Летающие жирафы, мамонты-блондины, карликовые коровы... От палеонтологических реконструкций к предсказаниям будущего Земли
Шрифт:
Наилучшие летуны появились среди самых молодых групп. Точнее говоря, совершенные формы полета породили эти новые группы — перепончатокрылых (осы, пчелы, наездники, муравьи), бабочек и их близких родственников двукрылых (мухи, комары, москиты). Появились они в мезозойскую эру, а наиболее продвинутые формы — в кайнозойскую. Все эти насекомые по своей природе — двукрылы и летают, расположив тело под острым углом к поверхности земли. У них либо существенно сократились размеры задних крыльев (у настоящих двукрылых превратившись в жужжальца — орган ориентации в пространстве), либо обе пары слились в единую несущую плоскость. Одни бабочки ведут преимущественно дневной образ жизни. Благодаря большой площади крыльев и чешуйкам, быстро нагревающимся в солнечных лучах (до 37–45 °C) они парят в теплых восходящих потоках и могут перелетать на огромные расстояния во время сезонных миграций. Другие предпочитают сумеречное время и прогреваются сами за счет высокой частоты взмахов; бражники способны даже зависать над цветком, высасывая нектар без посадки.
Так же неподвижно «застывают» в воздухе двукрылые. При высокой частоте взмахов (до 340 герц, а возможно, и больше) они летают и вбок, и задом наперед, совершают кульбиты, пролетая вверх ногами и садясь на поверхность снизу. Причем все маневры совершают за считанные миллисекунды. Среди прочих «технических» достижений двукрылых следует назвать относительную независимость левого и правого крыльев (одно может совершить полный маховый цикл, а другое замереть), автоматический контроль угла атаки и активную регулировку площади крыльев. В освоении воздушного пространства с ними могут сравниться разве что перепончатокрылые, тоже машущие с частотой более 60 герц. Самое удивительное, что согласно классическим законам аэродинамики шмели к полету совершенно не приспособлены, а они — одни из лучших летунов! Полет у этих групп — очень энергоемок, поэтому все они перешли на высококалорийную пищу — нектар, растительные соки и кровь.
Иначе освоили воздушное пространство мельчайшие из летающих насекомых — некоторые жуки, осы и трипсы. У них крылья утратили сплошность, но зато покрылись опушкой из волосков. Эти насекомые больше полагаются на плотность воздуха, чем на собственные силы, представляя собой настоящий воздушный планктон.
Являясь важнейшим органом насекомых, крылья используются не только в полете, но и для подачи звуковых сигналов, демонстрации себя партнеру (особенно яркие цветастые крылья бабочек и крупных юрских сетчатокрылых) и терморегуляции. Летая, насекомые отыскивают корм (в среднем на расстоянии от 200 до 2000 метров), партнера (нередко и копуляция происходит на лету в прямом смысле этого выражения: у бабочек голубянок и комаров самка тащит «лениво» замершего самца), патрулируют территорию (охраняя ее от других самцов, особенно у стрекоз), выбирают место для откладки яиц или спасаются от врага. Особые навыки требуются при полете роем — координация поведения множества особей достигается благодаря зрительной засечке какого-либо заметного ориентира на местности. Некоторые насекомые, подобно птицам, совершают длительные миграции. Сочетая активные перелеты и пассивные переносы восходящими потоками воздуха, они перемещаются до 100 километров в день (саранча), а то и до 3,5 тысячи километров за 10 ночей со скоростью 1,4 метра в секунду (бабочки-совки). Самый знаменитый мигрант — бабочка-монарх — преодолевает четыре тысячи километров дважды в год. Обычно в дальний путь насекомые направляются сообща. Так, на юге Франции стрекозы сбиваются в стаи, насчитывающие около 400 тысяч особей на квадратный километр.
Отстав от насекомых более чем на 120 миллионов лет, на крыло встали и позвоночные. Видимо, крупные палеозойские насекомые были слишком опасными конкурентами. И сейчас богомолы (карлики по сравнению с хищными пермскими стрекозами) запросто справляются с ящерицами своей размерности. Однако и добыча — крупное насекомое — завидная. Так почему бы не ловить их в воздухе? И в самом конце пермского — начале триасового периода самые разные позвоночные попробовали летать. Интересно, что один из первых среди них — позднепермский архозавр целурозаврав (Coelurosauravus) из Германии, внешне немножко похожий на хамелеона, — в полете расправлял тонкие перепонки, поддерживаемые палочковидными окостеневшими кожными выростами. Такие выросты настолько необычны для позвоночного, что их даже сначала приняли за плавники кистеперой рыбы, окаменевшей рядом. Более всего они напоминают перепончатые крылья насекомых. Уж не у них ли подсмотрел конструкцию первый летающий ящер?
