Ранние перья поставили вопрос о рождении полёта

Первые птицы научились нормально летать далеко не за один десяток миллионов лет. Перед завоеванием воздушного океана планеты у них был долгий период сравнительно скромных экспериментов с полётами, вряд ли уносившими птах дальше, чем на соседнюю ветку дерева. Как всё это могло выглядеть, попробовали узнать исследователи из Великобритании и Ирландии.

Полёт в том или ином виде (как планирующий, при прыжке с высоты, так и активный) природа изобрела до птиц (примеры — птерозавры и некоторые древние млекопитающие), равно как появились раньше и перья. Но именно рождение птах (отделившихся от динозавров) и "обучение" их машущему полёту вызывают у исследователей наибольшие споры. В частности, регулярно появляются работы, обосновывавшие один из двух механизмов возникновения полёта.

Первый: бег по земле с подскоками при преодолении препятствий, во время которых существа, эволюционирующие из дино в птиц, махали передними конечностями, помогая себе дольше удержаться в воздухе. Второй: прыжки с деревьев или скал с планированием. Крылья в таком случае помогали замедлить падение, а машущий полёт с набором высоты родился у птиц позднее.

В качестве аргументов спорщики из того или иного лагеря используют компьютерные модели, воспроизводящие биомеханику полёта у древних созданий и современных птиц, сравнение анатомии первых птиц и современных пернатых, сопоставление имеющихся данных об образе жизни и среде обитания тех и других. Но ясности до сих пор нет.

Чтобы пролить новый свет на этот интересный вопрос, биолог Роберт Наддс (Robert Nudds) из университета Манчестера (University of Manchester) и палеонтолог Гарет Дайк (Gareth Dyke) из университетского колледжа Дублина (University College Dublin) детально изучили окаменелости перьев двух древнейших птиц: "первоптицы" археоптерикса (Archaeopteryx), появившегося на Земле примерно 150-140 миллионов лет назад, и конфуциусорниса (Confuciusornis), жившего примерно 120 миллионов лет назад.

Сначала авторы исследования измерили длину первичных перьев и диаметр их стержней у пяти образцов конфуциусорниса, взятых из двух музеев в Германии. Далее они воспользовались существующими оценками массы этой птицы и внесли данные в уравнение Эйлера-Бернулли для расчёта поведения балки (в данном случае — основы пера) под нагрузкой.

Оказалось, что перья конфуциусорниса были очень плохо приспособлены для активного полёта — при взмахах они должны были терять устойчивость и ломаться. Правда, учёным пока неизвестно — были ли стержни перьев первых птиц полыми, как у птах современных, или сплошными.

Если верно первое — конфуциусорнис, по мнению двух исследователей, просто не мог рассчитывать на нечто более сложное, чем затяжной прыжок с высокой ветки вниз. Если основа перьев была сплошной — активный полёт был возможен, но на грани. Даже в таком случае прочность перьев (оказавшихся более тонкими и слабыми, чем современные) была не слишком высока.

Для сравнения учёные выполнили аналогичный анализ перьев голубей, чаек и грифов. Если у доисторических птиц прочность пера оказалась едва ли не вдвое меньшей, чем необходимая для предотвращения потери устойчивости "балки" при машущем полёте, то у современных птиц этот параметр обладал 13-кратным запасом. (Детали анализа раскрывает статья в Science.)

Тот же метод Наддс и Дайк применили к окаменелостям перьев археоптерикса. И он тоже оказался плохим летуном, но, что удивительно, всё-таки более способным, чем живший позднее конфуциусорнис. Это привело биологов к попутному вопросу: когда именно линия птиц раскололась на ветви птах летающих и нелетающих?

Главное, впрочем, машущий полёт. Роберт и Гарет приходят к выводу, что ранние птицы обзавелись перьями в первую очередь с целью сохранения тепла и для красоты — привлечения особей противоположного пола.

Исследователи полагают, что ранние птицы больше карабкались по деревьям, иногда спрыгивая вниз и совершая при этом планирующий полёт, в котором их слабые крылья вряд ли могли давать заметное количество тяги, но хотя бы удлиняли и стабилизировали прыжок. А вот полноценный полёт у птиц с сильными "ударами" крыльев о воздух должен был возникнуть гораздо позже, вероятно, уже после конфуциусорниса.

Не все учёные разделяют взгляды наших героев. "Я согласен, что конфуциусорнис и археоптерикс были плохими летунами, — говорит Луис Чиаппе (Luis Chiappe) из музея естествознания Лос-Анджелеса (Natural History Museum of Los Angeles County). — Я не согласен, однако, что эти птицы не могли летать, хлопая крыльями." По его словам, ископаемые стержни ранних птиц плохо сохранились и их трудно измерить точно.

Филип Кьюрри (Philip Currie) из университета Альберты (University of Alberta) высказался в том же ключе: "Это наиболее убедительное доказательство того, что эти птицы не очень хорошо чувствовали себя в воздухе".

Но Филип также ставит под сомнение выводы о том, что ранние птахи были способны только на "пассивное" скольжение. Ведь окаменелости таких птиц были найдены в морских и озёрных отложениях. "Если бы данные птицы могли только бросаться с деревьев, как они оказались так далеко от берега?" — вопрошает канадский палеонтолог.

Очевидно, картина рождения птиц и их полёта ещё нуждается в уточнении. Возможно, в этом деле учёным помогут окаменелости перьев птиц, живших несколько позже археоптерикса и конфуциусорниса.

Наддс и Дайк как раз намерены заняться этой работой, — добавляет PhysOrg.com. Увы, останки такого рода крайне немногочисленны, что затрудняет сопоставление и анализ. Тем не менее расследование по делу птиц ещё рано считать завершённым.