Содержание
Курица не птица, а динозавр: что мешает создать парк юрского периода
Многие из нас в детстве — и не только — зачитывались книгами про динозавров, мамонтов и прочих доисторических животных, а возможно, и мечтали о том, что достижения науки позволят вернуть их к жизни. Это показано, например, в фильме «Парк юрского периода» — по сюжету исследователи обнаружили в древнем куске янтаря москита, внутри которого сохранилась жидкая кровь динозавра. Из этой крови ученые извлекли ДНК, дополнили генетический код кусками кода современных лягушек, а потом вывели живых динозавров и поселили их на изолированный остров. Звучит очень привлекательно и правдоподобно — и не только с точки зрения обывателей: в 2011 году специалисты NASA включили «Парк юрского периода» в перечень самых достоверных научно-фантастических фильмов.
Но что же думают на этот счет палеонтологи? Конечно, ученые занимаются останками динозавров не одно столетие, и знают о них довольно много. Встречаются среди таких работ и довольно забавные — как, например, исследование лауреатов Шнобелевской премии 2015 года в номинации «Биология».
Группа ученых из Чили и США выращивала цыплят до примерно 12-недельного возраста (то есть до половой зрелости), прикрепив к ним сделанные из дерева и полимерной глины хвосты конической формы, максимально приближенной к форме хвостов динозавров. Длина «протезов» приблизительно равнялась длине тела цыпленка, и на протяжении эксперимента размер хвостов увеличился от 9 до 28 сантиметров. Центр тяжести птиц смещался, и их походка изменилась — движения цыплят стали имитировать тероподов, то есть двуногих динозавров.
Конечно, исследователи развлекались не просто так. Птицы — не просто ближайшие ныне живущие родственники динозавров. С недавних пор ученые стали относить птиц не к потомкам ящеров, а непосредственно к ним: сейчас пернатых относят к тероподам — подотряду двуногих динозавров, как правило, хищных (наверно, самый известный представитель тероподов — тираннозавр, но иногда встречались всеядные и травоядные тероподы). Они перемещались на задних лапах, на передних же находились длинные когтистые пальцы, которыми животные собирали корм и помогали себе ловить добычу.
Походка рептилий отличалась от птичьей: в неподвижном вертикальном положении их бедренные кости занимали более вертикальную позицию, а ноги двигались «от бедра» — современные же птицы активно сгибают коленные суставы. Лауреаты Шнобелевской премии заключили: результаты их работы доказывают, что умелые манипуляции с цыплятами в период их активного роста могут существенно расширить знания ученых о том, как двигались двуногие динозавры.
Это забавное исследование — лишь вершина айсберга работы палеонтологов, которые пытаются проникнуть в тайны жизни динозавров при помощи цыплят. Вернемся к «Парку юрского периода» — научным консультантом этого фильма был ученый Джек Хорнер, посвятивший несколько десятилетий своей карьеры исследованиям динозавров, автор более сотни научных публикаций и нескольких научно-популярных книг. Ученый известен в том числе описанием майязавров — рода травоядных динозавров. Вместе с костями первого майязавра было найдено гнездо с останками его яиц, эмбрионами и детенышами, а затем, в той же местности, — и множество других гнезд.
Эти находки стали первыми в своем роде и помогли ученым понять много нового о социальном устройстве сообществ динозавров. Стало ясно, что рептилии — по крайней мере, некоторые из них — строили гнезда, жили колониями, заботились о потомстве и передвигались внушительными стадами. Все это было показано и в «Парке юрского периода» — благодаря консультациям палеонтолога.
Но исследователь не хотел ограничиваться раскопками. «У меня было две мечты: я хотел стать палеонтологом и иметь домашнего динозавра. К этому я стремился всю свою жизнь», — говорит Хорнер. В 1993 году на экраны вышел «Парк юрского периода». В этом же году Хорнер и его коллеги работали над получением ДНК динозавра — им удалось выиграть на этот проект грант от Национального научного фонда США. Ученые обнаружили бедренную кость тираннозавра возрастом около 65 млн лет, внутри которой было нечто похожее на кровеносные сосуды с красными кровяными тельцами внутри. Они не содержат ДНК, однако в них нашлись гемы — соединения порфиринов с железом, которые входят, например, в состав гемоглобина.
В 2003 году в геологической формации Хелл-Крик (штат Монтана, США) группа палеонтолога нашла еще одного тираннозавра, которого ученые назвали B-rex. Мэри Швайцер, коллега Хорнера, выяснила, что B-rex была самкой: в костномозговой полости находился особый тип ткани, который образуется у птиц перед откладкой яиц. В 2007 году из той же кости Швайцер впервые в мире удалось получить белки динозавра — но все еще не ДНК. После длительных опытов, организации полноценной полевой лаборатории и исследований множества образцов Хорнер пришел к выводу, что получить ДНК динозавра в принципе невозможно — она попросту не способна сохраняться в течение десятков миллионов лет.
