Произход на орнитизацията на птиците
Малко от древните обитатели на Земята могат да се сравняват по популярност с известния археоптерикс, чиито осем скелета са намерени в Германия в късни юрски отлагания. Това създание съчетава признаците на месоядни тероподни динозаври и птици. Въпреки че археоптериксът беше единствената известна „полу птица, половин влечуго“, ситуацията изглеждаше проста. Археоптерикс произхожда от динозаври, истински птици от археоптерикс.
Но последваха нови открития, които, както обикновено, вместо да изяснят още повече ситуацията, силно я объркаха. Първо, оказа се, че Археоптерикс изобщо не е сам. В отлаганията от периода Креда са открити много същества, близки до археоптерикса, със смесица от черти на птици и динозаври. Тези странни птици бяха наречени „enantiornis“, т.е. анти-птици, за да се подчертае, че може да не са пряко свързани с истинските птици. Орнитизацията или „оптирането“ следва много паралелни пътища и коя от преходните форми е дала началото на съвременните птици не е толкова лесно да се разбере. Археоптериксът и неговите роднини, енантиорнисът, наистина са много близки до месоядните тероподни динозаври. Въпреки че са развили много птичи черти, учените все още имат съмнения, че енанциорните са били преките предци на съвременните птици. Експертите отбелязват, че няма забележима тенденция сред енантиорнитите постепенно да придобиват тези птичи характеристики, които са им липсвали, за да станат истински птици.
От друга страна, бяха открити различни наследници на хищни динозаври, и то в големи количества, подобни по характеристики на енанциорнис или на някои други птицеподобни същества. Оказа се, че много малки месоядни динозаври впо различно време придобиват определени птичи характеристики. Доста видове динозаври са открити с истински пера.
Наскоро те изкопаха абсолютно невероятни динозаври микрораптори с четири крила, които най-вероятно са знаели как да летят доста добре. Те имаха големи пера, явно предназначени за летене, не само на предните крайници, но и на задните! Доскоро се смяташе, че всички динозаври, превърнали се в птици, са сравнително малки. През 2007 г. обаче в Китай е открит истински птицеподобен гигант, който е живял в епохата на късната креда и е тежал около един и половина тона.
Костите на гигантски птицеподобен динозавър са открити в Китай.Според повечето учени преките предшественици на птиците са целурозаврите (това е една от групите тероподи, които от своя страна са една от групите динозаври гущери). Много целурозаври са придобили различни птичи черти, включително пера, по време на юрския период и особено на креда, и тези събития са се случили независимо в различни еволюционни линии. Експериментите по "орнитизация" са продължили след появата на истински птици, очевидно до самия край на ерата на динозаврите, който настъпва на границата на мезозойската и кайнозойската ера (преди 65,5 милиона години).
Досега се смяташе, че степента на "оптимизация" при целурозаврите корелира с размера: най-голям брой характеристики на птиците бяха отбелязани при малките членове на групата, докато при големите целурозаври орнитизацията не стигна толкова далеч. Предполага се, че увеличавайки се по размер, целурозаврите могат да загубят някои характеристики на птиците и да се върнат в по-примитивно състояние. Ново откритие на китайски палеонтолози показа, че дори най-големите членове на групата могат да бъдат много подобни на птиците. Името на чудовищетоГигантораптор, живял на територията на Китай в късната креда, преди 89,3 милиона и 65,5 милиона години. Беше дълъг 8 м, висок 3,5 м с хоризонтално положение на тялото и тежеше около един и половина тона.
След като изследвали структурата на костите на срезовете, изследователите стигнали до извода, че намереният динозавър е починал на 11-та година от живота си (възрастта се определя от броя на "годишните пръстени"). Той вече беше възрастен, но продължи да расте. Очевидно в напреднала възраст гиганторапторите биха могли да тежат значително повече от един и половина тона. Подобно на други гигантски динозаври, Gigantoraptor расте много бързо, много по-бързо от най-близките си роднини, малките целурозаври от групата Oviraptorosauria.
