Летающие жирафы, мамонты-блондины, карликовые коровы... От палеонтологических реконструкций к предсказаниям будущего Земли
Шрифт:
В мозге, изученном благодаря компьютерной томографии костей и отливок мозговой полости нейробиологом Лоуренсом Уитмером из Университета Огайо и его коллегами, особенно выделяются лобные и зрительные доли, мозжечок, парный вырост последнего — клочок (флоккулюс) и лабиринт; обонятельные луковицы, наоборот, не развиты. Строение мозга также указывает на то, что рыло ящера сместилось вниз относительно оси тела и голова обрела подвижность. Крупные флоккулярные лопасти, составлявшие десятую часть объема мозга (у птиц —1–2 процента), развитый лабиринт и зрительные доли свидетельствуют о том, что мозг птеродактиля обрабатывал огромный поток информации, поступавший от глаз, шейной мускулатуры и мышц, связанных с маховыми движениями и натяжением перепонки. Значит, ящеры легко маневрировали в воздушных потоках, ни на мгновение не теряли равновесия, а изображение на сетчатке всегда оставалось четким. Не нужно думать, что ящер, величиной с легкий самолет, на скорости 90 километров в час исполнял петлю Нестерова или бочку — переворот вокруг продольной оси тела (хотя — кто знает? — мозг рассчитать траекторию мог), но спикировать с высоты в сотню-другую метров точно на добычу, как зимняк на лемминга, несомненно, был способен. 3D-пространство, которое представляет собой воздушная среда, всегда требует лучшей координации всех органов, чем 20-поверхность, на которой мы обретаемся (не случайно у многих голова кружится даже в 3D-кинотеатрах и на тренажерах).
К началу мелового периода птеродактили достигли небывалого разнообразия. Самые мелкие весили несколько десятков граммов, по величине не превосходили воробья и, подобные 25-сантиметровому в размахе крыльев немиколептеру (Nemicolopterus), пытались освоить древесный образ жизни. Кецалькоатль (Quetzalcoatlus) и хацегоптерикс (Hazegopteryx), весом не менее 75 килограммов при размахе крыльев 10–12 метров, стали самыми крупными животными, когда-либо поднимавшимися в воздух на собственных крыльях [14] . Только отдельные шейные позвонки некоторых особей превышали в длину полметра. Эти летающие жирафы стали последними в ряду крылоящеров и относятся к семейству аждархид, открытых в Средней Азии ленинградским палеонтологом Львом Несовым. Название самых необычных среди и без того необычных существ он взял из языка фарси, на котором «аждарха» означает «дракон».
14
Мифы о людях, летавших с помощью крыльев, нацепленных на руки, — это мифы. Скажем, в 1695 году некий изобретатель заявил царским сановникам в Москве, что он, изготовив крылья, «станет летать, как журавль». Получив из казны 18 рублей, он соорудил крылья сначала из слюды, потом из кожи, но, как ни махал ими, не смог оторваться от земли ни на вершок. Впрочем, оспаривается и достоверность самого случая.
Необычные гребни на головах аждархид и некоторых других птеродактилей покрывала сеть кровеносных сосудов. Здесь кровь охлаждалась во время полета. Опыты с моделями ящеров показывают, что гребни могли служить как препятствующий рысканью аэродинамический тормоз, но не слишком надежный. Головы ящеров действительно напоминали по форме носы маневренных самолетов. Могли эти выросты использоваться и как гребешки у птиц, то есть для показа себя во всей красе во время брачных периодов, чтобы привлечь самку и отпугнуть соперника. Особенно разрослись гребни у самцов птеранодонов. Палеобиолог Эберт Бруну Кампош из Параибы не исключает, что эти гипертрофированные выросты (у некоторых крылоящеров они составляли три четверти черепа, а сам череп достигал длины 1,5 метра) могли служить органами слуха, поскольку необходимый набор слуховых косточек у этих животных не обнаружен.