Поэтому ученые решили взять в качестве базы птиц и как бы «повернуть эволюцию вспять» — воспользоваться механизмом активации атавизмов. Атавизм — это появление у живого организма признака, который был свойственен его отдаленным предкам. У человека такими приветами из прошлого могут быть, например, сплошной волосяной покров на теле, дополнительная пара молочных желез или хвостовидный придаток.
А для цыплят атавизмами будут зубы, длинный хвост или трехпалые лапы вместо крыльев.
Одним из первых достижений ученых на пути превращения курицы в динозавра стали зубастые цыплята. Их в 2006 году получили Мэттью Хэррис (Институт эволюционной биологии Макса Планка, Германия) и Джон Фэллон (Висконсинский университет в Мадисоне, США) — они нашли способ активировать ген, отвечавший за развитие зубов у динозавров. Конечно, в лаборатории ученых не появились клыкастые курицы. Зубы были небольшие, однако вполне определенной формы — конической саблевидной, напоминающей зубы современных крокодилов или аллигаторов.
В 2011 году Хорнер рассказывал о совместной работе с ученым Гансом Ларссоном из Университета Макгилла (Канада) — они пытались понять, какие гены отвечают за формирование птичьего крыла. Когда цыпленок находится в стадии эмбриона, кости его верхних конечностей выглядят точно так же, как передние лапы археоптерикса — животного, обитавшего в юрском периоде и занимавшего промежуточное положение между рептилией и птицей, — на снимках четко выделяются три раздельных пальца.
Когда цыпленок взрослеет, пальцы срастаются и превращаются в цельное крыло, — значит, срастание надо предотвратить. То же самое и с хвостом: у эмбрионов он довольно длинный, но позже его развитие замедляется по сравнению с ростом тела.
Работу по поиску и «выключению» двух генов, отвечающих за срастание пальцев и «отмирание» хвоста, Джек Хорнер назвал проектом «Создать динозавра» (Build a Dinosaur Project). Большую часть исследований профинансировал создатель «Звездных войн» — режиссер Джордж Лукас. В 2014 году Хорнер с коллегами опубликовал работу, посвященную эволюции хвоста динозавров, и тогда же предположил, что на получение живого динозавра (или «курицезавра», как прозвали творения палеонтолога) уйдет около 10 лет — то есть это случится примерно к 2024 году. Тем не менее пока — в 2020 году — о дальнейших успехах группы Хорнера и его проекта новостей нет.
Зато есть другие первопроходцы в этой области. В 2015 году группа американских исследователей сообщила, что им удалось найти две цепочки генов, отвечающих за формирование птичьего клюва, и вывести зародышей цыплят без этого важного органа — зато с полноценной динозавроподобной челюстью, наподобие той, что была у археоптериксов или анхиорнисов.
Изменения затронули и кости черепа. Авторы работы отказались от дальнейших исследований в этом направлении, так как не ожидали такого результата — они заявили, что не хотят становиться частью проектов по «воскрешению» динозавров, весьма неоднозначных с этической точки зрениях. А в 2016 году коллектив из Чили и Китая сумел модифицировать работу генов таким образом, что в итоге получился зародыш цыпленка с удлиненными малыми берцовыми и укороченными большими берцовыми костями, — то есть задними ногами, по строению соответствующими ногам динозавра.
Так что работа над «курицезавром» продолжается — и весьма вероятно, что в недалеком будущем старания ученых все же увенчаются успехом. Несмотря на то что многие специалисты негативно относятся к подобным экспериментам по этическим причинам, работы генетиков и биологов смогут послужить и людям — например, изучение эволюции хвоста может быть полезным для разработки новых методов лечения травм позвоночника. Кстати, такие же споры кипят и вокруг идей о «воскрешении» мамонтов.
Генетические данные этих животных довольно хорошо изучены, однако клонирование, во-первых, невозможно, потому что целых молекул ДНК до сих пор получено не было, а во-вторых, специалисты сомневаются в его целесообразности. В 2015 году Винсент Линч (Чикагский университет), который в составе группы коллег осуществил глубокое секвенирование геномов двух шерстистых мамонтов, заявил: его работа в первую очередь направлена на изучение молекулярной эволюции древних животных, а не их воссоздание, хотя теоретически это может стать реальностью.
Полагаю, что со временем мы получим техническую возможность это сделать. Однако вопрос здесь заключается в том, стоит ли осуществлять подобный проект. Я лично считаю, что нет. Мамонты вымерли, и среды, в которой они жили, тоже больше нет. Существует множество животных, стоящих на грани вымирания, и мы должны спасать именно их.