В структурата на скелета на Gigantoraptor са идентифицирани редица характеристики, които го доближават до птиците и не са били открити преди това при големи динозаври. По-специално, от всички гигантски тероподи, Gigantoraptor имаше най-дългите и тънки крайници, както предни, така и задни. Авторите на находката смятат, че Gigantoraptor може да е бил най-бързият бегач в своя размер клас.
Отпечатъци от пера не са запазени, но изследователите смятат, че Gigantoraptor може да има пера, особено на предните крайници (предположението се основава на наличието на пера в роднини и предполагаеми предци на Gigantoraptor и на някои косвени признаци). Смята се, че перата на бягащите тероподи първоначално са се развили за топлина и едва след това са били адаптирани за полет. Трябва обаче да се има предвид, че големите пера на предните крайници никога не са служили за топлоизолация: те са изпълнявали функции от азродинамичен характер.
(Източник: XING Xu ET AL. Гигантски птицеподобен динозавър от късната креда на Китай / / Nature. 2007. V. 447. P. 844847.)
Както е забелязаноБългарският палеоорнитолог Е. Н. Курочкин, Археоптериксът днес няма нито един знак "птица", който да не е открит при определени динозаври. Преди това пера, кукообразни израстъци на ребрата и вилица (слети ключици) се считаха за такива признаци. От друга страна, много от характеристиките, които истинските (ветрилоопашати) птици притежават, но липсват при динозаврите, не са открити нито при археоптерикса, нито при роднините му с опашка на гущер.
Кой е прародителят на истинските птици?Археоптериксът и неговите роднини, енантиорните, несъмнено са произлезли от динозаврите. Въпреки това, според Е. Н. Курочкин, това е бил задънен клон, който е изчезнал в края на периода Креда заедно с динозаврите и не е оставил потомци. Курочкин смята, че предците на истинските птици трябва да се търсят в по-древни епохи. Възможно е птиците да не произхождат от пернати динозаври, не от археоптерикс и не от енанциорнис, а от по-древни влечуги от текодонтите от късния триас. Възможно е тази група влечуги да е била общ предшественик както на птиците, така и на динозаврите.
Най-добрият кандидат за предшественик на птичи текодонт, открит досега, е Protoavis, открит в отлаганията от късния триас на Съединените щати през 1983 г. Въпреки че Protoavis е сухоземно животно и не може да лети, той има важни птичи черти, които не се срещат в археоптерикс, енантиорнит или пернати динозаври. Може би движението към "птичата" страна е започнало през триаса сред текодонтите. Линията, която доведе до истински птици и върви от форми, близки до protoavis, не постигна веднага еволюционен успех. Отначало доминира линията "enantiornis", идваща от месоядните тероподни динозаври. Освен това знаците на птиците са придобити паралелно в няколко линии динозаври, така че те говорят за „процеса на орнитизациятероподи". Тази линия се оказва задънена улица. Едва след изчезването й в края на Креда, истинските (ветрилоопашати) птици заемат освободеното екологично пространство и достигат истински разцвет. Повечето западни учени обаче не споделят тази гледна точка и извеждат птиците директно от енантиорните и подобни междинни форми.
Изобретателността на изследователите, извършили тази работа, предизвиква чувство на дълбоко възхищение. Учените са се възползвали от факта, че в изкопаемите кости, ако са достатъчно добре запазени, на срезове се виждат малки кухини, в които са били поставени остеоцитни костни клетки по време на живота на животното. Известно е, че размерът на генома при някои групи живи същества е в положителна корелация с размера на клетките.
Това вярно ли е за остеоцитите на гръбначните? Авторите са изследвали костни срезове на 26 вида съвременни тетраподи (т.е. тетраподи; те включват земноводни, влечуги, птици и бозайници) и са открили линейна връзка между размера на генома и средния обем на остеоцитите. Установената връзка позволи на учените да оценят размера на геномите на изкопаеми видове с приемлива точност.
