Новости палеонтологии

Для выяснения особенностей полета древних ящеров ученые исследовали 20 птиц пяти различных видов. Исследователи прикрепляли к птицам небольшие устройства для измерения силы тяги, создаваемой крыльями.

Одним из видов был странствующий альбатрос (Diomedea exulans), на которого, согласно современным представлениям, птеродактили походили манерой полета. Эти птицы, размах крыльев которых может достигать 3,7 метров, умело используют энергию горизонтальных воздушных течений (динамическое парение) для преодоления значительных расстояний. Однако когда наступает штиль, они вынуждены махать крыльями, чтобы создавать необходимую подъемную силу для поддержания тела в воздухе.

Используя полученные от птиц данные, ученые провели анализ вероятной схемы полета птеродактиля. По их словам, если масса тела ящера составляла более 40 килограммов, то он не способен был махать крыльями достаточно быстро для того, чтобы удержать себя в воздухе (масса альбатросов, например, не превышает 28 килограммов). Согласно современным представлениям, масса птеродактилей мог достигать 250 килограммов. Это означает, что древние ящеры способны были только к динамическому парению.

Данная работа встретила серьезную критику со стороны археологического сообщества. Согласно современным данным, размах крыльев птеродактилей достигал 15 метров. По словам археологов, масса в 40 килограммов представляется маловероятной для рептилий подобных размеров. Кроме того, считают археологи, работа токийских ученых не учитывает особенности окружающей среды того времени.

Кроме того, специалисты говорят о найденных останках, как о новом виде динозавров. Все 27 особей являются близкими родственниками ранее известных Pachyrhinosaurus canadensis, однако представляют свой собственный подвид. По словам Филипа Курри из Университета Алберты, при жизни все динозавры имели чрезвычайно мощную костную структуру, длинный нос и глаза, расположенные на самом верху черепа. Также обращает на себя внимание тот факт, что в составе костной ткани ящеров кератина значительно больше, чем у их ближайших биологических родственников.

Тела Pachyrhinosaurus имели множественные костные выступы, как у современных носорогов, что по мнению ученых было природным механизмом защиты от более крупных хищников.

Канадские ученые отмечают, что ранее на северо-западе Алберты не было сделано никаких находок, свидетельствующих об обитании здесь динозавров, несмотря на то, что раскопки идут уже почти 30 лет.

Следы были оставлены существом в мягкой прибрежной почве 570 миллионов лет назад на территории современного штата Невада. Они представляют собой малозаметную череду точек диаметром около двух миллиметров. Ученые полагают, что следы принадлежат древнему членистоногому, напоминавшему современных многоножек. При этом исследователи затрудняются сказать, какой длины были конечности существа или сколько было этих "ног".

Похожие окаменелые следы были обнаружены несколько лет назад в Канаде и в Китае. Возраст первых составил около 520 миллионов лет, возраст вторых – около 540 миллионов лет. По словам авторов работы, обнаруженные следы являются не только самыми старыми на Земле, но и доказывают тот факт, что конечности у живых организмов появились более 570 миллионов лет назад. Ранее считалось, что до этого времени планету населяли в основном одноклеточные и простейшие многоклеточные, однако ничего, чтобы могло "ходить", тогда еще не было.

Основной сложностью в исследовании организмов того периода является то, что их тела состояли в основном из мягких тканей, которые плохо поддаются "окаменению", поэтому узнать как выглядит существо, оставившие древние следы, не представляется возможным.

Обнаруженные останки принадлежали 30-сантиметровой рептилии, жившей в этом регионе 210 миллионов лет назад. Первые фрагменты останков (часть шейного позвонка) этого вида, получившего имя Chinlechelys tenertesta, были обнаружены более 10 лет назад. Еще тогда ученые заподозрили, что перед ними предок современных черепах, однако этот факт до недавнего времени подвергался сомнению, пока исследователям не удалось обнаружить другие фрагменты скелетов этого вида.


Этозавр (Paratypothorax) очень похож на предложенную вторую стадию эволюции черепах (смотрите ниже) (фото dinotime.de).