Винсент Линч
Доцент Чикагского университета
Впрочем, группа Линча не ограничилась теоретическим изучением генома вымерших животных.
Ученые изменили один из генов подопытных мышей так, чтобы он соответствовал гену мамонтов. Этот ген (TRPV3) отвечает за ощущение организмом температуры воздуха и развитие кожного и шерстяного покровов. В результате ученые получили мышей, стремящихся проводить больше времени не в теплых, а прохладных местах, а шерсть грызунов стала более длинной и волнистой.
Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.
Подписывайтесь на Indicator.Ru в соцсетях: Facebook, ВКонтакте, Twitter, Telegram, Одноклассники.
Птицы возникли в результате эволюции травоядных динозавров
Наука
Распространенное мнение, что предками птиц были плотоядные динозавры, является спекуляцией. Так считают американские палеонтологи, которые сопоставили анатомические особенности ископаемых животных c их «диетой» и пришли к выводу, что птицы возникли в результате эволюции травоядных динозавров.
Руки-крылья из Китая
Для лимизавра прогулка по болотам юрского периода 159 миллионов лет назад закончилась весьма плачевно, зато…
18 июня 12:15
Согласно наиболее распространенным в научной среде представлениям, самым древним из известных видов птиц считается археоптерикс. Это означает, что птицы являются потомками одного из подвидов тероподов — представителей подотряда ящеротазовых динозавров. Название «тероподы» в переводе с греческого означает «звероногие». Раньше ученые делили всех тероподов на больших (карнозавры) и маленьких (целурозавры). Затем стало понятно, что это неправильно, потому что среди целурозавров были такие гигантские особи, как, например, тираннозавр.
Были среди целурозавров и предки археоптерикса, то есть предки современных птиц. Считается, что в большинстве своем тероподы (и, в частности, целурозавры) были хищниками. Но теперь, видимо, от этих представлений предстоит отказаться.
Ученые Музея естественной истории имени Филда (Чикаго) Линдсей Жанно и Питер Маковицкий установили, что птицы произошли от тех тероподов, которые не были плотоядными.
Соответствующая работа опубликована в Proceedings of the National Academy of Sciences.
close
100%
Комнатный тираннозавр
Найденные в Китае останки динозавра не просто похожи на уменьшенного в несколько раз знаменитого тираннозавра…
19 сентября 13:12
«Большинство тераподов четко вело образ жизни хищника, — говорит Линдсей Жанно. – Но на той линии эволюции, которая ведет к птицам, хищники дали слабину».
Определить «диету» вымерших видов животных — непростая задача. В подавляющем большинстве случаев у палеонтологов нет ничего, кроме окаменелых костей и зубов. Иногда по этим костям и зубам достаточно легко понять, чем питался их обладатель — острые зубы тираннозавра не позволяют предположить что-то другое, чем то, что он был опасным хищником. Но многие динозавры (в частности, из группы целурозавров) имеют зубы, по форме которых не сразу можно понять, в чем была их функция: то ли вырывать мясо с косточки поверженного врага, то ли тщательно пережевывать свежие сочные стебли растений.
«Эти странные динозавры были предметом многочисленных спекуляций, но до сих пор у нас не было надежного способа понять, чем же они питались на самом деле», — говорит Маковицкий.
Химия их связала
Динозавры близко связаны с птицами, по крайней мере, в особенностях химического состава. Таковы результаты…
18 мая 15:55
Впрочем, у некоторых видов сохранились четкие свидетельства их «диеты», такие, как окаменелые навоз динозавров и содержимое желудка, а также наличие камней в желудке, что означает их использование в качестве «мельницы» для перемалывания растений и, как следствие, лучшего пищеварения. Жанно и Маковицкий собрали подобные данные почти для ста видов целурозавров. Затем они провели статистический анализ, сопоставив данные о «диете» со строением имевшихся у них челюстей и зубов динозавров. В результате им удалось определить порядка двух десятков отличительных анатомических особенностей, статистически свидетельствующих о том или ином типе питания этих животных.
«Как только мы это сделали, мы смогли сказать и про многие другие виды тероподов, являются ли они хищниками или нет», — сказал Жанно.
В конечном итоге ученые пришли к выводу, что большинство тероподов, вопреки распространенному мнению, являются травоядными. В частности, это касается целурозавров — тех тероподов, которые являются предками современных птиц. «Наше исследование показывает, что раньше мы делали свои выводы на основе спекуляций», — заявила Жанно.
Изучение целурозавров как предков современных птиц является очень важной задачей, так как до конца современная наука не может ответить на вопрос, как и при каких условиях предки первых птиц начали летать.