«Выдумкой» отличались и другие первые покорители воздушного океана среди рептилий — то есть тех, кто по определению «летать не может». Триасовый шотландский 20-сантиметровый архозаврик склеромохл (Scleromochlus) жил на деревьях; это существо с очень тонким скелетом и длинными задними ногами, возможно, продлевало прыжок с ветки на ветку благодаря боковой складке кожи, как у современного летающего дракона. Другой архозавр — шаровиптерикс (Sharovipteryx), растягивая между лапами и телом все свои перепонки, уподобился дельтаплану. Он планировал над озерами нынешней Киргизии. По соседству жил мелкий архозавр лонгисквама (Longisquama), с треском раскрывавший широкие и длинные (10–12-сантиметров) спинные выросты, чтобы подольше продлить прыжок. Когда странные выросты были изучены с помощью новейшей техники, то оказалось, что это самые настоящие перья (полый стержень с опахалом). Однако ни перья, ни само это животное не имели никакого отношения к птицам, появившимся совершенно независимо и… не раз!
Но прежде птиц воздушное пространство завоевали настоящие летающие ящеры — птерозавры…
Шел 1828 год, когда собирательница ископаемых Мэри Эннинг обнаружила в юрских слоях на английском побережье Ла-Манша остатки первого птеродактиля. Ученые долго не могли взять в толк, с чем, собственно, имеют дело. Возобладало мнение, что с необычной летучей мышью или летающим сумчатым млекопитающим. Лишь великолепно владевший сравнительной анатомией зоолог и палеонтолог Жорж Кювье доказал, что странный скелет принадлежал представителю полностью вымершей группы летающих ящеров. С тех пор выяснилось, что это была огромная группа активных летунов, появившихся в триасовом периоде и просуществовавших до конца мелового (225–66 миллионов лет назад).
И сто лет спустя после работ Кювье птерозавров нередко представляли подобно летучим мышам — с перепонками, растянутыми между фалангами пальцев. А ведь то были совершенно иные звери. Крыло птерозавра действительно представляло собой кожистую перепонку, но крепилась она на одном из пальцев кисти — толстом летательном (четвертом), превышавшем в длину все тело (первые три коротких пальца оканчивались когтями, пятый — исчез совсем). Задний край перепонки доходил до колен у одних видов и до щиколоток у других; кроме того, дополнительные перепонки были натянуты между бедер и хвостом и между основанием шеи и окостеневшим палочковидным сухожилием на запястье — птероидом. В целом конструкция, конечно, больше напоминала крыло летучей мыши, чем птицы, но ее натяжение осуществлялось совсем по-другому: основные плоскости были прошиты, словно дощатый каркас воздушного змея, жесткими и тонкими (0,05 миллиметра) белковыми нитями, по-своему направленными в разных секторах основной перепонки. Натяжение этих волокон придавало всей конструкции необходимую упругость и дуговидный профиль, необходимый для создания подъемной силы.
Кости у крылоящеров были полые, что облегчало вес, но прочными — полость пересекали ребра жесткости; череп — ажурный, по форме — обтекаемый, заостренный и удлиненный. На костях некоторых видов есть форамены. У птиц подобные отверстия указывают на присутствие воздушных мешков: это значит, что в полости костей при вдохе мог закачиваться воздух, который, не утратив кислород, использовался на выдохе, существенно снижая энергозатраты в полете. Строение плечевого пояса птерозавров выдает развитую мускулатуру и способность к машущему полету.
Как и откуда взялись эти совершенные летуны, пока остается для науки тайной, своими корнями скрывающейся в палеозое. Однако проследить эволюционные преобразования можно благодаря находкам многочисленных костей и целых скелетов с минерализованными остатками мягких тканей в верхнеюрских местонахождениях Зольнхофен (Германия) и Каратау (Казахстан), нижнемеловых Лагарсито (Аргентина), Сантана (Бразилия) и Чжэхоль (Китай).
Костные полости птерозавры могли унаследовать от общих предков с динозаврами и птицами. Основная более древняя «модель» — рамфоринхи [12] , существовавшие в триасовом-юрском периодах и самом начале мелового, — представляла собой длиннохвостое существо с короткой шеей и зубастой пастью, в полете находившейся на одной прямой с осью тела. Однако хотя длинный хвост и был хорошим стабилизатором, наличие этого отростка замедляло скорость полета. На рубеже ранне- и среднеюрской эпох появились короткохвостые, беззубые с длинной гибкой (как у лебедя) шеей птеродактили [13] . Часть спинных позвонков у них срослась, а передние ребра неподвижно слились с грудиной, образуя жесткий каркас. К нему в полете был подвешен центр тяжести. У птеродактилей череп стал еще длиннее, но и легче (убавилось число костей), а главное — мозговитей. Этот орган был заметно крупнее, чем у прочих пресмыкающихся сходных размеров, и очень напоминал птичий.
12
От греч. — клюв и , в родительном падеже — нос.
13
От греч. — крыло и — палец.