Волков А. Археоптерикс: старая новая птица

Долгое время археоптерикс считался связующим звеном между динозаврами и птицами, а потому во всех школьных учебниках его называли «первоптицей». Однако в последние годы эти привычные взгляды подверглись решительному пересмотру.

Взлет и падение первоптицы

Когда в 1859 году Чарльз Дарвин, опубликовав свой основной труд «Происхождение видов путем естественного отбора», обнародовал собственную теорию эволюции, она немедленно подтвердилась. Подобные совпадения могли пригрезиться разве что сценаристу с «кинофабрики грез». В Баварии, в районе Зольнхофена, были обнаружены ископаемые останки существа, которое явилось из пыли... нет, не веков, а миллионолетий, чтобы иллюстрировать, как, согласно «новомодному учению Дарвина», один вид животных превращается в другой. Как в «неотесанном», будто колода, теле динозавра прорезается стройная птица.

Здесь, среди плиточных известняков Зольнхофена, как по заказу - приложением к публикации! - было найдено «недостающее звено»: полу- рептилия, полуптица. «Миссинг линк» - эта фраза известна теперь даже многим неспециалистам. Когда эволюция, словно та самая птица, перепархивает с одной ветви генеалогического древа на другую, меняя магистральную линию развития, она оставляет след: некую гибридную форму, совмещающую черты старого и нового. Выглядит так, будто ветви этого родового древа, прежде, чем навсегда разойтись, были какой-то клейкой паутиной временно стянуты друг с другом. Потом связь распалась. Ее обрывки зарылись в землю, стали палеонтологическим памятником - «стрелочным переводом» эволюции, которая, точно поезд, неслась по эпохам и эрам. Магистральные пути ее давно уже ясны, но «недостающие звенья» стрелок, связывавших эти пути, начали искать только с легкой руки Дарвина. И надо же! Не успела просохнуть типографская краска на страницах «Завета нигилистов», как первый missing link был найден в стране ученых педантов.

Археоптерикс, поистине, был зримым доказательством теории Дарвина. Человеку, который рассматривал эти ископаемые останки, не требовалось никакого специального образования, чтобы отыскать крылья и перья - непременные атрибуты птицы, чтобы, скользнув по ней еще раз взглядом, заметить непорядок, перепутанность частей: зубы, прорезанные по краю птичьего клюва, или же хвост, насаженный на длинный отросток позвоночника, как на штырь.

И не случайно археоптерикс вскоре стал «иконой» - священной реликвией прошлого, превратившийся в убедительный символ эволюционного процесса. Первая птица взяла под свое крыло еретическое учение британского проповедника. Приверженцы Дарвина восторженно встретили это открытие. Так, знаменитый биолог Томас Гексли, «бульдог Дарвина», отметил схожесть этой ископаемой птицы с динозаврами и первым предположил, что современные птицы ведут свое происхождение от этих давно вымерших животных. Сам же археоптерикс, сочетающий в себе черты тех и других, является как раз тем, в чем так нуждалась теория Дарвина, - «связующим звеном» между двумя классами животных, которые происходят один от другого.

Однако, как ни колоритна была находка, сделанная полтора века назад, она не стала окончательным словом в науке. Все потому, что сама первоптица никак не желала занимать положенного ей срединного места между тем и другим классами животных, а все норовила стать тем, кем ее не хотели видеть ученые, - ну, например, тупиковой формой динозавров. Итак, это было лишь начало истории, которая все еще далека от логического завершения.

Сегодня ученые не сомневаются в том, что птицы ведут свое происхождение от динозавров. Однако продолжаются споры о том, как протекало это превращение. Археоптерикс же. На эту старую птицу нам опять придется взглянуть по-новому.
Придется в который уже раз!

Ведь со временем ученые, снова и снова меняя классификации, эти научные средства передвижения по далекому прошлому, все-таки отвели археоптериксу место на запасном пути. Он стал считаться одной из боковых ветвей эволюции. Этаким зачахшим отростком на ветви Avialae - предков птиц, из числа которых позднее и проклюнулись первые подлинные птицы.