Выросли на траве
Масштабная работа, посвященная эволюции млекопитающих, наглядно показала, как вымирание динозавров 65…
26 ноября 15:41
«Мы не знаем, что заставило их начать летать. Поиск пищи на деревьях является лишь одной из многих возможностей», — признает Линдсей Жанно.
Важность данной работы состоит в том, что использование статистического анализа для обнаружения корреляции между анатомическими особенностями и «диетой» для динозавров может стать новым методом, позволяющим проследить эволюции живых организмов.
«То, что мы в состоянии с высокой долей вероятности установить, чем питались вымершие животные, позволяет нам приступить к изучению еще более широких вопросов, например, таких, как имеют ли животные тенденцию увеличиваться в своих размерах или, например, когда и зачем они становятся травоядными», — подытожил Пол Маковицкий.
Подписывайтесь на «Газету.Ru» в Новостях, Дзен и Telegram.
Чтобы сообщить об ошибке, выделите текст и нажмите Ctrl+Enter
Новости
Дзен
Telegram
Картина дня
Военная операция на Украине. День 313-й
Онлайн-трансляция специальной военной операции ВС РФ на Украине — день 313
Сколько можно выпить, чтобы утром сесть за руль
Врач-нарколог Болонкин рассчитал скорость вывода алкогольных напитков из организма
«Запасы многих редкоземельных металлов близки к исчерпанию»: нужна ли человечеству лунная база?
Астроном Владислав Шевченко объяснил, какие полезные ископаемые можно добывать на Луне
Власти: украинский разведывательный беспилотник сбили ночью на подлете к Воронежу
Командующий дальней авиацией ВКС РФ Кобылаш заявил, что стратегические самолеты применят в СВО
В Киеве снова вводятся отключения электричества
В России проиндексировали пенсии неработающих пенсионеров на 4,8%
Новости и материалы
Футболист сборной Украины осудил турецких болельщиков, пришедших на матч в масках Путина
Энтони Хопкинс рассказал о борьбе с алкоголизмом
Восемь автомобилей попали в ДТП на севере Москвы
В Госдуме предложили освободить школьников от оплаты общественного транспорта зимой
На Netflix вышел сериал-ограбление «Калейдоскоп», где серии можно смотреть в любом порядке
Автоэксперт Баканов посоветовал не заливать в машину масло под брендом сетевых магазинов
Стримерша Amouranth отказалась переспать с Ильей Мэддисоном
Украинская легкоатлетка раскритиковала решение УЕФА провести юношеский турнир в России
Американский офицер Орр назвал электромагнитный удар самой опасной военной угрозой для США
Рогов сообщил, что ВСУ обстреляли из HIMARS дома в Васильевке
«Аватар 2» собрал более $1,38 млрд и стал 15-м самым кассовым фильмом в истории
Главный тренер «Аль-Нассра» заявил, что до подписания Роналду он хотел заполучить Месси
Великобритания планирует избавиться от зависимости от российского урана за 75 млн фунтов
В РСТ назвали самые популярные у россиян безвизовые страны
В Абхазии разыскивают местного жителя после убийства гражданина России
Касаткина проиграла в первом круге турнира в Аделаиде 102-му номеру рейтинга WTA
МИД РФ: власти Косово берут курс на эскалацию, опираясь на поддержку США и ЕС
Глава Киевской обладминистрации Кулеба соощил о повреждении объекта инфраструктуры
Все новости
Имбирь от похмелья и отказ от десертов.
Как пережить новогодние праздники
Врачи назвали способы провести новогодние застолья без вреда для организма
Тест: угадайте, из какого советского мультфильма этот кот
Вспомните советский мультфильм по кадру с символом наступившего года
«Дюна 2», «Оппенгеймер», «Индиана Джонс 5» и еще 12 фильмов, которые мы ждем в 2023 году
Самые ожидаемые фильмы 2023 года: выбор «Газеты.Ru»
S.T.A.L.K.E.R. 2, Atomic Heart и еще пять игр, которые нельзя пропускать в 2023 году
Семь самых ожидаемых видеоигр 2023 года для ПК, Xbox и PlayStation
Тест: какое вы блюдо на новогоднем столе
Ответьте на пять вопросов и узнайте свой кулинарный архетип
Сырая жеребятина и кхъуейжьапхъэ. Какие блюда готовят в Новый год народы России
Россияне из разных регионов рассказали, какими блюдами в их народе принято встречать Новый год
Гардемарин и продюсер Шаталин: Сергею Жигунову — 60
Вилка в желудке, пенопласт в ухе: как иногда заканчивается новогоднее застолье
Врачи рассказали о необычных инородных телах, которые попадают в ЖКТ и нос
Шакшука с сыром и крем-суп с кокосом: что взбодрит 1 января
Шеф-повара поделились рецептами «похмельных» блюд
Тест: в каком новогоднем фильме снимался этот автомобиль
Угадайте машины, которые вы видели в праздничных комедиях
Военная операция РФ на Украине.
