Более 125 миллионов лет назад во времена раннего мелового периода тело мелкого пушистого динозавра оказалось погребено на дне доисторического озера на территории современного Китая. Это животное не было каким-то необычным или редким для своего времени. Миниатюрный хищник размером с ворона, этот динозавр был с головы до ног покрыт примитивным пухом, окрашенным в рыже-белые тона, почти как у красных панд, которые появятся десятки миллионов лет спустя. Тело постепенно разлагалось, а минералы, приносимые водой, со временем заместили кости и перьевой покров, сохранив для нас и скелет, и оперение.

Если бы эта окаменелость была обнаружена в XIX веке и если бы палеонтология того времени была знакома с ископаемыми находками Восточной Азии, то этот динозавр мог бы кардинально изменить представления ученых об истории эволюции. Не только потому, что окаменелость была значительно более цельной, чем те, которые находили в Англии и других частях Западной Европы, но и потому, что она не оставила бы никаких сомнений: динозавры обладали перьевыми покровами на протяжении всего мезозоя. Палеонтологи, возможно, признали бы птиц динозаврами гораздо раньше, что, вероятно, изменило бы и без того постоянно колеблющиеся представления о внешнем виде и анатомии динозавров. Но мы никогда не узнаем, как развернулась бы эта альтернативная история палеонтологии. Случайный характер фоссилизации и исторические ограничения науки заставили палеонтологов ждать почти полтора века, прежде чем они смогли подтвердить, что птицы – выжившие динозавры, а перья – невероятно древняя их черта. Пушистый динозавр, сохраненный на дне озера в древнем Китае, поразил бы ученых, но лишь потому, что эксперты десятилетиями спорили, существовали ли вообще такие покрытые пухом динозавры.

Предположения о том, что динозавры обладали перьями, появились еще в середине XIX века. Натуралисты и палеонтологи того времени начинали размышлять об эволюции, но никто не мог прийти к единому мнению о том, как именно происходят изменения и как жизнь приобретает такие разнообразные формы с течением времени. Например, Ричард Оуэн размышлял об эволюции в квазитеологических терминах – эволюция мыслилась им как движение от некоего простого предкового плана строения тела к множеству различных форм под действием божественных сил. Чарльз Дарвин и Альфред Рассел Уоллес независимо друг от друга пришли к идее эволюции путем естественного отбора, где различные характеристики живых организмов отсеиваются под влиянием условий, а виды изменяются от поколения к поколению. Дарвин изложил свои аргументы в пользу этого механизма эволюции в 1859 году в книге «Происхождение видов путем естественного отбора». Однако, хотя книга и помогла популяризировать саму идею эволюции, многие эксперты не согласились, что живые организмы преобразуются со временем именно под воздействием естественного отбора. Некоторые ученые видели в естественном отборе нейтральную или разрушительную силу, сохраняющую живые организмы неизменными, и предпочитали иные механизмы с упором на возрастающее совершенство и прогресс. Если бы Дарвин и Уоллес оказались правы, то палеонтологическая летопись должна была бы изобиловать существами с переходными чертами между крупнейшими группами живых организмов – например, существами с признаками как рептилий, так и птиц. У Дарвина не было таких примеров, когда он писал «Происхождение видов», поэтому он делал акцент на неполноте палеонтологической летописи, когда объяснял, почему переходные формы, необходимые для его гипотезы, еще не были найдены. Палеонтологи, знавшие историю жизни на Земле лучше остальных, с трудом сочетали эту идею со своими наблюдениями и пытались предложить альтернативные объяснения, почему эволюционная летопись имеет так много пробелов.

