В сосновом бору в северо-восточном сельском Китае, изрезанный склон сланца заполнен останками вымерших существ 125 миллионов лет назад, когда эта часть провинции Ляонин была покрыта пресноводными озерами. В то время вулканические извержения регулярно сотрясали местность, погребая бесчисленные миллионы рептилий, рыб, улиток и насекомых в пепле. Я осторожно ступаю среди бесчисленных окаменелостей, подбираю сланцевую плиту, не намного больше моей руки, и бью ее по краю каменным молотком. Шов раскалывает рыжеватую рыбу пополам, производя зеркальные отпечатки тонких плавников и костей, тонких, как человеческие волосы.
Связанный контент
- Где бродили динозавры
- Динозавр Шокер
Один из звездных китайских палеонтологов, Чжоу Чжунхэ, улыбается. "Удивительное место, не так ли?" он говорит.
В 1995 году Чжоу и его коллеги объявили об обнаружении окаменелости в этой доисторической зоне бедствия, которая ознаменовала новую эпоху палеонтологии. Окаменелость была примитивной птицей размером с ворону, которая, возможно, задыхалась от вулканических паров, когда она вращалась над озерами все эти миллионы лет назад. Они назвали новый вид Confuciusornis в честь китайского философа.
До этого момента в мире было обнаружено только несколько окаменелостей доисторических птиц. Это отчасти потому, что птицы, как и сейчас, были гораздо реже, чем рыбы и беспозвоночные, а отчасти потому, что птицы с большей готовностью избегали оползней, смоляных ям, извержений вулканов и других геологических явлений, которые захватывали животных и сохраняли их следы на века. Ученые обнаружили только десять неповрежденных окаменелых скелетов самой ранней из известных птиц, археоптерикса, которая жила в конце юрского периода, около 145 миллионов лет назад.
Чжоу, который работает в Институте палеонтологии и палеоантропологии позвоночных (ИВПП) Китайской академии наук в Пекине, считает, что необычные костяные пласты в Ляонине могут заполнить некоторые из многочисленных пробелов в ископаемых записях самых ранних птиц. Он не мог быть более пророческим. За последние 15 лет тысячи древних сохранившихся ископаемых птиц появились из древнего русла озера, называемого Исианская свита. Регион также дал потрясающие образцы динозавров, подобных которым никогда не видели прежде. В результате Китай стал ключом к решению одного из самых больших вопросов в науке о динозаврах за последние 150 лет: реальных отношений между птицами и динозаврами.
Идея о том, что птицы - самая разнообразная группа наземных позвоночных, насчитывающая почти 10 000 живых видов - произошла непосредственно от динозавров, не нова. Он был поднят английским биологом Томасом Генри Хаксли в его трактате 1870 года « Дальнейшее доказательство близости динозавровых рептилий и птиц» . Гексли, известный анатом, возможно, лучше всего запомнился за его горячую защиту теории эволюции Чарльза Дарвина, увидел небольшое различие между костной структурой Compsognathus, динозавра размером не больше индейки, и Archeopteryx, который был обнаружен в Германии и описан в 1861 году. Когда Гексли смотрел на страусов и других современных птиц, он увидел маленьких динозавров. Он отметил, что если бы кости у цыплят были увеличены и окаменели, «в их персонажах не было бы ничего, что могло бы помешать нам направить их в Динозаврию ».
Тем не менее, на протяжении десятилетий исследователи, которые сомневались в связи динозавров и птиц, также приводили хорошие анатомические аргументы. Они сказали, что у динозавров отсутствует ряд особенностей, которые явно являются птичьими, в том числе поперечные рычаги или сросшиеся ключицы; кости пронизаны воздушными карманами; гибкие запястные суставы; и трехпалые ноги. Более того, положительная связь, казалось, противоречила тому, что все думали, что они знали: что птицы - маленькие, умные, быстрые, склонные к боевым действиям спрайты, тогда как динозавры - от греческого "страшно великая ящерица" - были холоднокровными, унылыми, дрянными, похожими на рептилий существами.,
В конце 1960-х годов окаменелый скелет динозавра из Монтаны начал подрывать это предположение. Deinonychus, или «ужасный коготь» после серповидного когтя на каждой задней ноге, стоял около 11 футов от головы до хвоста и был гибким хищником. Более того, его структура костей была похожа на структуру археоптерикса . Вскоре ученые собрали другие интригующие вещественные доказательства, обнаружив, что слитые ключицы были обычным явлением у динозавров. Кости Дейнониха и Велоцираптора имели воздушные карманы и гибкие запястные суставы. Черты динозавров все время выглядели как птичьи. «Все эти вещи были вырваны из определения быть птицей», - говорит палеонтолог Мэтью Каррано из Смитсоновского национального музея естественной истории.
