Как появился полет

В какой-то момент мезозойской эры, вероятно, в средней части юры около 160 млн лет назад мелкие пернатые тероподы обзавелись набором анатомических особенностей, которые позволили им впервые попытаться взлететь. Перемотайте летопись вперед на несколько десятков миллионов лет, и вот уже появляются птицы, способные на настоящий машущий полет и, похоже, полагающиеся на него как на основное средство передвижения, поиска пищи и бегства.

Ученые десятилетиями спорили о том, как возник полет у птиц. Даже сейчас, когда найдено так много ископаемых, споры не утихают. Предки птиц начали прыгать или планировать с ветвей деревьев (сценарий «с деревьев вниз»), или они научились планировать, вспархивать или взлетать прямо с земли (сценарий «с земли вверх»)? Или произошла какая-то комбинация этих вариантов? Или случилось что-то совсем иное?

Способность к планированию не раз появлялась в истории жизни на Земле. Например, у белки летяги есть перепонка по бокам тела и между конечностями

Есть даже парящие лягушки. Перепонки между пальцами передних и задних ног помогают им улетать от опасности. Эти животные сильно отличаются от манирапторов, поэтому вряд ли предки птиц прошли стадию планирования во время эволюции

Одна из самых популярных версий о происхождении полета заключается в том, что предки птиц планировали, прыгая с расставленными передними лапами. Планирующие животные не могут взлететь, прыгая с земли, так как для планирования нужны одновременно сила притяжения и ускорение: другими словами, животное должно падать с высоты, чтобы планировать. Поэтому если мы считаем планирование частью эволюции полета, то древолазание и даже жизнь на деревьях или крутых обрывах обязательно являются частью сценария.

У этой гипотезы есть изъян: она не согласуется с нашими знаниями об анатомии древних птиц и родственных им манирапторов. У всех этих животных задние конечности приспособлены для ходьбы и бега. Как и большинство мезозойских теропод, они выглядят как животные, ведущие наземный образ жизни, и нет никаких явных признаков адаптации к лазанию, сидению на ветвях или вообще какой-либо активности на деревьях или скалах. Мы уже видели, что мелкие дромеозавриды, такие как микрораптор, потенциально могли карабкаться по деревьям и планировать, но форма их туловища и ног, а также находка экземпляра микрораптора с рыбой в животе указывают, что они проводили большую часть времени на земле.

Археоптерикс, похоже, делал все понемногу: бегал по земле, но временами мог лазить и прыгать между ветвями. Нет никаких явных указаний, что он жил строго на деревьях, как часто изображают художники. Эта современная реконструкция показывает, каким густым было оперение археоптерикса

Археоптерикс жил на засушливых островах, где из растений были лишь невысокие кустарники. Значит, все эти классические реконструкции, на которых его изображают среди высоких деревьев и густых лесов, могут быть ошибочными, и похоже, что он тоже был в основном наземным животным.

Если эти животные ходили и бегали по земле, может быть, птицы и полет изначально появились в наземных условиях? Гипотеза, что птицы начали свою историю как наземные животные и что, прежде чем летать, самые ранние птицы бегали по земле, популярна среди некоторых палеонтологов. Это так называемая теория «с земли вверх».

Некоторые эксперты утверждают, что бегущий археоптериксподобный манираптор мог хлопать крыльями, чтобы увеличить скорость, и затем, взмахивая крыльями, разогнаться и оторваться от земли. Теоретически такое возможно, но наблюдения за современными птицами показывают, что подобная модель взлета характерна только для животных, которые поднимаются с воды.

Возможно, вместо того чтобы пытаться взлететь с разбега, эти животные подпрыгивали и взлетали из стоячего положения – метод, который иногда называют прыжком при помощи крыльев. Современные птицы часто взлетают именно так. Для этого нужны мощные ноги и умение создавать подъемную силу, только-только оторвавшись от земли. Возможно, изначально хищные манирапторы так нападали на жертву, причем оперенные плоскости на конечностях и хвосте помогали создавать подъемную силу и корректировать траекторию прыжка. Исследование, проведенное Александром Десеччи и его коллегами в 2016 г., показало, что этот метод могли применять манирапторы с длинными перьями, например микрораптор.

Или, может быть, оперение просто позволило им легче взбираться на высоту? Птенцы некоторых современных видов птиц, в том числе некоторые куропатки и голуби, умеют преодолевать крутые подъемы, например обрывы и стволы деревьев, когда убегают от опасности. Они цепляются когтями и при этом быстро машут крыльями, что позволяет им ускользнуть. Такое движение называется «бег с помощью крыльев», и оно особенно интересно с точки зрения происхождения полета, так как у птенцов, которые его практикуют, крылья короткие, примерно как у нептичьих манирапторов мезозоя.

Некоторые современные птицы могут взбегать по крутым склонам, энергично хлопая крыльями. На фото азиатский кеклик. Эксперты спорят о том, использовалась ли эта стратегия ранними птицами и манирапторами

Возможно, нептичьи манирапторы, лишенные длинных и крупных крыльев, использовали свои оперенные передние конечности аналогичным образом. Эти динозавры были мелкими, размером с курицу или ворону, и для них вполне могли представлять опасность более крупные хищники, которые, однако, не способны взбираться по склонам или на деревья. Если бы манирапторы были способны к бегу с помощью крыльев, то вполне возможно, что он дал им достаточное преимущество, чтобы со временем они еще лучше к нему адаптировались, развили крупные перья, длинные передние конечности и более мощные мышцы грудной клетки и передних лап. И в конце концов эти функции развились настолько, что стал возможен настоящий полет. Перья также обеспечили бы преимущество, если бы этим животным нужно было прыгать между ветвями или спускаться на землю.

Как и все остальные гипотезы о происхождении полета, бег с помощью крыльев тоже имеет своих противников. У современных птиц, которые практикуют этот способ, большие кости грудной клетки с развитыми мускулами, а крылья могут быть подняты намного выше горизонтали. Похоже, что у ранних птиц и их близких родственников все было не так. Мы уже видели, что у ранних птиц не было большой грудины, а значит, и больших грудных мышц, необходимых для сильных взмахов. Поэтому некоторые специалисты по полету птиц утверждают, что бег с помощью крыльев был невозможен.

Со всеми этими конкурирующими гипотезами об эволюции полета трудно понять, что произошло на самом деле. Маловероятно, что полет возник вследствие специализированного планирования, но есть проблемы и с гипотезой, что энергичное хлопанье крыльями или взлет с разбега могут объяснить, как птицы впервые оказались в воздухе. Многие птицеподобные манирапторы и ранние птицы были неразборчивыми хищниками. В основном они жили на земле, но могли прыгать и лазить среди ветвей кустарников и деревьев, а большие оперенные поверхности на их конечностях помогали контролировать положение тела и направление прыжков. А так как многие нептичьи манирапторы были хищниками, которые, видимо, атаковали жертву задними лапами, то они вполне могли научиться все лучше удерживать равновесие.

Вероятно, как раз прыжки на жертву, скачки и перепархивание между ветвями, а также применение оперенных конечностей и хвоста для маневренности и объясняет, как птицы научились летать? Трудно сказать, и, возможно, мы никогда не узнаем наверняка.