День 312-й
Онлайн-трансляция специальной военной операции ВС РФ на Украине — 312-й день
На Украине воздушная тревога. Часть Киева остается без света
Мэр Киева Кличко сообщил о взрывах и призвал жителей оставаться в укрытии
120 тыс. человек. Осенний призыв в России завершен
Минобороны объявило о завершении осеннего призыва
Как динозавры уменьшились и стали птицами
Из Журнал Quanta ( найти оригинал здесь ).
Современные птицы произошли от группы двуногих динозавров, известных как тероподы, к которым относятся высокий Tyrannosaurus rex и более мелкие велоцирапторы. Тероподы, наиболее тесно связанные с птицами, обычно весили от 100 до 500 фунтов — гиганты по сравнению с большинством современных птиц — и у них были большие морды, большие зубы и немного между ушами.
Например, у велоцираптора был череп, как у койота, и мозг размером примерно с голубиный.
В течение десятилетий единственным ископаемым связующим звеном между птицами и динозаврами для палеонтологов был археоптерикс, гибридное существо с оперенными крыльями, но с зубами и длинным костлявым хвостом динозавра. Эти животные, по-видимому, приобрели свои птичьи черты — перья, крылья и полет — всего за 10 миллионов лет — всего лишь вспышка во времени эволюции. «Кажется, археоптерикс полностью проявил себя с характеристиками современных птиц», — сказал Майкл Бентон, палеонтолог из Бристольского университета в Англии.
Чтобы объяснить эту чудесную метаморфозу, ученые выдвинули теорию, которую часто называют «обнадеживающими монстрами». Согласно этой идее, крупные эволюционные скачки требуют крупномасштабных генетических изменений, качественно отличных от рутинных модификаций внутри вида. История гласит, что только такие существенные изменения в коротком промежутке времени могли объяснить внезапное превращение из 300-фунтового теропода в доисторическую птицу размером с воробья Iberomesornis .
Но становится все более очевидным, что история о том, как динозавры породили птиц, гораздо более тонкая. Открытия показали, что специфические особенности птиц, такие как перья, начали появляться задолго до эволюции птиц, что указывает на то, что птицы просто адаптировали ряд ранее существовавших особенностей для нового использования. И недавние исследования показывают, что несколько простых изменений, среди которых принятие во взрослом возрасте более похожей на детскую форму черепа, вероятно, сыграли важную роль в окончательном толчке к птичьему капюшону. Мало того, что птицы намного меньше, чем их предки-динозавры, они очень похожи на эмбрионы динозавров. Такие приспособления, возможно, проложили путь к отличительным чертам современных птиц, а именно к их способности летать и их удивительно проворным клювам. Работа демонстрирует, как огромные эволюционные изменения могут быть результатом серии небольших эволюционных шагов.
Призрачный прыжок
В 1990-х годах приток новых окаменелостей динозавров из Китая преподнес небольшой сюрприз.
Хотя у многих из этих окаменелостей не было крыльев, у них было богатое оперение, от пушистых щетинок до полностью сочлененных перьев. Открытие этих новых промежуточных видов, заполнивших разрозненную летопись окаменелостей, вызвало изменение в том, как палеонтологи понимали переход от динозавров к птицам. Перья, которые когда-то считались уникальными для птиц, должны были развиться у динозавров задолго до того, как появились птицы.
Сложный новый анализ этих окаменелостей, который отслеживает структурные изменения и показывает, как образцы связаны друг с другом, подтверждает идею о том, что черты птиц эволюционировали в течение длительного периода времени. В исследовании, опубликованном прошлой осенью в Current Biology , Стивен Брусатте, палеонтолог из Эдинбургского университета в Шотландии, и его сотрудники исследовали окаменелости целурозавров, подгруппы теропод, которые произвели археоптерикса и современных птиц. Они отследили изменения ряда свойств скелета с течением времени и обнаружили, что не существует большого прыжка, отличающего птиц от других целурозавров.
«Птица не просто произошла от T. rex за одну ночь, классические черты птиц эволюционировали одна за другой; сначала двуногое передвижение, затем перья, затем поперечный рычаг, затем более сложные перья, которые выглядят как перья гусиного пера, затем крылья», — сказал Брусатте. «Конечным результатом является относительно плавный переход между динозаврами и птицами, настолько, что вы не можете просто провести границу между этими двумя группами».