Но была одна важная особенность, которая не была обнаружена у динозавров, и немногие эксперты чувствовали бы себя вполне комфортно, утверждая, что синица и трицератопс были родственниками, пока у них не было доказательств этой недостающей анатомической связи: перья.
Бедный китайский фермер, Ли Инфан, сделал одну из величайших ископаемых находок всех времен в августе 1996 года в деревне Сихетунь, в часе езды от места, где я добывал ископаемую рыбу. «Я копал ямы для посадки деревьев», - вспоминает Ли, который теперь работает полный рабочий день в музее динозавров, построенном на этом самом месте. Из ямы он обнаружил сланцевую плиту длиной в два фута. Опытный охотник за ископаемыми, Ли расколол плиту и увидел существо, непохожее на кого-либо, кого он видел. У скелета был птичий череп, длинный хвост и впечатления от чего-то похожего на перья.
Из-за перьев Цзи Цян, тогда директор Национального геологического музея, который купил одну из плит Ли, предположил, что это новый вид примитивной птицы. Но другие китайские палеонтологи были убеждены, что это динозавр.
Во время визита в Пекин в октябре этого года Филипп Керри, палеонтолог из Университета Альберты, увидел образец и понял, что это перевернет палеонтологию с ног на голову. В следующем месяце Керри, давняя китайская рука, показала его фотографию коллегам на ежегодном собрании Общества палеонтологии позвоночных. Картина украла шоу. «Это было такое удивительное ископаемое», - вспоминает палеонтолог Ханс-Дитер Сью из Национального музея естествознания. «Сенсационные». Западные палеонтологи вскоре совершили паломничество в Пекин, чтобы увидеть окаменелость. «Они вернулись ошеломленными», - говорит Сью.
Несмотря на перья, скелет не оставлял сомнений, что новый вид, названный Sinosauropteryx, что означает «крыло китайской ящерицы», был динозавром. Он жил около 125 миллионов лет назад, основываясь на датировке радиоактивных элементов в отложениях, которые окружали ископаемое. Его покровные нити - длинные тонкие структуры, выступающие из его чешуйчатой кожи - убеждали большинство палеонтологов, что животное было первым пернатым динозавром, когда-либо раскопанным. С тех пор на этом месте были обнаружены дюжина динозавров с нитями или перьями.
Анализируя образцы из Китая, палеонтологи заполнили пробелы в записях окаменелостей и проследили эволюционные связи между различными динозаврами. Окаменелости, наконец, подтвердили всем, кроме нескольких скептиков, что птицы произошли от динозавров и являются живыми представителями линии динозавров, называемой Maniraptorans.
Большинство динозавров не были частью линии, которая породила птиц; они занимали другие ветви генеалогического дерева динозавров. Sinosauropteryx, фактически, был тем, что палеонтологи называют неавиным динозавром, хотя у него были перья. Это понимание побудило палеонтологов пересмотреть свои взгляды на других не-птичьих динозавров, таких как печально известный едок мяса Velociraptor и даже некоторые члены группы тиранозавров. Они тоже, вероятно, были украшены перьями.
Обилие окаменелых перьев позволило палеонтологам рассмотреть фундаментальный вопрос: почему появились перья? Сегодня ясно, что перья выполняют много функций: они помогают птицам сохранять тепло тела, отталкивать воду и привлекать партнера. И, конечно, они помогают бегству, но не всегда, как демонстрируют страусы и пингвины, у которых есть перья, но они не летают. Многие пернатые динозавры не имели крыльев или были слишком тяжелыми, чтобы сравниться с длиной их пернатых конечностей, чтобы летать.