По земле птеродактили ходили, опираясь на задние лапы и на два первых пальца передних (как бегуны-спринтеры на старте). До изучения следов и распределения нагрузок в скелете «спешившегося» птеродактиля считалось, что ящеры передвигались, как птицы, на задних лапах. Таким птеранодон показан в «Парке юрского периода». Лишь палеонтолог, анатом и художник Алексей Быстров, работавший в Палеонтологическом институте АН СССР, изобразил птеродактиля на четвереньках более полувека назад.
Позднеюрские пляжи Астурии испещрены их следами. Туда крылоящеры слетались во время отлива поживиться рыбой и моллюсками. Следы подсказали, что у некоторых ящеров на задних лапах были перепонки, как у лягушек, но служили они, скорее всего, дополнительной летной мембраной, а не для плавания. Хотя на перепонках и по илистой поверхности шагать было удобнее. На взлет они тоже разбегались на четвереньках, как летучие мыши-вампиры. А приземлялись на задние конечности, постепенно опускаясь на все четыре лапы.
Яйца несли в кожистой оболочке, как змеи, а вылупившись, росли очень быстро.
На каком-то этапе своей эволюции птерозавры должны были обрести теплокровность, иначе бы энергозатраты на воздухоплаванье не оправдались. Потреблять кислорода им и так приходилось много: носовые пазухи у некоторых меловых ящеров были просто огромными — занимали более половины боковой поверхности черепа. А на отпечатках перепонок одного из позднеюрских рамфоринхов обнаружились волосовидные утолщения. Из-за них он получил гордое научное название Sorder pilosus, означающее — «нечисть волосатая». Не исключено, что «нечисть» была лысой, поскольку за волоски могли принять белковые нити, укреплявшие перепонку. (Впрочем, какой-то хохолок на голове упрямо продолжал торчать.) Озерно-вулканическое местонахождение Чжэхоль одарило ученых удивительным по сохранности остовом крылоящера чжэхольоптера (Jeholopterus). Уцелели вся его летательная перепонка, натягиваемая сзади вытянутым когтем пальца стопы, и странный, широкий, как у бульдога, череп. Самым поразительным оказалось туловище, покрытое волосовидными выростами, и короткий… пушистый хвост. Неужели все-таки шерсть? Ключ к тайне волосатого монстра, будто сошедшего с афиши фильма о графе Дракуле, покоился там же, на дне озера мелового периода… То была не шерсть, а перья. Настоящие перья… как у динозавров.
«Вот так бы разбежалась, подняла руки и полетела. Попробовать нешто теперь?» — наверное, подумала первоптица, глядя на снующих в небе птерозавров. Впрочем, так могли думать энанциорнисы [15] , появившиеся не ранее юрского периода, а настоящие птицы, возможно, развивались параллельно с крылоящерами, от древних триасовых архозавров.
У птичьего пера от рогового стержня расходятся ответвления — бородки первого порядка, от них — бородки второго порядка, покрытые мелкими крючками, которые, сцепляясь друг с другом, образуют единую плоскость опахала. Так устроены контурные маховые и рулевые перья, формирующие несущую плоскость крыла. Первые из них также создают тягу, вторые — обеспечивают маневренность. Пуховые перья, не скрепленные бородками, служат надежным теплоизолятором, что необходимо при таком энергоемком типе передвижения, как полет. Контурные перья с опушкой, плотно прилегая друг к другу, придают телу обтекаемость.
15
От греч.– против и — птица.