С этих пор особое положение археоптерикса - статус «первоптицы» - регулярно, с каждой новой, неожиданной находкой, подвергается заслуженным нападкам ученых. В самом деле, за последние двадцать лет палеонтологи обнаружили немало ископаемых останков динозавров, отчасти напоминающих птиц. Особенно много таких находок сделано в отложениях нижнего мелового периода на северо-востоке Китая. Так что, археоптерикс - вовсе не единственная переходная (мозаичная) форма, утерянная эволюцией на пути от пресмыкающихся к птицам.

В последние годы у ученых возникли даже обоснованные сомнения в том, что археоптерикс вообще состоит в родстве с современными птицами. Причиной такого низвержения стало открытие, сделанное в 2011 году в Китае. Там, в провинции Ляонин, были найдены останки пернатого динозавра, напоминавшего «первоптицу». Это навело на мысль, что и сам археоптерикс является таким вот пернатым хищным динозавром, так и недолетевшим до той ветки генеалогического древа, где вырастали птицы. Их развитие, вероятно, протекало совсем иным путем.

Анализ подтвердил, что археоптерикс, как и его «двойник» в мире ящеров, Xiaotingia zhengi, живший 155 миллионов лет назад, в некоторых отношениях (например, судя по характерным костным структурам) ближе таким вымершим рептилиям, как дей- нонихозавры, чем позднейшим птицам, сообщил журнал Nature. Было ли это настоящим родством, а значит, археоптерикс на поверку представал небольшим динозавром? Или речь шла лишь о конвергентном сходстве между неродственными животными? Многие утвердительно отвечали на первый вопрос. Стало быть, по мнению китайских палеонтологов, следует либо вычеркнуть археоптерикса из числа птиц, либо причислить к ним еще и дейнонихозавров.

Итак, на «карьере» археоптерикса был поставлен крест. История с «первоптицей», вылетевшей из-под земли, как по команде Дарвина, стала комедией недоразумений, ошибок, растянувшейся ровно на полтора века. Или же судьба археоптерикса стала историей о том, как тесно бывает той или иной переходной форме в тех рамках, в которые ее пытаются поместить. «Без птиц рептилии оказываются произвольной группировкой, - отмечает российский биолог Александр Марков. - Это плохо, потому что вопрос о принадлежности к такой группировке того или иного вида (например, археоптерикса. ) придется решать путем экспертных оценок и споров до хрипоты, без всякой надежды на строгое, объективное и окончательное решение».
В самом деле, останкам баварской «первоптицы» так и не суждено было надолго упокоиться.

На крыльях древней «зарянки»

Новое открытие, сделанное в 2013 году бельгийским палеонтологом Паскалем Годефруа, заставило его коллег в который уже раз пересмотреть историю археоптерикса. Это - хорошо сохранившийся скелет Aurornis xui, животного полуметровой длины, очень напоминающего первоптицу. Все его тело было покрыто оперением, и, очевидно, во время бега и прыжков аурорнис помогал себе передними конечностями, размахивая ими и совершая планирующий полет. Не случайно выбрано и его имя. В переводе с латыни оно могло бы прозвучать и так: «утренняя заря птиц».
Вообще-то, его ископаемые останки были обнаружены около десяти лет назад, но впервые подробно описаны лишь в прошлом году Годефруа и его коллегами. Определяя методом компьютерного анализа место, которое должен занять аурорнис на генеалогическом древе всего живого, ученые пришли к следующему выводу.

Aurornis xui - древнейший представитель Avialae, группы, объединяющей птиц и их непосредственных предшественников. Он жил на рубеже средней и верхней юры, около 160 миллионов лет назад (археоптерикс на десять миллионов лет позже).
Чтобы выбрать место, которое следовало бы отвести аурорнису, Годефруа и его коллеги проанализировали 992 характерных признака его ископаемого скелета, сопоставив их с особенностями строения других птицеподобных животных, населявших различные области Евразии на исходе юрского периода. Это и помогло им составить родословную этих полуптиц, полуящеров.

Археоптерикс, как показало это новейшее исследование, также не выбивается из того ряда, который впоследствии увенчался появлением нового класса животных - птиц. Он принадлежит к той же самой группе Avialae. Так что, возвращаясь к напечатанному, журнал Nature признал, что археоптерикса нельзя причислить к дейнонихозаврам. Обоих животных - и аурорниса, и археоптерикса - можно с полным на то правом назвать «первоптицами».
По мнению Годефруа, уже около 160 миллионов лет назад, в юрском периоде, возникло поразительно большое количество самых разных форм «первоптиц», которые распространились по всей Евразии.