Расшифровка того, как перья на протяжении веков превращались из тонких волокон в тонкие инструменты полета, пролила бы свет на переход динозавров к птицам и как естественный отбор создал эту сложную черту. Мало кто из ученых знает древние перья более тесно, чем Сюй Син из ИВПП. Он обнаружил 40 видов динозавров - больше, чем любой другой живой ученый - со всего Китая. Его офис в ИВПП, через дорогу от Пекинского зоопарка, забит окаменелостями и слепками.
Сюй рассматривает эволюцию перьев как постепенный процесс. Перья в их наиболее примитивной форме были одиночными нитями, напоминающими иглы, которые выступали из кожи рептилий. Эти простые структуры уходят очень далеко; даже птеродактили имели свои нити. Сюй предполагает, что эволюция перьев могла начаться у общего предка птеродактилей и динозавров - почти 240 миллионов лет назад, или примерно за 95 миллионов лет до археоптерикса .
После появления единичных нитей появилось несколько нитей, соединенных у основания. Рядом с записью окаменелости появились парные зазубрины, стреляющие с центрального вала. В конце концов, плотные ряды переплетенных бородок образовали плоскую поверхность: основную схему так называемых перьев современных птиц. Все эти типы перьев были обнаружены в окаменелых оттисках теропод, подотряда динозавров, который включает в себя Tyrannosaurus rex, а также птиц и других Maniraptorans.
Филаменты также встречаются в других местах в генеалогическом древе динозавров, у видов, далеких от теропод, таких как Psittacosaurus, травоядное лицо с попугаем, появившееся около 130 миллионов лет назад. У него были редкие одиночные нити вдоль хвоста. Не ясно, почему филаменты появляются в некоторых линиях динозавров, но не в других. «Одна возможность состоит в том, что пероподобные структуры возникли очень рано в истории динозавров», - говорит Сюй, и некоторые группы поддерживали структуры, в то время как другие группы их теряли. «Но, наконец, у Maniraptorans перья стабилизировались и превратились в современные перья», - говорит он. Или нити, возможно, развивались независимо в разное время. Как указывает Сьюз: «Кажется, что с генетической точки зрения не очень хорошая уловка превращать чешуйку в нить».
Первоначально, отдельные нити, возможно, были для демонстрации, эквивалент динозавра радужного оперения павлина. Яркие доказательства этой теории появились, когда ученые раскрыли истинные цвета перьев возрастом 125 миллионов лет. Перья птиц и чешуя рептилий содержат меланосомы - крошечные мешочки, содержащие разновидности пигмента меланина. Многие палеонтологи подозревали, что перья динозавров также содержат меланосомы. В лаборатории Майка Бентона в Университете Бристоля Чжан Фучен из IVPP провел больше года в поисках меланосом на фотографиях окаменелостей птиц и динозавров, сделанных с помощью электронного микроскопа. Трудолюбие Чжана окупилось в 2009 году, когда он определил меланосомы в Confuciusornis, которые содержали эумеланин, который придает перьям серый или черный оттенок, и феомеланин, который придает каштану красновато-коричневый цвет. Перья животного имели пятна белого, черного и оранжево-коричневого цвета.
Sinosauropteryx был еще более потрясающим. Чжан обнаружил, что нити, спускаясь по его спине и хвосту, должны были сделать динозавра похожим на столбик оранжево-белой полоски. Такой яркий образец предполагает, что «перья впервые возникли как агенты для цветного отображения», говорит Бентон.
Ранние перья могли бы служить другим целям. Полые нити могли рассеивать тепло, так же, как это делают сегодня некоторые современные ящерицы. Другие палеонтологи предполагают, что перья впервые эволюционировали, чтобы сохранить тепло. Ярким примером являются окаменелости Овираптора - теропода, обнаруженного в Монголии, жившего около 75 миллионов лет назад, - сидящего на корточках над заполненными яйцами гнездами. Овирапторы сунули ноги в центр кладки и обняли периферию своими длинными передними конечностями - поза, имеющая странное сходство с задумчивыми птицами, которые держали яйца в тепле. Динозавры, относящиеся к Овираптору, были покрыты перистыми перьями, что позволяет предположить, что и Овираптор тоже. «Сидеть на гнезде, подобном этому, имело смысл только в том случае, если у него были перья», - говорит Сьюс, чтобы осторожно изолировать своих детенышей.