Благодаря выпуклому профилю при планирующем полете воздух снизу обтекает крыло по хорде, а сверху по более длинному контуру. Потому над крылом воздушный поток движется быстрее, и под крылом возникает разряжение воздуха: полученная разность давлений создает подъемную силу. В этом механика полета птиц не отличается от таковой у насекомых. Однако взмахивать крылом — как вниз, так и вверх — птице, в отличие от насекомого, приходится за счет собственных мускульных усилий. Когда крыло опускается вниз, его вершина встречает еще наклонный воздушный поток — под углом спереди и снизу. Конец крыла при опускании вниз несколько перекручивается под напором воздуха, и возникает сила тяги, обеспечивающая поступательное пассивное движение вверх. Трепещущий тип полета, которым особенно хорошо овладели зависающие над цветами колибри, достигается частыми взмахами крыльев в горизонтальной плоскости при положении тела под большим углом к земле. Возникающая подъемная сила противодействует силе тяжести. Парение птицы освоили двумя способами — статичным и динамичным. Многие из них, особенно крупные грифы, кондоры, орлы и беркуты, кружат в восходящих потоках воздуха на своих длинных и широких крыльях. Наоборот, узкокрылые альбатросы используют порывы встречного ветра, расправляя крылья ему навстречу. Альбатрос взлетает даже с поверхности воды и поднимается высоко под облака.
Во всех остальных эволюционных преобразованиях птицы уподобились летающим ящерам: приобрели облегченный и одновременно прочный череп и скелет, лишенные зубов челюсти, обтекаемую форму, жесткость туловища, пневматизированные кости, мощную мускулатуру, подвижность шеи (она может поворачиваться на 180 и даже 270 градусов) и мозг, увеличенный за счет определенных отделов. Роль зрения также возобладала у них над слухом, а поведение усложнилось. Лишь по характеру крепления мускулатуры крыльев — к большому гребню грудины — килю — они существенно отличаются от птерозавров. Возможно, развитие такой основательной опоры связано у птиц с тем, что их обмен веществ больше сопряжен со взмахами крыльев — так воздух нагнетается в воздушные мешки (легочные и носоглоточные). Эти полости в костях обеспечивают бесперебойное дыхание при машущем полете. При вдохе грудная клетка расширяется, а мешки растягиваются и всасывают воздух; при выдохе — сужающаяся грудная клетка выдавливает воздух из мешков, и легкие снова продуваются. Так обеспечивается высокая эффективность газообмена, благодаря этому птицы способны подниматься на высоту до 10 тысяч метров, где воздух сильно разрежен.
Птицы являются самыми совершенными из летающих созданий. Средняя скорость миграционного полета у них колеблется от 50 до 90 километров в час, наибольшая — 150 километров в час (черный стриж), дальность беспосадочного перелета достигает 3,3 тысячи километров (бурокрылая ржанка), а за год отдельные особи преодолевают свыше 80 тысяч километров (полярная крачка). Грузоподъемность птиц не менее поразительна: при собственной массе 1,6 килограмма белый сокол взмывает с добычей, более чем в три раза превышающей его вес. Люди могут только завидовать, несмотря на все свои достижения в самолетостроении.
Откуда же взялось само совершенство?
Знаменитому археоптериксу (Archaeopteryx [16] ) из Зольнхофена исполнилось 145 миллионов лет. Несмотря на прекрасную сохранность остатков археоптерикса (найдено 11 полных скелетов), споры о его природе не прекращаются до сих пор. Что у археоптерикса птичьего? Перья этого позднеюрского существа, размером с сороку, напоминали птичьи, причем контурные — с асимметричным опахалом, пригодные для полета. Полые кости, но без фораменов. Вилочка — сросшиеся ключицы, но не совсем такая, как у современных птиц. А остальное? Зубастая пасть — вместо клюва. Когтистые передние и задние лапы со всеми хорошо различимыми костями — а не сросшийся в единые жесткие опорные элементы скелет конечностей птиц, подобный цевке. Таз со всеми костями и длинный хвостовой отдел позвоночника — но не синакрум [17] с пигостилем [18] . Грудина без гребня — киля, необходимого для крепления сильной летательной мускулатуры, и даже брюшные ребра наличествуют, как у многих двуногих динозавров.
16
От греч. — древний и — крыло.
17
Сложный крестец, образованный слившимися с тазовыми костями поясничными, крестцовыми и отчасти хвостовыми позвонками.
18
Укороченный опорный элемент для поддержки рулевых перьев.