Кстати, анализ, проведенный несколько лет назад учеными из Манчестерского университета, показал, что конфуциусорнис, живший около 130 миллионов лет назад, уже в меловом периоде (ископаемые остатки этой птицы величиной 30 сантиметров были обнаружены в 1993 году в провинции Ляонин), судя по строению его тела, умел летать еще хуже, чем живший гораздо раньше археоптерикс.
«Может быть, динозавры положили начало сразу двум линиям эволюционного развития? - задается вопросом палеонтолог Роберт Наддс из Манчестерского университета. - Одна привела к появлению летающих, а другая - нелетающих птиц».

Первый аэроплан становится самолетом

Теперь, когда страсти вокруг археоптерикса на какое-то время вновь улеглись, присмотримся к нему внимательнее.
Наличие оперения и крыльев, и верно, выдает в нем птицу. Это касается и других характерных его признаков, которые, впрочем, бросаются в глаза лишь специалистам. Речь идет, например, об асимметричном строении маховых перьев, отставленном в сторону первом пальце задних конечностей, а также сросшихся вместе левой и правой ключицах. (Справедливости ради, палеонтологи доказали, что некоторые из этих признаков были присущи уже пернатым динозаврам.)

Зато многим сразу понятно, что, судя по строению зубов и хвоста (там имелись кости), археоптерикс состоял в очевидном родстве с динозаврами. Так, у него еще отсутствовал роговой чехол клюва - тот представлял собой вытянутую челюсть, усеянную мелкими, острыми зубами.

Анализ костей археоптерикса, проделанный недавно Грегом Эриксоном из Флоридского университета, показал, что плотность его костной ткани очень высока, а, кроме того, ткань слабо пронизана кровеносными сосудами. Сами по себе кости массивные, как у динозавров (у птиц они легкие). Если сравнивать археоптерикса с современными животными, то по своей структуре его кости больше всего напоминают кости ящериц.

Вероятно, развитие археоптерикса, животного величиной с ворону, протекало совсем иначе, нежели современных птиц. Его организм окончательно формировался лишь через два с половиной года после рождения. Сейчас птицы сходных размеров формируются примерно за восемь-девять недель. Скорость развития археоптерикса была примерно такой же, как у динозавров.

Как отмечает Эриксон на страницах журнала «PLoS» one, археоптерикс имел еще мало общего с современными птицами. Это было примитивное существо, скорее, вот именно пернатый динозавр, чем птица. «Что же касается физиологии и обмена веществ, то, судя по ним, переход от археоптерикса к настоящим птицам совершился лишь миллионы лет спустя, - к такому выводу пришел Эриксон, - хотя летать, подобно птицам, могли и ящеры даже со своей особой физиологией».

Крылья археоптерикса и своей формой, и строением очень заметно отличались от крыльев современных птиц. У последних перья налегают друг на друга, словно черепица на крыше. У археоптерикса, как и у других предков птиц, перья очень тонкие, располагались в несколько слоев одно над другим - при этом получались слои почти одинаковой длины.

По одной гипотезе, предки птиц научились летать, перепархивая с ветки на ветку. По другой, искусство полета зарождалось на земле, когда, спасаясь от врага или преследуя добычу, первоптицы совершали отчаянные прыжки, помогая себе в этом коротком полете резкими взмахами передних конечностей. Из поколения в поколение прыжки становились все длиннее, а полет - все искуснее. Так «отбирались» кандидаты в птицы, наделенные незначительными анатомическими преимуществами, а потому сытые и несъеденные.

И все-таки, хорошо ли умел летать герой нашего рассказа, археоптерикс? Ученые продолжают спорить об этом. Судя по строению его скелета, он не способен был поднимать крылья высоко над спиной, что требовалось, если бы он попытался взлететь с земли.

Пожалуй, он мог бы благодаря своим мощным когтям взобраться на дерево, и, бросившись с ветки, парить в воздухе, постепенно опускаясь на землю. Раскинутые крылья удержали бы его и плавно понесли вперед. Разумеется, скорость полета была бы невысока.