По словам ученых, новая находка подтверждает представления о появлении панциря у современных черепах. Считается, что в ходе эволюции защитные пластины на теле рептилий срослись, образовав цельный панцирь. В чем "выгода" именно такой защиты ученые объяснить пока не могут.

Найденный вид относится к триасовому периоду (250 -200 миллионов лет назад). Останки черепах из последовавшего за ним Юрского периода являются, по словам археологов, "настолько частой находкой, что исследователи просто прекратили их собирать." Кости черепах из триасового периода, напротив, относительно редки. Ученые полагают, что это связано с условиями обитания, которые затрудняли процесс окаменения тела после смерти животных.

Мартин Сандер (P. Martin Sander) из Боннского университета (Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität) и Маркус Клаусс (Marcus Clauss) из университета Цюриха (UZH) предложили своё объяснение такому эволюционному успеху. В отличие от утконосых или рогатых динозавров, полагают учёные, зауроподы питались "необработанной" растительностью – что в конце концов и привело к увеличению их размеров.

Отчёт об этой работе опубликован в журнале Science.

В общем случае измельчение пищи и обработка её слюной способствуют пищеварению. Но не для брахиозавров, которые придерживались несколько иной тактики – развили сверхпрочные желудки, куда можно было поместить большое количество грубой провизии на "переработку".

Поскольку зауроподам были не нужны большие челюсти для пережёвывания пищи, их голова оставалась небольшого размера. Что, в свою очередь, дало возможность вырастить длинную шею для доступа к калорийной растительности.

А с эксклюзивным доступом к самым нежным и сочным листьям, динозавры-вегетарианцы получили возможность почти неограниченно укрупниться – их рост составлял более 17 метров, а в длину они достигали 40 метров и более. По крайней мере, так считают авторы исследования.

Кстати, по мнению учёных, именно гигантизм зауроподов привёл к появлению крупных хищников.

В найденной породе Кембрийского периода (542 – 488 миллионов лет назад) исследователи обнаружили следы 20 ракообразных, расположенных в цепочку друг за другом. Ученые полагают, что конечности (которые не подверглись окаменению и не сохранились) "креветок" были при жизни сцеплены для того, чтобы при движении цепочка не распадалась.

Ученые предполагают, что древние ракообразные объединялись в подобные группы в периоды миграции. По словам биологов, другие причины отпадают. Совместное питание в такой группе было невозможно потому, что рот рачка блокировался хвостом последующего члена цепи. Некоторые современные организмы (например, асцидии) собираются подобным образом в периоды размножения. Так как у современных ракообразных подобных "привычек" в периоды размножения не наблюдается, исследователи заключили, что эта причина также является маловероятной.

По словам ученых, поведение обнаруженных ископаемых является одним из самых ранних примеров коллективного поведения у живых организмов.

Анализ ДНК показал, что геном этого организма состоит из 2157 генов. По словам ученых, у D. audaxviator присутствуют гены, которые указывают на то, что он способен получать углерод, разлагая органическую материю (включая мертвых сородичей). Когда органики рядом не оказывается, организм "добывает" углерод из альтернативных источников: углекислого газа, оксида углерода (угарного газа) и эфира муравьиной кислоты.

Несмотря на то что у микроорганизма присутствует особый фермент (нитрогеназа), позволяющий ему использовать атмосферный азот, свои потребности в этом элементе он восполняет при помощи молекул аммиака и ионов аммония, присутствующих в окружающей породе и воде. Энергию D. audaxviator получает из химических реакций с участием водорода, который образуется в результате распада молекул воды под воздействием радиации залегающих вблизи урановых руд.

Исследователи предполагают, что предки этого микроорганизма обитали на поверхности миллионы лет назад. В ходе эволюции им удалось адаптироваться к экстремальным условиям "подземного мира". Температура воды, в которой обитают D. audaxviator, может достигать 60 градусов по Цельсию. Кроме этого в окружающей среде почти отсутствует кислород и повышенное содержание щелочи.

По словам ученых, это первый случай, когда удалось обнаружить экосистему, состоящую всего из одного организма. Исследователи предполагают, однако, что подобная система является достаточно неустойчивой: любые изменения в окружающей среде могут вывести ее из равновесия и стать причиной гибели D. audaxviator.