Но как только эти птичьи черты появились, птицы взлетели. Изучение целурозавров Брусатте показало, что как только появились археоптерикс и другие древние птицы, они начали развиваться намного быстрее, чем другие динозавры. Обнадеживающая теория монстров была почти с точностью до наоборот: всплеск эволюции не произвел птиц. Скорее, птицы произвели всплеск эволюции. «Похоже, что птицы столкнулись с очень успешным новым строением тела и новым типом экологии — полетом небольшого размера — и это привело к эволюционному взрыву», — сказал Брусатте.
Как важно быть маленьким
Хотя большинство людей могли бы назвать перья или крылья ключевой характеристикой, отличающей птиц от динозавров, небольшой рост группы также чрезвычайно важен. Новые исследования показывают, что предки птиц быстро уменьшались в размерах, что указывает на то, что миниатюрный размер был важной и полезной чертой, вполне возможно, важным компонентом в эволюции птиц.
Как и другие особенности птиц, уменьшение размеров тела, вероятно, началось задолго до того, как эволюционировали сами птицы. Исследование, опубликованное в Наука в прошлом году обнаружила, что процесс миниатюризации начался намного раньше, чем ожидали ученые. Некоторые целурозавры начали сокращаться еще 200 миллионов лет назад — за 50 миллионов лет до появления археоптерикса. В то время большинство других линий динозавров становились больше. «Миниатюризация необычна, особенно среди динозавров, — сказал Бентон.
Это сокращение ускорилось, когда предки птиц отрастили крылья и начали экспериментировать с планирующим полетом.
В прошлом году команда Бентона показала, что эта линия динозавров, известная как паравы, сокращается в 160 раз быстрее, чем растут другие линии динозавров. «Другие динозавры становились больше и уродливее, в то время как эта линия постепенно становилась все меньше и меньше», — сказал Бентон. «Мы считаем, что это ознаменовало событие интенсивного отбора, происходящего в тот момент».
Быстрая миниатюризация предполагает, что более мелкие птицы должны были иметь сильное преимущество перед более крупными. «Возможно, это снижение открывало новые места обитания, новый образ жизни или даже имело какое-то отношение к изменению физиологии и роста», — сказал Брусатте. Бентон предполагает, что преимущество быть размером с пинту могло появиться, когда предки птиц переселились на деревья, которые были полезным источником пищи и укрытия.
Но какими бы ни были причины, маленький рост, вероятно, был полезным предшественником полета. Хотя более крупные животные могут планировать, для настоящего полета с помощью взмахов крыльев требуется определенное соотношение размера крыльев и их веса.
Птицам нужно было стать меньше, прежде чем они могли подняться в воздух больше, чем на короткий полет.
Детское лицо
В 2008 году Архат Абжанов, биолог из Гарвардского университета, был по локоть в яйцах аллигаторов. Поскольку аллигаторы произошли от общего предка с динозаврами, они могут служить полезным эволюционным сравнением с птицами. (Несмотря на внешний вид, птицы более близки к аллигаторам, чем ящерицы.) Абжанов изучал позвонки аллигаторов, но больше всего его поразила птичья форма их голов; Эмбрионы аллигаторов были очень похожи на цыплят. Окаменевшие черепа детенышей динозавров демонстрируют ту же закономерность — они напоминают взрослых птиц. Имея в виду эти два наблюдения, у Абжанова возникла идея. Возможно, птицы произошли от динозавров, остановив свой путь развития на раннем этапе жизни.
Чтобы проверить эту теорию, Абжанов вместе с Марком Нореллом, палеонтологом из Американского музея естественной истории в Нью-Йорке, Бхартом-Анджаном Бхулларом, в то время докторантом в лаборатории Абжанова, и другими коллегами собрали данные об окаменелостях примерно земного шара, включая древних птиц, таких как археоптерикс, и окаменелые яйца развивающихся динозавров, погибших в гнезде.
Они отслеживали, как форма черепа менялась, когда динозавры превращались в птиц.
Со временем, как они обнаружили, лицо разрушилось, а глаза, мозг и клюв выросли. «Первые птицы были почти идентичны поздним эмбрионам велоцирапторов, — сказал Абжанов. «Современные птицы стали еще более похожими на младенцев и еще меньше изменились по сравнению со своей эмбриональной формой». Короче говоря, птицы напоминают крошечных инфантильных динозавров, способных к размножению.
Этот процесс, известный как педоморфоз, представляет собой эффективный эволюционный путь. «Вместо того, чтобы придумывать что-то новое, он берет то, что у вас уже есть, и расширяет его», — сказал Нипам Патель, биолог-эволюционист из Калифорнийского университета в Беркли.
