Ископаемые птенцы и новорождённые

При изучении истории индивидуальной жизни, относящейся ко времени рождения, перинатальный период и альтернативные стратегии развития — зрелое состояние (выводковое) против незрелого (птенцового) — имеют ключевое значение. Это состояние развития выклюнувшихся из яйца или новорождённых особей коррелирует со многими экологическими и поведенческими параметрами. В случае млекопитающих некоторые новорождённые детёныши весьма незрелые, у них нет шерсти и закрытые глаза — как у хомяков после периода беременности длиной примерно шестнадцать суток. Другие — гораздо более зрелые, рождаются с открытыми глазами, как у морской свинки после беременности, длящейся от шестидесяти до семидесяти суток. У новорождённого детёныша морской свинки и других близкородственных грызунов зубы уже частично сточены из-за движений челюстей, которые начались в утробе. Аналогичные крайности в изменчивости стадий развития при появлении на свет можно наблюдать у птиц.[25] Птенцовые птицы включают пингвинов, чаек, аистов, хищных птиц, попугаев, колибри и певчих птиц, и их птенцы в большой степени зависят от родительской заботы. Выводковые птицы — утки, различные околоводные птицы, тетеревиные, гоацины и индейки. Можно сравнивать разнообразные аспекты анатомии на момент их появления на свет, например, степень дифференциации мозга, или же измерять проявления физиологических процессов. Когда имеешь дело с ископаемыми остатками, степень дифференциации скелета — вот ориентир для выбора. Среди ящериц только что вылупившиеся гекконы обладают значительно менее окостеневшим скелетом, чем большинство других видов, в том числе безногие формы и тегу.

Благодаря редким окаменелостям, сохранившим перинатальные стадии развития, палеонтологи получили шанс узнать многое о репродуктивной стратегии и о поведении, связанном с инкубацией яиц. В этом отношении динозавры изучались интенсивнее, чем любая другая группа позвоночных. Один из примеров — это эмбрионы одного из первых когда-либо описанных динозавров. Massospondylus, динозавр из группы прозауропод из ранней юры, получил своё название в 1854 году от Ричарда Оуэна, который ввёл в употребление термин «динозавры» (Dinosauria). Примерно через 120 лет в Южной Африке были найдены яйца этого животного, а через несколько десятилетий, в 2005 году, были описаны их эмбрионы, самые старые когда-либо найденные эмбрионы динозавров. Massospondylus принадлежит к группе, наиболее близкородственной появившимся позже гигантским динозаврам-зауроподам, таким, как Diplodocus. Изучение характера их роста, этих самых крупных животных среди когда-либо бродивших по земле, представляет большой интерес.

Крошечные скелеты эмбрионов Massospondylus превосходно сохранились. Почти готовые к выклеву особи не имели зубов, что предполагает, что у них не было возможности питаться самостоятельно. Четыре ноги этих поздних зародышей имели равную длину, что указывает на то, они были четвероногими, хотя взрослые особи, вероятно, были факультативно бипедальными. Череп и глаза были пропорционально более крупными по сравнению с взрослыми особями, что является общим признаком с другими очень молодыми особями позвоночных, хотя черепа молодняка были более высокими и узкими. Основываясь на отсутствии зубов и на других признаках анатомической «незрелости», Роберт Рейсз и его сотрудники выдвинули предположение о том, что потомству после появления на свет мог требоваться уход — это форма поведения, которая также отмечена для других динозавров. Ещё больше об истории жизни Massospondylus известно на основании многочисленных скелетов, представляющих различные стадии роста. Оценивая изменения размеров тела и абсолютное изменение возраста с использованием методов гистологии, мы знаем, что Massospondylus рос со скоростью примерно 35 килограммов в год и всё ещё продолжал расти по достижении примерно пятнадцатилетнего возраста.[26]

Также известны прекрасно сохранившиеся эмбрионы в яйцах нескольких других видов динозавров, документирующие тем самым разнообразие репродуктивных стратегий. Среди них — эмбрионы теропод-терезинозавров из верхнего мела Китая. В отличие от прозауропода Massospondylus, молодые тероподы были явно выраженного выводкового типа, или зрелыми на момент выклева из яйца, поскольку им было присуще очень развитое окостенение позвоночного столба, рёбер, тазового пояса и нижних конечностей, в которых две кости, большая и малая берцовые, были уже явственно слитыми и окостеневшими.

Применение сканирования методом компьютерной томографии (КТ) сильно облегчает изучение яиц, содержащих эмбрионы. Эта техника позволяет нам заглянуть внутрь яйца, не вскрывая его, не трогая руками. Я и мои студенты используем КТ для разного рода проектов, и это больше не редкость в палеонтологии. Окаменелость аккуратно укладывается на платформу, которая скользит в КТ-сканер, напоминающий гигантский пончик с узкой лежанкой. Обычно объектом исследования являются люди, но окаменелости — более простые объекты: они не шевелятся, не страдают клаустрофобией и не должны задерживать дыхание, пока их сканируют.

Прекрасный пример исследований с применением КТ относится к ископаемым остаткам с острова Мадагаскар, принадлежащим недавно вымершей «слоновой птице» Aepyornis, экстраординарному животному, которое достигало высоты около 4 метров и массы тела приблизительно 400 килограммов. Её яйца превышали 7 литров в объёме — они самые крупные среди всех ископаемых или ныне живущих птиц, и крупнее, чем известные яйца зауропод и теропод. Остатки этих животных, в том числе яичные скорлупки, известны из отложений возрастом всего лишь несколько тысяч лет. «Слоновые птицы», возможно, были современниками европейцев, поселившихся на Мадагаскаре в последние несколько веков.

У взрослых особей Aepyornis кости черепа срастаются вместе. У эмбрионов на стадиях, которые обычно представлены в виде окаменелостей, можно гораздо легче распознать кости, а также форму и степень их контакта. Это является важным аспектом при сравнении черепов различных групп, ставящем своей целью проследить морфологическую эволюцию. Наиболее заметной особенностью эмбриона эпиорниса является толщина его костей; в сравнении с ним недавно вылупившиеся птенцы страусов и нанду имеют грацильное телосложение.

В ходе исследований «слоновой птицы» мои коллеги сумели сложить мешанину костей в реконструкцию эмбрионального черепа и вместе с этим решили вопросы идентификации элементов черепа взрослой особи. Они оценили степень дифференциации скелета у позднего эмбриона: В какой степени минерализуются костные элементы? Существовали ли уже у эмбриона размерные пропорции и пространственные отношения костных элементов, характерные для взрослой особи?