Илл. 29. Первая окаменелость археоптерикса была обнаружена в 1859 году, и до сих пор палеонтологи описывают новые находки. Это двенадцатый известный образец археоптерикса, описанный в 2018 году

Вскоре одна любопытная находка предоставила свидетельство именно того рода, которое предполагала гипотеза Дарвина – Уоллеса, – то, что шотландский палеонтолог Хью Фальконер в частном письме назвал «странным созданием «А2 la Дарвин». Район Зольнхофена в Баварии (Германия) славился своим известняком, используемым в создании печатных плит. Этот известняк сформировался около 150 миллионов лет назад, когда эта территория была окруженным морем архипелагом со множеством лагун. У самого дна этих спокойных лагун часто образовывался слой воды, бедной кислородом, – мертвая зона, где все было спокойно, неподвижно и свободно от падальщиков, за исключением микробов. Когда мертвые морские существа вроде мечехвостов или обитатели суши вроде мелких динозавров, смытые в море штормами, опускались на дно лагуны, там не находилось крупных существ, способных съесть туши или разорвать их на части. Многие из этих останков вскоре покрывались осадочными породами и начинали превращаться в окаменелости, сохраняя как свои мягкие ткани, так и более твердые части. Коллекционеры окаменелостей знали об исключительной сохранности этих останков. В 1861 году пара значительных находок представит миру древнейшую известную птицу.

Первая находка, описанная палеонтологом Германом фон Майером, представляла собой одно-единственное перо крыла. Окаменелость была неоспоримым доказательством того, что птицы жили во времена юрского периода, и поэтому фон Майер назвал ее археоптерикс – «древнее крыло». Вскоре после этого врач Карл Хаберляйн приобрел в карьере близ Лангенальтхайма более полный набор остатков этой птицы. Хотя голова, как оказалось, отсутствовала, беспорядочное скопление костей было окружено отпечатками перьев. Это существо, у которого были не только перья, но и пальцы с когтями на крыльях и длинный костяной хвост, Хаберляйн продал будущему Музею естественной истории в Лондоне. Череп, который обнаружился впоследствии, показал, что у археоптерикса также были зубы. Птицы оказались не только гораздо древнее, чем предполагали ранее, но и когда-то своим видом сильно напоминали рептилий.

Несмотря на нынешний культовый статус археоптерикса в качестве переходной формы, Дарвин более сдержанно оценивал важность этого ископаемого. Он поступил мудро, упомянув эту древнюю птицу в поздних изданиях «Происхождения видов» как доказательство ограниченности наших знаний о палеонтологической летописи, которая преподнесет нам еще больше сюрпризов в будущем. Его коллега Томас Генри Гексли зашел дальше. Остатки археоптерикса указывали на то, что птицы произошли от рептилий, хотя и неясно, от какой именно группы. В частном порядке Гексли отдавал предпочтение динозаврам, но в отложениях с археоптериксом были обнаружены другие подобные ему динозавры, хотя и без перьев. Как могли в одно время существовать и предок, и потомок? Гексли предполагал, что птицы произошли в более ранний период, не оставивший следа в земных породах, а напоминающие птиц динозавры и археоптерикс были эволюционными пережитками того загадочного времени. Впрочем, такие палеонтологи, как Отниел Чарльз Марш, заявляли, что доказательств уже достаточно для того, чтобы утверждать: птицы произошли от динозавров. Однако не появлялось никаких новых окаменелостей, способных показать, как у предположительно чешуйчатых рептилий могли развиться перья.

Илл. 30. Археоптерикс был символом эволюции начиная с XIX века, но только сейчас палеонтологи в полной мере осознали связь ранних птиц с динозаврами