Беннет рассказывает, что в 30-х годах прошлого века американские ученые уже вели на месте находки в штате Массачусетс исследования и раскопки, однако тогда ничего более или менее значимого так и не нашли.

Сейчас же ученым повезло гораздо больше, по данным радиоуглеродного анализа, возраст следов не менее 310 млн лет. Несмотря на то, что следы указывают на довольно примитивное строение тела насекомого, его размеры по сегодняшним меркам выглядят удивительными - в длину древняя муха была около 8 см, кроме того, насекомое не имело конечностей, за исключением крыльев, поэтому можно предположить, что большую часть своей жизни оно проводило в полете.

Исследователи отмечают, что насекомое при посадке всегда садилось "на брюхо", потому и следы о нем так хорошо сохранились. В более поздних отпечатках палеонтологи уже не находили таких четких следов, так как у насекомых появились конечности и садились они при приземлении именно на них.

С геологической точки зрения древняя муха жила на Земле в Каменноугольном периоде (360-286 млн лет назад), когда на планете происходило первичное образование угля. Именно тогда на карте мира впервые появляются очертания величайшего суперконтинента в истории Земли — Пангеи. Пангея образовалась при столкновении Лавразии (Северная Америка и Европа) с древним южным суперконтинентом Гондваной.

Чешуя, плавники и жабры, уплощённое тело — эти черты связывали Tiktaalik с рыбами (собственно, это животное и было рыбой, только необычной). Но похожая на крокодилью голова, специфические кости конечностей и плечевого пояса, полуводный образ жизни – роднили с четвероногими зверями. За эту комбинацию учёные, открывшие Tiktaalik roseae, прозвали диковинную тварь рыбоногом (fishapod).




Про находку Tiktaalik и различные особенности его строения мы детально рассказывали пару лет назад. Напомним только, что одним из ключевых моментов того открытия стали конечности, по своей анатомии промежуточные между плавниками и лапами. Но ведь не только конечности должны были приспособиться к переходу на сухопутный образ жизни.

Ещё, скажем, голова. У рыб она практически не движется относительно туловища, поскольку в воде можно быстро и легко разворачиваться целиком, в поисках еды, или озираясь, не приближается ли противник. На суше лучше обладать подвижной головой, способной вертеться независимо от тела. И тут замечательный рыбоног также являл собой промежуточную модель, показывающую путь данной трансформации.

В 2006-м учёные не смогли описать тонкие детали головы, поскольку многие её части ещё оставались скрытыми в камне. Не один год ушёл на тщательное извлечение новых окаменелостей Tiktaalik, а в их числе — множество недостающих ранее костей черепа и шейного отдела.

Так выяснилось, что у рыбонога была уменьшена кость, называемая hyomandibula. У рыб она влияет на движения головы, связанные с дыханием и поглощением пищи. Но у сухопутных животных (например у млекопитающих) та же косточка радикально уменьшилась в размерах, превратившись в стремечко — косточку в среднем ухе, участвующую в передаче звука.




Это значит, что Tiktaalik roseae, обитая на мелководье, уже в меньшей степени полагались на жаберное дыхание, нежели их предшественники.

Зато "фишаподы" получили возможность куда больше двигать головой, а также подготовили почву для появления слухового аппарата четвероногих животных. К тому же голова стала мощнее и прочнее.

Другие детали этого исследования можно найти в статье его авторов в Nature.

Они нашли на севере Канады (в 960 километрах от полюса) несколько окаменелостей существа, которое является ключевым доказательством океанского происхождения сухопутных животных.

Это был древний речной хищник с костями внутри плавников, подобными по строению лапам сухопутных зверей, достаточно прочными для поддержки тела на земле, с головой, подобной голове аллигатора и рёбрами достаточными, чтобы выдержать вес тела на суше.


Нейл Шубин держит фрагмент "потерянного звена" (фото Dan Dry/University Of Chicago/Associated Press).

Как объясняют исследователи, плечевое соединение, локтевой сустав, кисти – всё это у данного существа настолько развито и прочно, и даже работает подобно своему сухопутному аналогу – конечности, что не вызывает сомнений способность этой твари передвигаться вне воды.