«Мы все больше и больше видим, что эволюция работает гораздо элегантнее, чем мы предполагали ранее», — сказал Бхуллар, который осенью откроет собственную лабораторию в Йельском университете. «Многочисленные изменения, происходящие в птичьем черепе, могут быть связаны с педоморфозом, с одним набором молекулярных изменений в раннем эмбрионе».
Почему педоморфоз важен для эволюции птиц? Возможно, это способствовало миниатюризации или наоборот. Изменения в размере часто связаны с изменениями в развитии, поэтому отбор на малый размер мог остановить развитие взрослой формы. «Хороший способ сократить последовательность развития — перестать расти на меньших размерах», — сказал Бентон. Детский череп у взрослых также может помочь объяснить увеличенный размер мозга птиц, поскольку у детенышей животных обычно голова больше по сравнению с их телом, чем у взрослых. «Отличный способ увеличить размер мозга — это сохранить детский размер во взрослой жизни», — сказал он.
(Действительно, педоморфоз может лежать в основе ряда важных переходов в эволюции, возможно, даже развития млекопитающих и человека. Наши большие черепа по сравнению с черепами шимпанзе могут быть случаем педоморфоза.)
Более того, педоморфоз помог сделать череп чистым листом, на котором отбор мог создавать новые структуры. Стирая морду, он, возможно, проложил путь к другой наиболее важной особенности птиц: клюву.
Рождение клюва
Проблема с изучением того, что произошло глубоко в эволюционном времени, заключается в том, что невозможно точно знать, что произошло. Ученые никогда не смогут точно расшифровать, как птицы произошли от динозавров или какой набор признаков был необходим для этой трансформации. Но с пересечением трех областей — эволюции, генетики и биологии развития — теперь они могут начать исследовать, как могли возникнуть определенные особенности.
Одним из предметов особого интереса Абжанова является клюв, замечательная структура, которую птицы используют для поиска пищи, очищения, создания гнезд и ухода за птенцами. Он предполагает, что широко распространенный успех птиц связан не только с их способностью летать, но и с их удивительным разнообразием клювов. «Современные птицы развили пару пальцев на лице», — сказал он.
Вооружившись своим пониманием эволюции птиц, Абжанов, Бхуллар и их сотрудники смогли изучить генетические механизмы, которые помогли сформировать клюв.
В новом исследовании, опубликованном в прошлом месяце в Evolution , исследователи показывают, что всего несколько небольших генетических изменений могут превратить морду птицы в морду, напоминающую динозавра.
У современных птиц две кости, известные как предчелюстные кости, сливаются, образуя клюв. Эта структура весьма отличается от структуры динозавров, аллигаторов, древних птиц и большинства других позвоночных, у которых эти две кости остаются отдельными, формируя морду. Чтобы выяснить, как могло возникнуть это изменение, исследователи определили активность двух генов, экспрессирующихся в этих костях, у целого ряда животных: аллигаторов, кур, мышей, ящериц, черепах и эму, живых видов, напоминающих древних птиц. .
Они обнаружили, что у рептилий и млекопитающих было два участка активности, по одному с каждой стороны развивающейся носовой полости. У птиц на руке было гораздо большее единственное пятно, охватывающее переднюю часть лица. Исследователи пришли к выводу, что рисунок аллигатора может служить заменителем рисунка динозавров, учитывая, что у них похожие морды и предчелюстные кости.
Затем исследователи отменили специфический для птиц паттерн экспрессии генов в куриных эмбрионах, используя химические вещества, чтобы заблокировать гены в середине лица. (По этическим соображениям цыплятам не давали вылупиться.)
Результат: у обработанных эмбрионов появилось лицо, более похожее на динозавра. «По сути, они вырастили из эмбриона птицы нечто, больше похожее на морфологию вымерших динозавров», — сказал Тимоти Роу, палеонтолог из Техасского университета в Остине, ранее сотрудничавший с Абжановым.
Результаты показывают, как простые молекулярные изменения могут вызвать серьезные структурные изменения. Абжанов сказал, что птицы «по-новому используют существующие инструменты, чтобы создать совершенно новое лицо». «Они не развили новый ген или путь, они просто изменили контроль над существующим геном».
Подобно исследованиям Брусатта и других, работа Абжанова бросает вызов многообещающей теории монстров, и делает это в генетическом масштабе. Создание клюва не потребовало какого-то особого эволюционного скачка или масштабных генетических изменений.
Скорее, Абжанов показал, что те же самые силы, которые формируют микроэволюцию — незначительные изменения внутри видов, — также движут макроэволюцией, эволюцией совершенно новых признаков и новых групп видов.