Однако палеоэкологи выяснили, что около 150 миллионов лет назад Зольнхофен лежал гораздо ближе к экватору. Там установился жаркий, сухой климат, и, видимо, не было никаких лесов, под сводами которых мог бы парить археоптерикс, - там не встретить было даже деревца, а рос лишь невысокий кустарник. Именно в отложениях, найденных на дне располагавшейся здесь тропической лагуны (или озера), и были впервые обнаружены ископаемые останки «первоптицы».

Чтобы объяснить, как же все-таки мог летать археоптерикс, некоторые исследователи предположили, что в минуту опасности он срывался со скал, окружавших лагуну, и какое-то время парил. Наконец, американский палеонтолог Луис Чиаппе привел на страницах Nature выкладки, показывающие, что археоптерикс мог взлетать даже с ровного места - с земли.

«В любом случае, крыло птицы - одно из самых замечательных изобретений природы», - подчеркивает Николас Лонгрич из Йельского университета. За несколько миллионов лет, в процессе эволюции, передние конечности динозавров покрылись перьями и превратились в своего рода несущую поверхность. Форма конечностей и площадь их оперения оказались, в конце концов, таковы, что эти животные могли теперь в считанные секунды начать маневрировать в воздухе.

Прежде ученые полагали, что уже первые птицы были наделены такими же крыльями, как и их современные потомки. Однако тщательный анализ ископаемых останков древнейших птиц выявил совсем иную картину. Крылья птиц со временем изменились так же значительно, как и крылья первых аэропланов, ставших со временем самолетами.

Основная и кистевая части крыла современных птиц могут двигаться с разной скоростью и в различных плоскостях. Меняют свое положение и их маховые перья. Это усиливает приток воздуха к крылу и позволяет увеличить подъемную силу. Поднимаясь в воздух, птица быстрее набирает ход. Если бы ее крылья были устроены иначе, ей бы пришлось отчаянно взмахивать ими, чтобы уверенно лететь.

Археоптерикс еще не мог совершать подобный маневр. Конструкция его крыла исключала это. Его маховые перья были почти полностью закрыты располагавшимися над ними кроющими перьями. У современных птиц те закрывают лишь часть крыла.
Еще примитивнее выглядело, например, строение пернатого динозавра Anchiornis huxleyi, жившего за 10 миллионов лет до археоптерикса. Расправить крыло, как и изменить наклон маховых перьев, он не мог. Его бесчисленные простые перья плотно налегали друг на друга - почти, как у пингвина. У последнего крылья покрыты чешуевидными перьями и больше напоминают ласты. С их помощью пингвины не летают, а плавают.

Археоптерикс же с помощью своих примитивных крыльев мог подниматься в воздух. Вот за счет чего это достигалось - именно за счет того, что тонкие перья, покрывающие крыло, были уложены в несколько слоев. Это придавало крылу дополнительную прочность. Сами по себе перья не могли бы удержать птицу в воздухе, но, стянутые вместе, становились надежной опорой.
Очевидно, что у первых птиц крылья функционировали иначе, чем у современных птиц. Со временем форма перьев постепенно менялась, как и строение самих крыльев. В процессе эволюции птицы начинали пользоваться крыльями по-другому, нежели их далекие предки.

Белый, белый день.
Черная, черная птица

А любопытно, какой расцветки было оперение археоптерикса? Первое известное науке перо этого «гостя из прошлого» было темного цвета, но это не говорит ни о чем, поскольку оно могло потемнеть со временем.
И все же эта загадка оказалась разрешимой. Окраску давно вымершего животного, как выяснилось, можно определить, анализируя образцы ископаемых тканей. В них сохраняются клетки, которые отвечали за выработку различных пигментов. В 2006 году это показал Джейкоб Винтер из Техасского университета на примере ископаемых головоногих моллюсков.

Винтер и Райан Карни из университета Брауна (США) трижды пытались отыскать пигментные клетки в перьях археоптерикса, но лишь третья попытка - ее результаты были обнародованы в 2012 году - оказалась удачной благодаря новейшему, чрезвычайно мощному растровому туннельному микроскопу.
Так были выделены особые структуры - меланосомы, в которых синтезируются пигменты. Известно, что расцветка последних зависит от формы меланосомы. У археоптерикса она напоминала «колбаску» длиной в один микрометр и шириной в 280 нанометров. Чтобы понять, за какую расцветку отвечала подобная меланосома, ученые проанализировали 87 современных видов птиц. В 95% случаев присутствие в их тканях меланосом, имевших такую же форму, означало, что оперение птицы черного цвета.