Авторите се възползваха от тази забележителна възможност, за да отговорят на въпрос, който отдавна тревожи учените: кога и защо предците на съвременните птици са претърпели радикално намаляване на генома? Факт е, че геномите на птиците са много по-малки от тези на другите четириноги. Размерът на генома на съвременните птици е от 0,97 до 2,16 милиарда базови двойки, средно 1,45. За сравнение, жабата има 6,00, крокодилът има 3,21, кравата има 3,7, котката има 2,9, мишката има 3,3, а човекът има 3,5. Смята се, че намаляването на генома при птиците е вид адаптация към полет. Значителна част от некодиращите и повтарящи се региони бяха изхвърлени от генома, впо-специално много мобилни генетични елементи. По логиката на нещата най-важното за птиците е било да облекчат максимално тялото си и да оптимизират метаболизма си. Наличието на стотици милиони допълнителни базови двойки във всяка клетка би било непозволен лукс за тях: в края на краищата всички тези километри ДНК също трябва да бъдат пакетирани по определен начин, ремонтирани в случай на различни повреди и копирани преди всяко клетъчно делене. И за това клетката трябва да синтезира и съдържа огромен брой различни протеинови молекули, да не говорим за разходите за енергия. Но това е само логика и природата често действа, заобикаляйки човешкото разбиране.
За да се провери дали намаляването на генома наистина се дължи на полет, беше необходимо да се установи размерът на генома на изчезналите предци на птиците. Учените изхождат от теорията за произхода на птиците от тероподните динозаври. Между другото, поради особеностите на съвременната биологична таксономия, фактът, че птиците произхождат от динозаври (а не от общи предци с динозаврите), изисква птиците да се разглеждат като подгрупа на динозаврите, а за динозаврите, съответно, сега се използва тромавият термин "нептичи динозаври" (нептичи динозаври). Тоест формално динозаврите не са изчезнали: погледнете през прозореца на клоните седят много крилати "динозаври".
Учените измерват остеоцитите в 31 вида динозаври и изкопаеми птици, или както те се изразяват, птици и нептичи динозаври. По размера на остеоцитите те оцениха възможните размери на геномите на техните собственици. Резултатите бяха доста неочаквани. Оказа се, че размерите на остеоцитите и съответно на геномите се различават значително в двете основни групи динозаври, орнитишии и саурисхиди. Орнитисите включват тревопасни форми като трицератопс и игуанодон. На гущериосвен двуногите тероподни хищници, има и масивни диплодоки и подобни от групата на зауроподите. И сякаш нарочно, за да объркат всички, птиците изобщо не са произлезли от орнитишиите, а от динозаврите гущери.
Както се оказа, геномите на орнитисхиевите динозаври имат среден размер от около 2,5 милиарда базови двойки, което е доста сравнимо със съвременните влечуги. Геномите на тероподите, включително най-древните, живели много преди появата на птиците, са значително по-малки със средно 1,78 милиарда bp. От деветте изследвани вида тероподи само един (Oviraptor) има размер на генома извън обхвата на днешните птици. Апатозавърът, единственият изследван представител на зауроподите, също е имал малък геном.
Авторите заключават, че общият прародител на всички динозаври е имал голям геном, типичен за сухоземните гръбначни животни. Това състояние се е запазило при орнитисхиевите динозаври, както и при оцелелите до днес влечуги. В зората на своята история (в триаса) динозаврите гущери са имали радикална редукция на генома. По този начин птиците са наследили малък геном от своите предци тероподи динозаври, вместо да го придобият по-късно като адаптация за полет.
И все пак има връзка между размера на генома и полета. Това се доказва от два факта. Първо, нелетящите птици, като щраусите, имат по-голям геном от летящите. Очевидно загубата на способността за летене е довела до факта, че всички видове подвижни елементи отново се „размножават“ в генома на нелетящите птици. Второ, прилепите имат по-малък геном от другите бозайници.
Очевидно намаляването на генома при гущерните динозаври трябва да се разглежда не като адаптация към полет, а като предварителна адаптация, тоест като черта, развила се във връзка с някои другиобстоятелства и впоследствие улесни развитието на способността за летене.