Самое длинное перо, найденное в янтаре, дает подсказки о происхождении полета

Фото из открытых источников

Перо с опахалом, застрявшее в бирманском янтаре около 99 миллионов лет назад, в сеноманский период мелового времени, является самым длинным из описанных на сегодняшний день трехмерно сохранившихся образцов такого рода. Статья с результатами нового исследования была опубликована в журнале Gondwana Research.

«Перья, основные кожные структуры нептичьих динозавров и птиц, отличаются большим разнообразием морфологии и функций, при этом форма сильно ограничивает их функциональные возможности», — заявили профессор Шуо Ван из Восточно-Китайского педагогического университета и его коллеги.

Появление перьевых перьев широко рассматривается как ключевое эволюционное нововведение, связанное с происхождением маховых и/или рулевых перьев в период перехода от тероподов к птицам, и поэтому обычно считается морфологическим показателем способности к полету.

Однако до сих пор неясно, как ранние перья привели к появлению современных перьевых структур с оптимизированными аэродинамическими характеристиками.

«Крупные перья, похожие на перья, известны в основном у тероподов из отряда Pennaraptora, тогда как у более базальных таксонов, таких как Yutyrannus и Sinosauropteryx, сохранились только нитевидные покровы без дифференциации рахисов и опахал, что согласуется с отсутствием аэродинамической функции», — поясняют ученые.

Большинство крупных ископаемых перьев сохранились в виде обугленных отпечатков, в которых редко сохраняются тонкие структурные детали, такие как крючки бородки и ультраструктура кератина.

Соответственно, аэродинамические характеристики в значительной степени определялись на основе общей морфологии перьев, при этом прямая оценка того, как детальная архитектура перьев влияет на аэродинамическую функцию, была ограничена.

В новом исследовании ученые проанализировали образец мелового янтаря из Мьянмы, содержащий перовидное перо.

Этот экземпляр, каталогизированный под номером ECNU A0033, был передан в 2016 году анонимным коллекционером-любителем в Биологический музей Восточно-Китайского педагогического университета.

«Сохранившаяся часть пера имеет длину приблизительно 105 мм, при этом максимальная ширина симметричных опахал достигает около 40 мм», — заявили ученые. «Судя по общим пропорциям, отсутствующий проксимальный сегмент составляет приблизительно четверть его первоначальной длины, что позволяет предположить, что длина всего пера, вероятно, превышала 140 мм».

Перо имеет два приблизительно симметричных опахала, состоящих из плотно расположенных ветвей, называемых бородками.

В целом, его внешний вид напоминает современные перья, используемые для полёта. Однако при более тщательном изучении были выявлены важные различия.

Крошечные структуры, которые обычно соединяют соседние бородки, известные как бородки, лишены крючков, в результате чего опахала лишаются того сцепного соединения, которое помогает современным перьям сохранять непрерывную поверхность.

Центральный стержень пера, или рахис, также оставался структурно неполным. Вместо того чтобы образовывать полностью замкнутую полую структуру, он имел открытую нижнюю сторону и не обладал внутренней дифференциацией тканей, характерной для современных перьев.

Компьютерное моделирование показало, что такая открытая конструкция делает перо значительно более гибким в потоке воздуха, чем модель с цельным цилиндрическим стержнем.

Сочетание этих признаков позволяет предположить, что различные компоненты перьевых перьев развивались не одновременно.

Вместо этого, удлинение перьев и развитие упорядоченных опахал, возможно, предшествовали появлению переплетающихся бородок и полностью дифференцированных тканей, которые улучшили механическую прочность и аэродинамические характеристики.

Полученные данные ставят под сомнение предположение о том, что сложное, симметричное оперение обязательно указывает на приспособленность к полету.

Экземпляр уже приобрел большую часть внешней архитектуры, характерной для современных маховых перьев, однако его внутреннее строение и разветвленные структуры позволяют предположить, что его аэродинамические возможности были ограничены.

«ECNU A0033 предоставляет прямые ископаемые доказательства того, что эволюция перьев у пернатых происходила поэтапно и модульно», — заявили авторы. «Его морфология показывает, что основные компоненты строения перьевых перьев возникли не одновременно: существенное удлинение и хорошо развитая симметричная опахала уже сформировались, в то время как смыкание опахал, корково-медуллярная организация и полное механическое совершенствование остистого отростка оставались неполными. Эта разрозненная структура указывает на то, что перья могли приобрести внешне развитую общую форму до того, как установится дифференциация тканей, необходимая для эффективной аэродинамической функции».

Профессор Ван и его соавторы также исследовали меланосомы образца — пигментсодержащие структуры, сохранившиеся в ископаемых перьях.

«Темная пигментация ECNU A0033 соответствует предыдущим сообщениям об окраске перьев у нептичьих тероподов и ранних птиц, что позволяет предположить, что темные или иные приглушенные оттенки были широко распространены среди пернатых динозавров, включая ранних птиц», — заявили они.

Исследователи не смогли идентифицировать животное, у которого было это перо, поскольку оно не сохранилось вместе с диагностическими скелетными останками.

«Тип оперения ECNU A0033 наиболее соответствует тероподам из отряда Pennaraptora, не относящимся к птицам», — считают они.