Разумеется, перья в конечном итоге стали инструментом полета. Некоторые палеонтологи предполагают сценарий, в котором динозавры впервые использовали перья, чтобы помочь им занять деревья. «Поскольку у динозавров были шарнирные лодыжки, они не могли вращать свои ноги и не могли хорошо лазать. Возможно, перья помогли им карабкаться по стволам деревьев», - говорит Каррано. Птенцы преимущественно наземных видов, таких как индюки, используют свои крылья таким образом. Перья, возможно, стали все более аэродинамичными в течение миллионов лет, что в конечном итоге позволило динозаврам скользить от дерева к дереву. Люди, способные совершить такой подвиг, могли бы найти новые источники пищи или лучше убежать от хищников - и передать эту черту последующим поколениям.
Одним из наиболее привлекательных образцов, появившихся в сланцевых пластах Ляонина, является Microraptor, который Сюй обнаружил в 2003 году. Вес животного с легким весом был один или два фута в длину и весил всего два фунта. Микрораптор из семейства дромеозавров не был предком птиц, но он также отличался от любого ранее обнаруженного пернатого динозавра. Сюй называет его «четырехкрылым» динозавром, потому что у него на руках и ногах были длинные перья. Сюй говорит, что из-за своей сросшейся грудины и асимметричных перьев Microraptor может легко скользить с дерева на дерево, и, возможно, даже лучше летать своим ходом, чем археоптерикс .
В прошлом году Сюй обнаружил еще один вид четырехкрылого динозавра, также в Ляонине. Помимо демонстрации того, что четырехкрылый полет не был случайностью, новый вид, Anchiornis huxleyi, названный в честь Томаса Генри Хаксли, является самым ранним из известных пернатых динозавров. Он произошел из юрских отложений от 155 до 160 миллионов лет. Находка устранила окончательное возражение против эволюционной связи между птицами и динозаврами. В течение многих лет скептики поднимали так называемый временной парадокс: не было пернатых динозавров старше археоптерикса, поэтому птицы не могли возникнуть из динозавров. Теперь этот аргумент был снят: Анхиорнис на миллионы лет старше Археоптерикса .
Четырехкрылые динозавры были в конечном счете мертвой ветвью на древе жизни; они исчезают из летописи окаменелостей около 80 миллионов лет назад. Их гибель оставила только одну линию динозавров, способную летать: птиц.
Когда динозавры превратились в птиц? Тяжело сказать. «В глубине эволюционной истории очень трудно провести грань между птицами и динозаврами», - говорит Сюй. Помимо незначительных различий в форме шейных позвонков и относительной длины рук, ранние пташки и их род Maniraptoran, такие как Velociraptor, выглядят очень похожими.
«Если бы Археоптерикс был обнаружен сегодня, я не думаю, что вы бы назвали его птицей. Вы бы назвали его пернатым динозавром», - говорит Каррано. Это все еще называют первой птицей, но больше по историческим причинам, чем потому, что это самое старое или лучшее воплощение птицеподобных черт.
С другой стороны, Confuciusornis, который обладал первым клювом и самым ранним пигостилем, или плавными хвостовыми позвонками, которые поддерживали перья, действительно выглядит как птица. «Это проходит испытание на вдыхание», - говорит Каррано.
С тех пор как последний из не-птичьих динозавров вымерли 65 миллионов лет назад во время массового вымирания, которое закрыло занавес в меловой период, птицы развили другие особенности, которые отличают их от динозавров. У современных птиц метаболизм выше, чем у самого ловкого велоцираптора . Зубы исчезли в какой-то момент эволюционной истории птиц. Хвосты птиц стали короче, их летные навыки улучшились, а мозг стал больше, чем у динозавров. А современные птицы, в отличие от своих предков-манирапторанов, имеют большой палец, который выступает из других пальцев, что позволяет птицам садиться на насест. «Вы постепенно переходите от длинных рук и огромных рук не-птичьих манирапторанцев к чему-то похожему на куриное крылышко, которое вы получаете в KFC», - говорит Суес. Учитывая степень этих птичьих адаптаций, неудивительно, что эволюционная связь между динозаврами и птицами, какими мы их знаем, оставалась скрытой до тех пор, пока палеонтологи не начали анализировать богатые записи окаменелостей из Китая.
Чаоян - грязный китайский город с пыльными улицами; в более темных углах он напоминает песчаные американские угледобывающие города 19-го века. Но для ископаемых коллекционеров Чаоян является раем, всего в часе езды от некоторых из самых продуктивных пластов иссианской свиты.