Но когда динозавры были вытеснены на периферию палеонтологии в начале XX века, там же оказалась и идея происхождения птиц от динозавров. Это предположение время от времени поднималось вновь, когда обнаруживались новые окаменелости, включая остатки динозавров, сидящих в птичьем состоянии покоя, но перья всегда оказывались главным камнем преткновения. Динозавры должны были оставаться предсказуемыми рептилиями, покрытыми чешуей. Без покрытого перьями динозавра никто не мог обосновать тесную связь между ними и птицами. Палеонтологи начали склоняться к идее, называемой текодонтной гипотезой: она заключалась в том, что птицы произошли от текодонтов – группы вымерших крокодилообразных существ, которые существовали во времена триаса. Археоптерикс же, согласно этой гипотезе, приобрел черты динозавра только благодаря явлению конвергентной эволюции, когда две линии обретают одинаковые черты независимо друг от друга. Однако текодонтная гипотеза, как и версия происхождения от динозавров, не имела прямых доказательств, и уже к 1970-м годам палеонтологи стали замечать связи, не сводимые к наличию пуха и оперения. У хищного дейнониха, к примеру, было множество сходств с птицами в строении запястий, бедер и других частей скелета. Добавь ему перья, и он бы выглядел как более крупный археоптерикс. А в связи с новыми открытиями, что динозавры были эндотермными, поведенчески сложными и в целом не являлись просто гигантскими ящерицами, гипотеза о том, что птицы – это динозавры, вновь обрела популярность вместе с наступлением «Ренессанса динозавров».

Илл. 31. Окаменелости птиц с зубами, такие как принадлежащие ихтиорнису, еще в XIX веке заставили палеонтологов связывать их родословную с рептилиями, но отношения между птицами и другими динозаврами были неясны вплоть до 1990-х

Несмотря на растущее признание идеи о тесной связи между птицами и динозаврами – концепции, которую даже несколько раз упомянули в «Парке юрского периода» 1993 года, – никто не мог найти ископаемых, которые бы ее подтверждали. Птицы восходят к позднеюрскому периоду, они появились как минимум 145 миллионов лет назад и уже обладали сложными перьями со стержнями и бородками. Перья должны были возникнуть гораздо раньше, возможно, за многие миллионы лет до археоптерикса. Если баварский известняк смог сохранить перья, значит, где-то должны были существовать и другие подобные местонахождения окаменелостей. Земные отложения должны были содержать останки нептичьих динозавров с перьями. И наконец, один такой нашелся: в озерных отложениях Китая был обнаружен маленький пушистый динозавр, названный синозавроптериксом.

В 1996 году палеонтологи Цян Цзи и Шуан Цзи предположили, что эти останки принадлежат ранней птице. В описании ископаемого на китайском языке упоминались перья, идущие вдоль спины животного от затылка до кисточек на хвосте. Но эта окаменелость была лишь частью целого – одна из двух плиток, сохранивших отпечаток одного и того же животного. Второй, более ценный отпечаток еще не был описан, но, когда ученые со всего мира собрались на конференции Общества палеонтологии позвоночных в октябре 1996 года, палеонтолог Пей-Цзи Чэн привез фотографии, чтобы показать другим экспертам. Журналисты, освещавшие конференцию, вскоре узнали об окаменелости и начали сообщать о тогда еще не опубликованной находке, эти сообщения оказались более успешны, чем публикации в прессе о первой окаменелости. В одно мгновение, после десятилетий неопределенности и месяцев после того, как ископаемое без какого-либо шума получило свое научное название, все узнали, что у динозавров когда-то были перья.

Между открытиями археоптерикса и синозавроптерикса прошло более 135 лет. Однако палеонтологам не пришлось ждать слишком долго, чтобы обнаружить еще больше окаменелостей с пухом и перьями. Провинция Ляонин в Китае быстро стала всемирно известной, поскольку палеонтологи описывали все новые и новые окаменелости с перьями, – эта область могла похвастаться породами, которые сформировались таким образом, что смогли сохранить скелеты в целости, да еще и с такими хрупкими структурами, как перья. Палеонтологи ожидали, что у динозавров, тесно связанных с птицами, будут пух и перья, но вскоре эксперты обнаружили таких животных, как небольшой рогатый пситтакозавр, с щетинистыми перьями на теле. Пситтакозавр на эволюционном древе динозавров находится гораздо ближе к трицератопсу, чем к птицам, и тем не менее у него были перьевые структуры на хвосте. Казалось маловероятным, что перья в эволюции появились независимо несколько раз – на это намекало их существование у последнего общего предка всех динозавров и унаследование перьев всеми основными группами динозавров. Перья не только предшествовали появлению птиц, но и были широко распространенной и разнообразной чертой динозавров.