Итак, подобно воронам, археоптерикс был иссиня-черного цвета. Вероятность этого составляет 95%, сообщил журнал Nature Communications. Пока неясно, какие преимущества давала археоптериксу такая расцветка. Возможно, она хорошо маскировала птицу, когда та пряталась среди зарослей. Может быть, служила украшением. Или помогала регулировать температуру тела, предположил Карни, ведь черные перья особенно быстро нагреваются на солнце.

Оперение было однотонным, никаких полосок или других узоров. Лишь кончики перьев были чуть темнее, чем их основания. Это весьма важное наблюдение, ведь пигменты не только придают перьям окраску, но и укрепляют их. Поэтому у птиц они сосредоточены, прежде всего, на концах маховых перьев - там, где нагрузка, приходящаяся на них, сильнее всего. Вот почему крылья птиц или хотя бы концы их крыльев почти всегда окрашены темнее, чем остальное оперение. Похоже, это началось с археоптерикса - независимо от того, мог ли он летать, как современные птицы, или же только парил в воздухе. Ведь, как показало исследование, пигменты распределялись у него точно так же, как у всех птиц.

Остается добавить, что именно перья дали археоптериксу имя - archaios pterix (мы вынужденно прибегли к латинской транскрипции греческих слов), ведь оно означает «древнее перо».
Археоптериксу.. Имя... А сколько, кстати, ему нужно имен?

Спрашивается, являются ли все известные на сегодня находки останками представителей одного и того же вида археоптерикса, или же этих видов было несколько? Так, польский палеонтолог Анджей Эльжа- новский, оценивая известные нам находки, насчитал четыре отдельных вида и два рода археоптериксов (Acta Palaeontologica Polonica). Его немецкий коллега, авторитетный исследователь «первоптиц» Геральд Майр был в своих выводах сдержаннее, но и он полагает, что ископаемые останки археоптерикса отчетливо делятся на две группы, то есть принадлежат к двум видам (Zoological Journal of the Linnean Society).
Похоже, исследования этой «новой старой птицы» будут продолжаться еще долго и принесут немало открытий.

Одиннадцать надежд или краткая опись скелетов

Сама история «первоптицы» - яркий пример ожесточенных схваток между сторонниками и противниками учения Дарвина. Научная борьба тогда, как порой и сейчас, не всегда велась честными средствами. Огульная критика, подлог, замалчивание неудобных фактов, подрывавших основы общепринятой теории, - все было в этих научных «боях без правил».
На сегодняшний день обнаружено 11 более или менее хорошо сохранившихся скелетов археоптериксов. Последняя находка сделана в 2011 году. Имя ее автора, как и место, где она была сделана, пока хранятся в тайне (известно только, что ее, как и все остальные останки археоптерикса, отыскали в Германии). У этого экземпляра, правда, отсутствует череп, зато оперение и кости - в отличном состоянии.

Как пишет американский палеонтолог Пэт Шипман в своей книге «Сотворение крыла», «эти немногочисленные, странные ископаемые останки легли в основу блистательных научных теорий, диких домыслов, глубокомысленных размышлений и поразительных откровений». И далее: «Они не только показали нам путь эволюции птиц и возникновение птичьего полета, но и поведали многое о силе и слабости современной науки и ученых, ее представляющих».

Почти все известные нам экземпляры археоптерикса обнаружены в небольшом местечке в Баварии. Пелена ила уберегла останки погибших птиц от разрушения. Со временем толща отложений, поглотившая рыб и моллюсков, ящеров и птиц, превратилась в мелкозернистый, «плиточный» известняк, который уже в XIX веке снискал популярность у художников, увидевших в нем прекрасный материал для изготовления литографий. Зоркий глаз художника мог заинтересоваться каллиграфическими по четкости картинами, составленными из косточек и перышек и оттиснутыми на «чистом холсте» известняка.