Исследователи нашли несколько окаменелостей от 1,2 до 2,7 метра длиной.

Существо это бесспорно было рыбой. У него была чешуя, плавники и жабры, но оно могло поворачивать свою голову независимо от тела, было способно ползать по земле, примерно так же, как это делают сегодняшние тюлени, и, возможно, даже ходить.

Последнее предположение пока проверить нельзя из-за отсутствия в находках задней части животного.

Данное открытие — лучшее свидетельство того, что рыбы "поднялись" из океанов и рек между 380 миллионами и 360 миллионами лет назад и развились в сухопутных позвоночных, начиная с амфибий и рептилий, и заканчивая млекопитающими и, в конечном счёте, людьми.




"Это чрезвычайно существенно, потому что в то время как мы накопили много свидетельств связи между рыбами и четвероногими животными, оставался незаполненный промежуток, — сказал Ханс Суес (Hans Sues), заместитель директора исследования и коллекций Смитсонианского национального музея естествознания (National Museum of Natural History). — Эту связь мы предсказывали, но приятно видеть, что она действительно существует".

Рыба эта жила 375 миллионов лет назад в экваториальной речной дельте, прежде, чем дрейф континентов переместил континентальный массив к северу. Команда назвала её Tiktaalik Roseae.

Tiktaalik – это инуитское слово, означающее "большая мелководная рыба", а Roseae происходит от имени спонсора исследования, пожелавшего остаться неизвестным.




В связи с находкой вновь всплыл вопрос: зачем, собственно, рыбам потребовалось выходить на сушу и развивать конечности?

Тут есть варианты. Сначала учёные предполагали, что рыбы на протяжении эпох геологических изменений оказались в "ловушке" постепенно (также за многие эпохи) пересыхающих замкнутых водоёмов. Они должны были научиться ходить или умереть.


Ещё одна графика, показывающая эволюцию жизни и роль Tiktaalik в ней (иллюстрация Kalliopi Monoyios).

Но другой вариант предполагает, что мощные конечности понадобились рыбам, чтобы пробираться между плотных водорослей и через полосы высыхающей грязи – постепенно переполнявшие древние водоёмы.

Данная рыба питалась другими рыбами, но и на суше у неё были богатые возможности для "пиршества" – учёным известны выползавшие на берег беспозвоночные, относящиеся к той же эпохе.

Так или иначе, эта находка – важное событие для науки. Интересно, не потребуется ли учёным вводить для этой рыбы дополнительную классификацию на Древе жизни?

Профессор Шубин смеётся: "Это животное является и рыбой, и четвероногим животным; мы в шутку называем его фишапод (fishapod)".

Следы датированы 330 миллионами лет назад. Приблизительно за 30 миллионов лет до этого был завершён плавный переход от лопастепёрых рыб, через амфибий, к первым наземным четвероногим (позже дошедшим в эволюции и до человека). Но данные следы – это первое прямое свидетельство животного, выходившего из моря на берег.

Но кто оставил следы в грязной влажной земле? Анализ Вита, опубликованный в журнале Nature, показывает, что эти следы принадлежали огромному водному скорпиону вида Hibbertopterus.

Если лопастепёрые рыбы почти все вымерли, но всё же дошли до нас в виде "живого ископаемого" — латимерии, а четвероногие заполнили континенты, то водные скорпионы остались на Земле лишь в виде окаменелостей. Hibbertopterus и другие водные скорпионы вымерли 250 миллионов лет назад, ещё до появления динозавров.

Сухопутные скорпионы, некоторые виды крабов — очень дальние родственники водных скорпионов.

Собственно, сам Hibbertopterus был открыт ранее. Но до сих пор учёные спорили: выходил ли он на сушу, и мог ли в принципе там существовать?

Вит заключает: по крайней мере, на короткое время огромный водный скорпион мог покидать море. Пока его жабры оставались влажными — он мог дышать на воздухе.

Длина этого существа составляла 1,6 метра, а ширина 1 метр. Нынешние скорпионы кажутся пигмеями на этом фоне. Сам окаменелый след имеет длину 6 метров и ширину — 1 метр. Это самый большой след от данного вида существ и первый, доказывающий сухопутные путешествия Hibbertopterus.