Широкое распространение перьев среди ветвей эволюционного древа динозавров затруднило попытки палеонтологов идентифицировать ту самую ветвь, из которой произошли птицы. Различные эволюционные древа предлагают несколько противоречивых вариантов. Такие динозавры, как дейноних и пернатый анхиорнис с когтями и крыльями, по-видимому, тесно связаны с ранними птицами типа археоптерикса, что указывает на происхождение птиц от этих хищников где-то до позднеюрского периода. Однако с 2002 года палеонтологи обнаружили несколько крошечных пернатых динозавров, называемых скансориоптеригидами, которые схожи с ранними птицами по ряду характеристик.

Отчасти неопределенность связана с тем, что способность к полету развилась у динозавров как минимум трижды – у ранних птиц, у мелких хищных динозавров вроде загадочных скансориоптеригид юрского периода, порой обладавших крыльями, как у летучих мышей, и у четырехкрылого микрораптора мелового периода. Машущий полет не был уникальной способностью, возникшей единожды: различные пернатые динозавры могли маневрировать в воздухе, и у них развились подходящие для этого особенности анатомического строения. Тот факт, что в середине юры и начале мела у множества линий пернатых динозавров появилось строение, способствующее активному полету, означает, что ученые не могут полагаться исключительно на маховые перья или характеристики, связанные с полетом, чтобы определить, как выглядели прямые предки археоптерикса. Как отмечал Дарвин, мы все еще относительно мало знаем о палеонтологической летописи. Ключевые окаменелости прямых предков птиц еще предстоит идентифицировать.

Илл. 32. Палеонтологи до сих пор ищут прямого предка ранних птиц. Маленький, напоминающий раптора динозавр гесперорнитоидес обладает сходными с археоптериксом чертами и может намекать на то, как выглядели прямые предки птиц

Хотя разнообразие обнаруженных на сегодняшний день окаменелых остатков с перьями несколько затруднило попытки палеонтологов определить, от какой именно линии динозавров отделились птицы, распространенность доисторического оперения тем не менее позволила по-новому взглянуть на жизнь динозавров. Когда был обнаружен археоптерикс, перья считались исключительно птичьей особенностью. И даже когда синозавроптерикс был официально описан и признан динозавром, некоторые палеонтологи подчеркивали, что покров на его теле состоял из эволюционных предшественников перьев – «протоперьев». Затем ученые начали находить перья у динозавров, все более далеких от птиц, – у тираннозавров, страусоподобных теропод орнитомимозавров, короткоруких и клювоносых альваресзавров, попугаеподобных крылатых овирапторозавров и других. Открытие, что некоторые птицетазовые динозавры, несмотря на лишь отдаленное родство с птицами, имели перья, намекало, что оперение должно было развиться у динозавров несколько раз независимо или же присутствовало у самых ранних динозавров и впоследствии видоизменялось или утрачивалось по мере распространения «ужасных ящеров».

В то же время палеонтологи были озадачены пушистыми покровами некоторых птерозавров, известных с 1831 года. Считалось, что пух птерозавров фундаментально отличается от перьев динозавров – он был назван экспертами «пикнофибрами». Но в 2019 году палеонтологи обнаружили, что покровы птерозавров и динозавров структурно идентичны и, возможно, имеют общее происхождение от их предков, таких как миниатюрный триасовый прыгун конгонафон, живший 237 миллионов лет назад. Учитывая, что динозавры и птерозавры являются ближайшими родственниками с общим предком, восходящим к раннему триасу, перья, скорее всего, присутствовали у их последнего общего предка. Унаследование перьев от общего предка, может, даже изначальность их появления в эволюции открывало различные биологические возможности на протяжении всей мезозойской эры.

