У птерозавров все-таки были перья, но не для полета, а для красоты

Во-первых, найденный ящер был не птицеподобным динозавром и даже не динозавром вообще, а птерозавром — представителем совершенно другой эволюционной линии, к птицам имеющим лишь косвенное отношение. Во-вторых, перья животного различались по структуре: одни были относительно короткими, простыми и похожими на шерсть, другие — более длинными и разветвленными. Наконец, в-третьих, изучив внутреннюю структуру этих перьев, ученые обнаружили в них окаменевшие следы меланосом, особых органоидов, обеспечивающих окраску животного, — и оказалось, что разные по структуре перья были и окрашены по-разному. Все вместе это делает новую находку одной из самых потрясающих в истории палеонтологии: впервые перьевой покров обнаружен у мезозойского животного за пределами клады динозавров, а это значит, что истоки появления оперения следует искать у еще более древних рептилий.

Рис. 1. Реконструкция внешнего вида тупандактиля (Tupandactylus), «главного героя» обсуждаемого исследования. На задней части головы хорошо видны длинные черные простые перья, а на дальней части затылочного отростка — более сложные, коричневого цвета.

Рисунок © Bob Nicholls с сайта sci-news.com

Перья, вне всяких сомнений, являются замечательным эволюционным достижением, которое во многом определило дальнейших успех птиц и встречалось у самых разных видов динозавров, начиная с середины юрского периода (см. S. L. Brusatte et al., 2015. The Origin and Diversification of Birds и новость Предки птиц, возможно, были четырехкрылыми, «Элементы», 05.10.2009). Однако ранняя история перьев все еще окутана мраком тайны, и долгое время ученым не давал покоя вопрос: а были ли перья у других рептилий, не являющихся динозаврами? В последние годы особенно активно в этом отношении начали обсуждаться птерозавры — летающие ящеры мезозойской эры, для которых еще с XIX века известны отпечатки волосоподобных структур, называемых пикнофибрами. Такие пикнофибры покрывали тела многих видов птерозавров, из которых наиболее известны казахский сордес (Sordes) и китайский жэхэлоптер (Jeholopterus). В 2002 году была опубликована работа, в которой предполагалось, что перья птиц и пикнофибры могут иметь одинаковое происхождение (S. Czerkas, J. Qiang, 2002. A new rhamphorhynchoid with a headcrest and complex integumentary structures). А в январе 2019 года вышла статья, посвященная многообразию пикнофибр, в этом отношении мало уступающих примитивным птичьим перьям (Z. Yang et al., 2019. Pterosaur integumentary structures with complex feather-like branching).

Тем не менее, были ли пикнофибры настоящими перьями? К сожалению, малое количество образцов и их не слишком хорошая сохранность (что вообще типично для остатков птерозавров, см. Тапуннгака — крупнейший птерозавр Австралии, «Элементы», 24.09.2021) не позволяли сделать однозначные выводы об их истинной природе. Как это нередко бывает в палеонтологии, требовались дополнительные находки, чтобы придать той или иной точке зрения решающий вес.

И вот недавно вышла статья международного коллектива ученых, в которой был описан уникальный образец одного из видов птерозавров, сохранившийся с отпечатками примитивного оперения. Находка была сделана в Бразилии, в отложениях нижнемеловой формации Крато (Crato Formation; оттуда же «родом» причудливый динозаврик убиражара, см. В Бразилии найден динозавр с гривой из перьев и кератиновыми «лентами» на плечах, «Элементы», 25.12.2020), и представляет собой неполный череп птерозавра тупандактиля (Tupandactylus) с ассоциированными отпечатками кожи и покровных структур (рис. 2).

Рис. 2. Исследованные остатки тупандактиля (образец MCT.R.1884). a — неполный череп с сохранившимися отпечатками мягких тканей, (b–f) — крупный план покровных структур с задней части черепа, (g–i) — изображения, полученные с помощью сканирующего электронного микроскопа, демонстрирующие наличие меланосом различной формы. Длина масштабных отрезков: a — 50 мм, b — 5 мм, c — 2 мм, d–f — 250 мкм, g–i — 2 мкм.

Рисунок из обсуждаемой статьи в Nature Ecology & Evolution

Оказалось, что на задней стороне черепа тупандактиля росли перья двух видов. Более длинные росли у основания черепа, составляли в длину около 3 сантиметров и были неразветвленными, похожими на волоски. Они напоминают перья I стадии, которые до этого находили у молодых анурогнатовых птерозавров (см. Насекомоядный птерозавр) и некоторых динозавров, таких как бэйпяозавр (R. O. Prum, A. H. Brush, 2002. The Evolutionary Origin And Diversification Of Feathers). Однако выше, у дальнего конца черепного гребня, у тупандактиля росли изогнутые перья более сложного строения (по форме они несколько напоминают перо преорниса, см. Таинственный преорнис) длиной около 5 миллиметров. У них уже наблюдаются центральный стержень и ответвляющиеся по всей длине вторичные волокна, придававшие перу «пушистый» вид (см. рис. 2, с–f). Такой способ ветвления напоминает перо III стадии, у которого уже наблюдаются бородки первого порядка (см. Стержень, бородки и крючки). Ранее у птерозавров подобных структур не находили, хотя они известны для некоторых видов динозавров, например, синорнитозавра, приходящегося близкой родней нынешним птицам.