Одна улица усеяна магазинами по продаже юхуаси или окаменелостей рыбы. Окаменелые останки в рамке, заключенные в сланцы, часто в пары зеркальное отображение, можно купить за доллар или два. Популярным предметом является мозаика, в которой несколько десятков маленьких плит образуют карту Китая; ископаемые рыбы, кажется, плывут к столице, Пекину (и ни одна карта не полна без рыбы, представляющей Тайвань). Торговцы продают окаменелых насекомых, ракообразных и растений. Иногда, несмотря на законы, которые запрещают торговлю ископаемыми, имеющими научную ценность, известно, что менее скрупулезные торговцы продают окаменелости динозавров. По словам Чжоу, самые важные экземпляры «обнаружены не учеными в городских магазинах ископаемых, а в домах торговцев или фермеров, которые их выкапывали».
В дополнение к Sinosauropteryx, несколько других разоблачительных образцов были обнаружены любителями, а не научными раскопками. Задача Чжоу и его коллег - найти горячие образцы, прежде чем они исчезнут в частных коллекциях. Таким образом, Чжоу и его коллега Чжан Цзяньён, специалист по древним рыбам на IVPP, приехали в провинцию Ляонин, чтобы проверить любые окаменелости, которые в последнее время попали в руки дилеров, дружественных их делу.
Большая часть запасов в окаменелых магазинах поступает от фермеров, которые занимаются рубкой в окаменелых клумбах, когда они не занимаются своими полями. Крошечный хорошо сохранившийся рыбный образец может дать искателю эквивалент 25 центов, достаточный для горячей еды. Пернатый динозавр может заработать несколько тысяч долларов, годовой доход или больше. Палеоэкономика, разрушительная для ископаемых пластов, помогла переписать предысторию.
Чжоу поднимает плиту и смотрит на нее сквозь очки в проволочной оправе. «Председатель, иди сюда и посмотри», - говорит Чжоу Чжану (который получил свое игривое прозвище в качестве председателя профсоюза работников IVPP). Чжан осматривает образец и складывает его в кучу, которая будет доставлена обратно в Пекин для изучения - и, если им повезет, обнаружит еще одну скрытую ветвь дерева жизни.
Ричард Стоун написал о похоронах Стоунхенджа, редкой антилопе и таинственных тибетских башнях для Смитсоновского института .
Ключевым китайским открытием стала примитивная птица по имени Конфуциорнис, опознанная Чжоу Чжунхэ. (Стефен Чоу) 
Первооткрыватель большего количества видов динозавров, чем любой другой живой ученый, Сюй Син с отрядом Psittacosaurus с попугаем, говорит, что у некоторых динозавров есть птицеподобные черты, включая перья. (Стефен Чоу) 
Формирование Yixian также дало Sinosauropteryx , первое физическое доказательство пернатого динозавра. (IVPP, Пекин) 
Некоторые из его окаменелостей так хорошо сохранились, что ученые могут видеть следы клеточных структур, которые содержали пигменты. Находка привела к красочным видам животного размером с кошку, вплоть до его полосатого хвоста. (Чжуан Чжао и Лида Син) 
Автор, Ричард Стоун, на ископаемом участке. (Предоставлено Ричардом Стоуном) 
В учебниках говорится, что археоптерикс, живший около 150 миллионов лет назад, был первой птицей. (Роджер Петерсон / National Geographic Stock) 
Некоторые палеонтологи теперь говорят, что Археоптерикс, возможно, был пернатым не-птичьим динозавром. (Ким Амос / Научная фототека / Исследователи фото) 
Некоторые динозавры ведут себя отчетливо, как птицы, например, гнездятся и размышляют. Здесь показан частично реконструированный ископаемый Овираптор из Монголии с 20 яйцами. (Getty Images) 
Одно из самых неожиданных окаменелостей Китая в Microraptor . У него было четыре крылатых члена, и почти наверняка он мог летать. Но в отличие от птиц он не избежал вымирания. (Мэтт Кашор / Университет Нотр-Дам) 
За последние 15 лет тысячи древних сохранившихся ископаемых птиц появились из древнего русла озера, называемого Исианская свита. (Гильберт Гейтс)