Конгонафон не был ни динозавром, ни птерозавром, но находился близко к родословной обеих групп. Палеонтологам также известно, что самые ранние предки птерозавров были мелкими, проворными рептилиями, и, вероятно, такими же были первые предшественники динозавров. «Ужасные ящеры» и их родственники произошли не от ранних триасовых гигантов, а от куда более миниатюрных существ. Такие мелкие животные иногда могут испытывать трудности с регуляцией температуры своего тела, поскольку у них очень большая площадь поверхности по сравнению с внутренним объемом. Мало того что им приходится много есть, еще и перепады температур – прохладный день или даже слишком много солнца – могут сильнее влиять на их внутреннее тепло. Одним из способов справиться с такими колебаниями и сохранить стабильную температуру тела могла быть теплоизоляция. Покров из пушистых, почти мехоподобных перьев помогал бы сохранять тепло во время похолоданий и замедлял бы перегрев в более жаркую погоду. Для проверки этой гипотезы потребуются прямые палеонтологические доказательства, и пока никто не описал окаменелости триасового динозавра с перьями, но распространенность свидетельств указывает на то, что у предков динозавров развились покровы из пуха, помогавшие регулировать температуру тела, и эта особенность, возможно, была унаследована уже древнейшими динозаврами, например длинношеим ньясазавром, и многими другими, которые появились после него.

У некоторых динозавров, таких как археоптерикс и микрораптор, унаследованные перья видоизменились для полета. Палеонтологи часто уделяют особое внимание тому, являются ли перья на крыльях динозавров асимметричными – более узкий край пера, обращенный к передней части крыла, представляет собой аэродинамическое приспособление, которое указывает на машущий полет, а не на парашютирующий или планирующий. Однако перья динозавров в принципе выполняли множество различных функций в повседневной жизни животных, что, несомненно, помогает объяснить, почему оперение распространилось настолько широко. Перья согревали динозавров, предоставляли им маскировку в доисторических лесах и даже помогали производить впечатление на других динозавров. Например, полосатый хвост синозавроптерикса, вероятно, служил социальным сигналом для общения с сородичами, подобно тому как кошки и другие млекопитающие используют для коммуникации свои хвосты. Щетинки пситтакозавра представляют собой бо́льшую загадку, но они могли шуршать при встряхивании или, возможно, помогали защищать спину динозавра от солнечных лучей. А пушистый покров девятиметрового хищника ютиранна, вероятно, напротив, согревал его в высоких широтах, где он обитал и где в начале мелового периода мог выпадать снег. Веерообразные перья на передних конечностях страусоподобного «птичьего имитатора» орнитомима могли использоваться в брачных танцах, как у современных птиц. Перья развивались и использовались не только для полета. Наоборот, полет стал возможен потому, что у динозавров в течение десятков миллионов лет до появления археоптерикса развивалось множество различных типов перьев с разными функциями. И по мере того как палеонтологи изучали ископаемые с оперением, они обнаружили ответ на загадку, которую эксперты уже даже не рассчитывали разгадать. Перья позволили ученым воссоздать окраску динозавров.

Илл. 33. Микрораптор не был птицей – он относится к нептичьим динозаврам, у которых развился уникальный способ полета с использованием крыльев как на задних, так и на передних конечностях

Возможность палеонтологической летописи сохранять исходные цвета некогда живших существ была известна еще с XIX века. В письме от 9 декабря 1833 года британский палеонтолог Элизабет Филпот отправила своей подруге Мэри Бакленд зарисовку черепа морской рептилии – ихтиозавра, который обнаружила ее коллега, палеонтолог Мэри Эннинг. Филпот выполнила рисунок черепа чернилами, полученными из ископаемого родственника кальмара – белемнита. Они все еще сохраняли свойства пигмента, несмотря на свой юрский возраст. Окаменелость чернильного мешка сохранилась достаточно детально: в ней остались называемые меланосомами крошечные органеллы, содержащие пигмент, чьи форма и распределение в ткани могут создавать различные оттенки – от черного и серого до ржавого и красного.