Отдельно авторы заметили, что перья тупандактиля не являются тафономическим артефактом, то есть структурами, образовавшимися уже после смерти животного, в результате процессов разложения и окаменения. В образце встречаются как простые филаменты, так и сложные перья, при этом многие из них изолированы (не накладываются друг на друга), что позволяет правильно оценить их структуру. Разветвленность сложных перьев также не является результатом разложения простых филаментов: их структура правильная и повторяется у всех образцов. Вдобавок, эти перья четко локализованы (присутствуют только на затылочном отростке животного) и внешне отличаются как от простых филаментов, располагающихся ниже, так и от сохранившихся волокон кожи, которые были обнаружены на собственно черепном гребне.

Рис. 3. a — прорисовка головы тупандактиля с перьями различной формы на нижней и верхней части затылочного отростка. b — эволюционное древо Avemetatarsalia, клады, объединяющей птерозавров, динозавров и птиц: как видно, тупандактиль (обозначен красной точкой) приходится остальным оперенным рептилиям довольно дальним родственником.

Рисунок из статьи M. J. Benton, 2022. A colourful view of the origin of dinosaur feathers

Далее команда ученых провела изучение образцов оперения с помощью сканирующего электронного микроскопа и обнаружила в перьях тупандактиля окаменевшие меланосомы — органоиды клетки, содержащие меланины. Ранее подобные структуры уже находили в перьях различных видов динозавров (см., например, Четырехкрылый микрораптор) и пикнофибрах анурогнатовых птерозавров (Z. Yang et al., 2019. Pterosaur integumentary structures with complex feather-like branching), так что ученые уже знают, что меланосомы разной формы отвечают за различные цвета. Однако интересной особенностью тупандактиля является то, что у него меланосомы были тканеспецифичными: в коже, простых и сложных перьях по форме они отличались друг от друга.

В простых перьях меланосомы были палочковидной формы, в разветвленных перьях — яйцевидной, а в коже гребня — яйцевидной (в нижней части гребня) и сфероидной (в верхней части). Яйцевидные меланосомы ранее находили у анурогнатовых птерозавров, а вот палочковидные и сфероидные были обнаружены у летающих ящеров впервые, но при этом все эти типы встречаются у современных животных. Вероятно, при жизни эти меланосомы отвечали за конкретную окраску (палочковидные — за черную, яйцевидные — за более светлую), и птерозавры использовали свое оперение для демонстрации, как это делали их далекие родственники (Перья сначала служили для красоты, а для полета пригодились позже, «Элементы», 01.11.2008). Наличие меланосом разной формы в разных тканях свидетельствует о более древнем, чем считалось ранее, происхождении окрашенных перьев. Возможно, они возникли еще у общего предка птерозавров и динозавров.

Рис. 4. Если предположить, что перья тупандактиля гомологичны птичьим перьям, а не развились независимо (вероятность такого события авторы учитывают, но оценивают как минимальную), то следует признать, что наши старые представления о динозаврах как о чешуйчатых рептилиях абсолютно не соответствуют истине, и, возможно, уже самые древние представители этой группы, такие как этот раннеюрский дилофозавр, были пушистыми «цыплятами-переростками».

Рисунок © kepyle2055 с сайта deviantart.com

По мнению британского палеонтолога Майкла Бентона (Michael J. Benton), из предполагаемого наличия перьев у общего предка динозавров и птерозавров следует, что даже эти древние рептилии, жившие более двухсот миллионов лет назад, уже были в некоторой степени теплокровными. По мере развития перьевого покрова он начал выполнять демонстрационную функцию, и открытие нового образца тупандактиля доказывает, что «для красоты» перья отращивали как динозавры, так и птерозавры. Вероятно, наличие отличного от птичьего летательного аппарата затормозило развитие у птерозавров сложного перьевого покрова, поэтому третью возможную функцию перьев — использование их в полете, — полноценно освоила только небольшая группа динозавров (Динозавры переходили к активному полету минимум трижды, «Элементы», 22.12.2020), которые после вымирания птерозавров стали новыми хозяевами неба.

Источник: Aude Cincotta, Michaël Nicolaï, Hebert Bruno Nascimento Campos, Maria McNamara, Liliana D’Alba, Matthew D. Shawkey, Edio-Ernst Kischlat, Johan Yans, Robert Carleer, François Escuillié & Pascal Godefroit. Pterosaur melanosomes support signalling functions for early feathers // Nature. 2022. DOI: 10.1038/s41586-022-04622-3.

Анна Новиковская, Elementy.