Можно только удивляться, как доктор Вит извлёк столько информации из нескольких углублений в горной породе. Смотрите на рисунок.




Отметины по краям, в форме полумесяца — это следы от шести ног скорпиона, которые он переставлял попарно, подтягивая затем тело, в противоположность чередованию шагов по принципу правая — левая нога, свойственного четвероногим существам. Шаг скорпиона составлял 27 сантиметров.

Ближе к центру остался характерный след от живота с двойным "килем", а самая центральная борозда — след от хвоста, который волочился по земле (а не был поднят вверх, как у современных скорпионов).

В воде (на мелководье) хвост поддерживался бы силой Архимеда и не оставил бы такого чёткого следа — рассудил Вит. Его анализ показывает, что животное двигалось медленно, неуклюже и судорожно. В общем — как и мог действительно двигаться водный скорпион в неестественной для себя среде.

Эти объяснения Вита приняли и некоторые палеонтологи.


Так выглядел водный скорпион Hibbertopterus (иллюстрация Nature/Martin Whyte).

Открытие поднимает вопрос: не терроризировал ли этот скорпион наземных животных? Вит говорит — нет. Hibbertopterus не был "оборудован" для нападения на крупных наземных существ. Скорее, это "сухопутные" представляли для него опасность, учитывая, что они-то были "дома".

Питался же водный скорпион мелкими морскими организмами. И зачем выходил на воздух — неясно.

И хотя не все специалисты разделяют уверенность Вита относительно интерпретации следа, как "сухопутного", можно представить, как 330 миллионов лет назад где-нибудь на пляже, у кромки воды разыгрывались сцены встречи между скорпионами-гигантами и ранними сухопутными животными, которые, кстати, тогда едва ли были крупнее этого скорпиона. Напротив — они были мельче.

К счастью для наземных существ, скорпион-гигант был медлителен, так как с трудом дышал.

Но если бы суша в ту эпоху уже не была занята, кто знает, во что развился бы шестиногий Hibbertopterus и не обладали бы мы сейчас шестью конечностями?

Экстраординарную работу опубликовали Жан-Рено Буассери (Jean-Renaud Boisserie) из университета Калифорнии в Беркли (University of California, Berkeley), Мишель Брюне (Michel Brunet) из парижского университета Пуатье (Universite de Poitiers) и Фабрис Лихоро (Fabrice Lihoreau) из университета Нджамены (Universite de N'Djamena), Чад.

"Проблема с гиппопотамами в том, что если вы смотрите на общую форму животного, его можно связать с лошадьми (так думали древние греки), или свиньями (так думают современные учёные), в то время как молекулярная филогения показывает его близкое отношение к китам, — объясняет Буассери. — Но животные из семейства китовых (киты, дельфины…) даже близко не похожи на гиппопотамов".

Есть промежуток в 40 миллионов лет между окаменелостями ранних животных из семейства китовых и ранних гиппопотамов. Новое исследование впервые заполняет его и находит неожиданно близкую связь между этими животными.

Исследователи, опираясь на недавние археологические находки, обосновывают свою версию, что киты и гиппопотамы имели общего (очень любящего воду) предка примерно 50 — 60 миллионов лет назад, который раскололся на две группы: это были ранние животные из семейства китовых, которые, в конечном счёте, отвергли землю стали полностью водными; и большая и разнообразная группа четвероногих животных, называемых антракотерами (anthracotheres).

Последние, похожие на свиней животные, процветали 40 миллионов лет и развились в 37 различных родов на всех континентах кроме Океании и Южной Америки. Но все они вымерли менее 2,5 миллиона лет назад, оставив только одного потомка: гиппопотама.


9-миллионолетний окаменевший череп anthracotheres (вверху) и череп гиппопотама. Трудно не заметить сходство, особенно в строении глазниц, которые "помещают" глаза повыше, для удобства наблюдения за берегом, когда почти всё тело скрыто под водой (фото с сайта berkeley.edu).

Работа Буассери заметно поправляет генеалогическое древо жизни: французские учёные помещают китов прямо в пределах большой группы парнокопытных млекопитающих, известных вместе как Artiodactyla.