Последовавшие за Филпот поколения палеонтологов знали, что некоторые окаменелости мягких тканей, по всей видимости, содержат в себе области с микроскопическими структурами, но их часто списывали на счет окаменелых бактерий. Бактериальные маты (слоистые устойчивые сообщества микроорганизмов) часто образуются вокруг разлагающихся трупов, поэтому эти овальные и сферические структуры считались продуктами разложения. Однако в 2006 году, изучая другой ископаемый чернильный мешок, палеонтолог Якоб Винтер усомнился в общепринятом мнении. Что, если микроскопические структуры на самом деле были меланосомами? Этот вопрос открыл серию исследований ископаемых пигментов, включая изучение полосатого пера ископаемой птицы, которое содержало меланосомы в более темных участках, но не имело их в светлых частях. Оказалось, что палеонтологическая летопись действительно может сохранять данные о цвете, а сравнение ископаемых меланосом с тканями современных животных позволило исследователям успешно реконструировать некоторые доисторические цвета. И если метод работал на изолированном птичьем пере, то, возможно, можно было восстановить и цвета перьев динозавров.

Другая исследовательская группа первой опубликовала работу о цвете динозавров, сосредоточившись на нашумевшем синозавроптериксе. Оказалось, что покров этого динозавра обладал рыжеватым оттенком. Последующие исследования показали, что его цвет и рисунок являются примером защитной окраски – темные перья сверху и светлые снизу, – это помогало скрывать небольшого хищника в древних лесах, где он обитал. Винтер и его коллеги быстро опубликовали собственное исследование другого динозавра – похожего на археоптерикса анхиорниса. Исследователи стремились раскрыть цвета динозавра во всей их полноте. Анхиорнис, скорее всего, выглядел как сорока – с угольно-черными и белыми оттенками на теле и вкраплением рыжеватых перьев на макушке. С тех первых исследований 2010 года ученые восстановили окраску нескольких других динозавров, выяснив, что микрораптор, вероятно, имел темный глянцевый окрас, как у ворона, а покров «радужного» динозавра цайхуна был цветастым и переливался, как оперение колибри или шея голубя.

Илл. 34. Самые ранние птицы относятся к юрскому периоду – это означает, что на протяжении мелового периода птичьи динозавры процветали бок о бок с другими. Древняя птица конфуциусорнис существовала в одно время с динозаврами многих других групп около 125 миллионов лет назад

Впрочем, не у всех динозавров цвет обеспечивали меланосомы. Отражение света меланосомами зависит от их формы и распределения, поэтому, сравнивая с меланосомами современных животных, чей цвет известен, палеонтологи с помощью этих мельчайших структур могут реконструировать окраску. Другие цвета, такие как яркие оранжевые и желтые тона, создаются биохимическими соединениями, а не структурами вроде меланосом, и эксперты пока не нашли надежного метода их выявления. Тем не менее палеонтологи никогда не предполагали, что вообще смогут анализировать окраску динозавров и то, что она может означать. Полученные на сегодняшний день данные указывают на то, что пернатые динозавры носили цвета, аналогичные тем, что встречаются у современных птиц, что открывает возможности исследования того, какую роль выполняла окраска в их поведении. Открытие покрытых пухом и перьями динозавров не только подтвердило, что птицы являются динозаврами, но и позволило палеонтологам изучать аспекты жизни динозавров, которые долгое время считались недосягаемыми для науки. Перья изменили не только наши представления о том, как выглядели динозавры, но и о том, как эти рептилии жили.