В частности, небольшие изменения в том, как регулируются гены, вероятно, привели как к первоначальному созданию клюва, который развивался в течение миллионов лет, так и к разнообразной форме птичьих клювов, которая может измениться всего за несколько поколений. «Мы показываем, что простые нормативные изменения могут иметь большое влияние», — сказал Абжанов.
Бхуллар и Абжанов планируют глубже изучить вопрос о том, как эволюционировали клюв и птичий череп, используя один и тот же подход для управления различными особенностями развития черепа и мозга. «Мы только что коснулись поверхности этой работы, — сказал Бхуллар.
Перепечатано с разрешения Quanta Magazine , редакционно-независимого подразделения SimonsFoundation.org , чьей миссией является расширение понимания науки общественностью путем освещения научных разработок и тенденций в математике, физических науках и науках о жизни.
Как динозавры превратились в птиц
Дейноних жил около 144 миллионов лет назад и является предком современных птиц
Бета-версия
Во время бета-тестирования
статьи для тестирования могут храниться только в течение семи дней.
Создайте список статей для чтения позже. Вы сможете получить доступ к своему списку из любой статьи в Discover.
У вас нет сохраненных статей.
ДИНОЗАВРЫ
Кэти Павид
Это маловероятное родство, но скромный голубь является потомком группы динозавров, в которую также входит могучий T. rex .
Эти два вида имеют замечательное биологическое прошлое. Музейный палеонтолог профессор Пол Барретт объясняет, как наше новое понимание эволюции динозавров меняет образ мышления ученых.
Птицы, которые сегодня заполняют мировое небо, — это живые динозавры, напоминания о далеком и странном прошлом.
Десятилетия крупных новых открытий и исследований убедили исследователей в том, что существует прямая связь между современными видами птиц и динозаврами-тероподами.
Когда-то к динозаврам относились как к увеличенным в размерах ящерицам, но теперь к ним относятся совсем по-другому.
Пол говорит: «Динозавры всегда поражали воображение, но наши взгляды на этих впечатляющих животных постоянно менялись с течением времени.
«Сейчас наше представление о динозаврах сильно отличается от того, что выдвинули первые палеонтологи, работавшие над этими животными».
Ренессанс динозавров
Мы живем в период, который палеонтологи называют «ренессансом динозавров».
Все началось в 1960-х годах с революционного открытия Deinonychus, маленького хищного динозавра, жившего около 115 миллионов лет назад.
Он не только демонстрировал уникальное сходство с птицами, но также оказался умным, быстрым охотником, а не медлительной, утомительной рептилией.
Открытие того, что у Дейнониха были перья, помогло изменить представление палеонтологов о динозаврах
Новая работа над старыми образцами и открытия видов динозавров и ранних птиц в полевых условиях подтвердили идею о том, что динозавры были прямыми предками птиц.
Многие черты и поведение, характерные для современных птиц, были обнаружены и у их предков-динозавров.
Динозавры с перьями
Пожалуй, самым удивительным из всех было открытие динозавров с перьями, полностью изменившее представление научного сообщества об их внешнем виде и поведении.
Аниматроники Deinonychus музея в галерее динозавров украшены перьями, чтобы дать посетителям точное представление о том, как эти животные могли когда-то выглядеть.
Пол говорит: «Современные реконструкции хищных динозавров поразительно похожи на птиц и показались бы совершенно абсурдными многим исследователям девятнадцатого века.
«Наше представление о динозаврах прошло долгий путь от картины 1950-х годов, изображающей вялых чешуйчатых ящериц, к гораздо более динамичному и захватывающему».
Тероподы
Дейноних был тероподом, одним из группы двуногих плотоядных динозавров, в которую также входил Tyrannosaurus rex .
Наши знания об этих существах постоянно меняются по мере обнаружения новых окаменелостей.
Ученые теперь знают, что динозавры развили птицеподобные характеристики задолго до появления Археоптерикс — позднеюрское ископаемое, обычно считающееся древнейшей птицей.
Слева — картина Мориса Уилсона с изображением Археоптерикс , справа — окаменелость «самой ранней птицы» из коллекции Музея
Постепенное эволюционное изменение — от быстро бегающих наземных двуногих теропод к маленьким крылатым летающим птицам — началось, вероятно, около 160 миллионов лет назад.
Возможно, это произошло из-за того, что некоторые мелкие тероподы забрались на деревья в поисках пищи или защиты.
Уменьшение тела
В ходе своей эволюционной истории размер тела некоторых групп теропод постепенно уменьшался — тенденция, которая вместе со многими другими изменениями скелета в конечном итоге привела к появлению птиц.
Пол говорит: «В 1996 году было объявлено о первом пернатом динозавре, и с тех пор появилось много других. Эта работа показала, что Deinonychus , первоначально изображенный как чешуйчатый динозавр, на самом деле был пернатым.