак нельзя перепутать с ископаемыми бактериями.

С помощью электронного микроскопа мы удостоверились, что черные полосы [144]на пере в изобилии содержат крохотные «колбаски» длиной в несколько микрон и толщиной примерно в сто-двести нанометров, которые чрезвычайно похожи на эумеланосомы в перьях современных птиц. Напротив, белые полоски ископаемого пера были абсолютно лишены каких-либо подобных структур. Очевидно, наиболее естественное объяснение этого факта заключалось в том, что микроскопические «колбаски» есть не что иное, как сохранившиеся в фоссилизированных тканях пера меланосомы. Каким-то образом в определенных условиях исходная структура меланосом может прекрасно консервироваться в ископаемом состоянии, сохраняя признаки окраски вымерших животных на сотни миллионов лет.

Наше открытие ископаемых меланосом положило начало целому новому поколению исследований окраски ископаемых позвоночных, включая их перья, волосы, кожу, чешуи, когти и даже сетчатку глаза. Разумеется, наиболее захватывающий вопрос, который тут же встает перед новой областью палеонтологии, касается динозавров . Какой была их окраска? После нашего открытия этот вопрос из области научной фантастики переходит в область вполне возможных научных исследований. Впервые перьевой покров возник [145]в эволюционной линии плотоядных двуногих тероподных динозавров задолго до появления птиц и задолго до того, как потомки динозавров научились летать. Нам удалось показать, что в принципе меланиновая окраска оперения нептичьих динозавров вполне подлежит достоверной реконструкции. Действительно, ископаемое полосатое перо из Бразилии достаточно древнее, и оно могло принадлежать кому-либо из этих динозавров! Все, что нужно для такой реконструкции, – это крохотные образцы ископаемых динозавровых перьев, которые можно было бы подвергнуть электронной микроскопии. Пернатые динозавры, чьи остатки чаще всего извлекают из позднеюрских и раннемеловых отложений в провинции Ляонин на северо-востоке Китая, принадлежат к числу наиболее поразительных и революционных палеонтологических открытий минувшего столетия. Однако реконструкция их прижизненной окраски могла бы поднять интерес к ним на совершенно новый уровень!

Меланиновая пигментация ископаемых перьев и перьев современных птиц: a – ископаемое перо из раннемеловых отложений формации Крато, Бразилия, с четкими темными и светлыми полосами; б – в темных полосах видны меланосомы; в – в светлых полосах виден только скелет породы; г – меланосомы в пере современной птицы, красноплечего черного трупиала ( Agelaius phoeniceus ), почти идентичны по форме меланосомам из ископаемого пера. Масштабные линейки: a – 3 мм, вставка 1 мм; б – 1 микрон; в – 10 микрон; г – 1 микрон. Из Vinter et al. (2008)

Мы привлекли к этой работе большую команду специалистов и на следующий же год приступили к изучению позднеюрского экземпляра раптороподобного динозавра Anchiornis huxleyi [146]из формации Ляонин в Северо-Восточном Китае, хранящегося в Пекинском музее естественной истории. Анхиорнис – это небольшой двуногий теропод с длинным костным хвостом, мелкими зубами и длинными перьями, образующими нечто вроде крыльев на передних и задних конечностях. Таким образом, анхиорнис принадлежит к числу тех самых загадочных «четырехкрылых» динозавров, которые близки к рапторам (вроде велоцираптора Velociraptor , что гонялся за детьми по кухне в фильме «Парк юрского периода»), древнейшей ископаемой птице археоптериксу Archaeopteryx lithographica и предку всех современных птиц.