Сюда входят коровы, свиньи, овцы, антилопы, верблюды, жирафы и многие большие животные Земли.

Вместо того, чтобы отделять китов от остальной части млекопитающих, новое исследование поддерживает предложение, прозвучавшее ещё в 1997 году — разместить безногих китов и дельфинов в группе по имени Cetartiodactyla.

"Наше исследование показывает, что эти группы не столь уж несвязанны, как думают морфологи, — говорит Буассери, обращаясь к учёным, которые классифицируют организмы, основываясь на их физических особенностях или морфологии. — Животные из семейства китовых — парнокопытные, но очень "отклонённые" парнокопытные".

Предыдущие заключения биологов о близкой связи гиппопотамов и свиней базировалось, прежде всего, на анализе вида зубов.

"Но в этом специфическом случае, вы не можете полагаться на зубы, — утверждает Буассери. — Зубы — наилучшим образом сохраняющиеся и самые многочисленные окаменелости. Анализ зубов очень важен в палеонтологии, но они подвержены влиянию большого количества внешних процессов и могут быстро "приспособиться" к условиям среды обитания.

Потому большинство особенностей зубов — совсем не надёжные признаки отношений между главными группами млекопитающих".

Поскольку в последние десятилетия учёные нашли много окаменелостей ранних гиппопотамов и anthracotheres, стали говорить, что гиппопотамы — потомки anthracotheres. И всё казалось правильно, но тут случился форменный беспорядок.

В 1985 году Винсент Сарич (Vincent Sarich) из Беркли, пионер в области молекулярной эволюции, ныне профессор антропологии, проанализировал белки крови и увидел близкие родственные отношения между гиппопотамами и китами.

Последующий анализ митохондриальной, ядерной и рибосомной ДНК только "укрепил" это открытие. Но хотя большинство биологов теперь соглашается, что киты и гиппопотамы — двоюродные братья, они продолжают жёстко спорить о том, как всё же киты и гиппопотамы связаны, и куда их нужно помещать в пределах копытных.

Главный "контрольно-пропускной пункт" на пути к соединению китов с гиппопотамами — нехватка любых окаменелостей, которые оказались бы промежуточными между ними.

Было о чём подумать, ведь такая связь означала, что одно из главных ответвлений млекопитающих – то, которое пришло к самой успешной повторной адаптации к жизни в воде, ведёт своё происхождение глубоко в пределах группы парнокопытных, что с точки зрения морфологии нельзя было признать.




Работа Буассери, наконец-то, согласовывает свидетельства, принесённые окаменелостями, с данными генетических исследований, показывая, что киты и гиппопотамы действительно являются самыми близкими родственниками друг для друга, из ныне живущих существ.

Гиппопотамы сначала развивались в Африке 16 миллионов лет назад и резко "взорвались" в численности приблизительно 8 миллионов лет назад.

С другой стороны, как объясняет Буассери, некоторые из окаменелостей китов, обнаруженные в Пакистане в 2001 году, имеют особенности членов, подобные парнокопытным.

Буассери и его коллеги провели филогенетический анализ нового и древнего гиппопотама, кита и anthracotheres и убедительно показали, что последние — действительно и есть недостающая связь между гиппопотамами и животными из семейства китовых.

Учёные утверждают, что их работа самая полная в плане набора доказательств и открывает множество мелких деталей в ранее исследованных останках, соотнося все эти сходства с находками молекулярной биологии.

Так что теперь мы можем говорить, что у китов тоже есть копыта, пускай, и невидимые.

В своем исследовании ученые собирали данные о внутреннем строении гребня при помощи компьютерной томографии. При помощи специального программного обеспечения исследователям удалось установить, что при интенсивном прохождении воздуха через гребень возникал низкий гудящий звук. Последующий анализ структуры внутреннего уха гадрозавров (снова при помощи метода компьютерной томографии) выявил, что утконосые динозавры хорошо слышали именно низкие частоты.

По словам ученых, новые результаты однозначно указывают на то, что с помощью звуков, издаваемых гребнем, гадрозавры общались. Ранее существовало несколько гипотез о возможном назначении гребня. В частности предполагалось, что он может участвовать в обонянии.