Первая ископаемая находка археоптерикса, сделанная в 1860 году, представляла собой лишь оттиск пера, темного, четко очерченного пера, которое было отчетливо видно на светлом, медового оттенка известняке. Герман фон Майер опубликовал изоб
ражение находки в 1861 году. Стержень пера делил его на две неравные половины, одна оказалась вдвое шире другой. Но в остальном этот экземпляр длиной 60 миллиметров и шириной всего 11 миллиметров выглядел на удивление современно, напоминая первостепенные перья птиц. Как будто и не было 150 миллионов лет!
Сомнения в подлинности находки отпали в том же году, ведь всего через пару месяцев Майер сообщил о том, что имеется ископаемый скелет Archaeopteryx litho- graphica. Так публике был предъявлен «лондонский археоптерикс», одна из трех важнейших находок «первоптицы».

Принадлежал этот скелет, впрочем, не Майеру, а врачу и любителю древностей Карлу Фридриху Хеберляйну, который, занимаясь лечением зольнхофенских рабочих, готов был принять у тех, кто не мог с ним расплатиться, какие-нибудь древние кости, найденные в каменоломне. Так он составил внушительную коллекцию. В 1862 году она насчитывала уже более 1700 экспонатов, в том числе скелеты 23 рептилий и 294 рыб, а также останки 1119 беспозвоночных и 145 растений. Одной из этих находок и был археоптерикс. В тот же год, правда, коллекция покинула Германию. Ведь, чтобы обеспечить приданым дочь, Хеберляйн решил выставить редкостные вещицы на торги. Дирекция Британского музея приобрела их за 700 фунтов стерлингов, причем цена в 450 фунтов была назначена за один только скелет археоптерикса. По тем временам дочь врача получила щедрое приданое.

Самое любопытное, что Британский музей купил скелет археоптерикса по настоянию Ричарда Оуэна, ярого противника теории Дарвина. По причине своих религиозных убеждений Оуэн решительно противился учению об эволюции. Описывая приобретенный экземпляр археоптерикса, он избежал даже малейшего намека на то, что это существо сочетало в себе черты сразу двух классов животных - пресмыкающихся и птиц - и было их связующим звеном.

Оуэн возглавлял естественноисторическую коллекцию музея и, заполучив находку, словно сделанную, чтобы подтвердить идеи Дарвина, немедленно спрятал ее в тамошний «спецхран». А ведь это был едва ли не лучше всего сохранившийся экземпляр «первоптицы»! Лишь со временем «цензура» противников Дарвина ослабла, и сообщения о памятнике «запретной палеонтологии», хранящемся в Британском музее, стали проникать в научную печать. Для того времени это и впрямь была шокирующая находка. Эффект от нее был таков, как если бы в пустыне Наска или Мохенджо-Даро откопали скелет инопланетянина.
Лишь несколько лет спустя Томас Гексли дал подробное описание археоптерикса, интерпретировав его как зримое доказательство учения Дарвина. Сам же Оуэн был подвергнут уничтожающей критике за свою попытку сокрыть истину. Его фиаско значительно усилило позиции дарвинистов в английской науке.

Следующий, так называемый «берлинский экземпляр» археоптерикса был обнаружен в период между 1874 и 1876 годами. Первый его владелец, Якоб Нимай- ер, обменял его на корову стоимостью от 150 до 180 марок. В конце концов, после пары перепродаж, его приобрел за 20 тысяч марок знаменитый изобретатель и промышленник Вернер фон Сименс. В 1879 году он передал ценный экспонат на хранение в Берлин, в Минералогический музей (позднее он был выкуплен музейщиками у Сименса).

Кстати, самая ранняя находка останков археоптерикса была сделана все-таки в 1855 году все там же, в Баварии, в районе Риденбурга, но лишь в 1970 году исследовавший ее ученый определил, что перед ним останки археоптерикса. Любопытно, что открыватель «первоптицы» Герман фон Майер осматривал этот экземпляр в 1860 году и решил, что имеет дело с птеродактилем, летающим ящером. Теперь этот научный памятник хранится в одном из музеев Гарлема. Так же ошибочно была определена видовая принадлежность еще двух скелетов археоптерикса, найденных в 1950-1960-е годы.

Но за этими ошибками, конечно, уже не кроется злого умысла. Времена «оуэнов» в науке биологии, пожалуй, давно миновали. Но сами они никуда не делись - пошли в народ и вот уже теперь, отстаивая любимый свой креационизм, искусство творения мира Богом, привычно игнорируют учение Дарвина, как будто и не было этих полутора веков тщательного - по косточкам - собирания фактов.