Палеонтологи нашли перья гесперорниса в копролите теропода

Палеонтологи впервые описали хорошо сохранившиеся перья гесперорниса — представителя вымершей клады водоплавающих птиц, которые жили в морях и пресных водоемах Северного полушария в конце мелового периода. Они обнаружены в копролите хищного динозавра. Оказалось, что некоторые перья гесперорнисов обладали полным набором признаков, характерных для современных птиц из кроновой группы, в частности, стволом с прямоугольным поперечным сечением и сердцевиной. Однако с ними соседствовали более примитивные нитевидные перья. В статья в журнале Current Biology исследователи высказывают предположение, что более совершенное оперение птиц из кроновой группы эффективнее удерживает тепло, что объясняет, почему им удалось пережить мел-палеогеновое вымирание, а всем другим эволюционным линиям птиц (включая гесперорнисов) — нет.

Палеонтологи неоднократно находили в отложениях юрского и мелового периода перья птиц и нептичьих динозавров, как связанные со скелетными остатками, так и изолированные. Такие ископаемые позволяют реконструировать эволюционную историю пера от простого рогового образования до сложной структуры со стержнем и опахалом. К сожалению, мезозойские перья в основном дошли до наших дней в виде двумерных отпечатков. Из-за этого у специалистов нет возможности изучить некоторые детали их строения, например, содержимое стержня и форму его поперечного среза. Исключение составляют лишь образцы из янтаря, в первую очередь бирманского (например, раз и два). Кроме того, большинство мезозойских перьев обнаружены на нескольких раннемеловых лагерштеттах Евразии. В то же время в отложениях позднего мела, когда, предположительно, появились птицы современного типа из кроновой группы (Neornithes), перья встречаются редко.

Цзинмай О’Коннор (Jingmai K. O’Connor) из Филдовского музея естественной истории и ее коллеги описали окаменелость, которая закрывает оба этих пробела. В центре их внимания оказался копролит (окаменевшая фекалия), который обнаружен на геологической формации Хелл-Крик на северо-западе США. Возраст находки составил 66–68 миллионов лет. Судя по всему, фекалия принадлежала хищному динозавру (тероподу) средних размеров, например, нанотираннусу (Nanotyrannus) или анзу (Anzu). На поверхности копролита исследователи заметили перо длиной 9,3 миллиметра со слабоасимметричным опахалом. В ходе микрокомпьютерной томографии окаменелости внутри нее обнаружено похожее, но чуть более короткое (7,1 миллиметра в длину) перо, два нитевидных пера (одно из которых напоминало пуховое) и, предположительно, двенадцать обломков стержней. Кроме того, в копролите находились две чешуйки рыбы из семейства панцирников (Lepisosteidae) и две частично сохранившиеся кости.

Изучив перья и фрагменты костей (которые оказались обломками бедра и голено-предплюсны), О’Коннор с соавторами пришли к выводу, что они принадлежали одному животному: сравнительно мелкой птице из вымершей клады гесперорнисов (Hesperornithes). Судя по всему, она поймала и съела панцирника, после чего сама стала добычей теропода. Самое крупное из найденных перьев члены команды интерпретировали как маховое или рулевое, более мелкое — как кроющее крыла, а нитевидные перья, вероятно, располагались на туловище, шее или голове птицы.

Гесперорнисы были водоплавающими птицами, которые напоминали ныне живущих гагар (Gaviiformes). Они жили в пресных водоемах и морях Северного полушария в конце мелового периода и питались рыбой и беспозвоночными. Эволюционно продвинутые представители клады вторично разучились летать, а их крылья сильно редуцировались. С систематической точки зрения гесперорнисы относились к той же эволюционной линии Euornithes, что и современные пернатые, но в кроновую группу не входили. Во время массового вымирания на рубеже мела и палеогена они полностью исчезли.

По словам О’Коннор и ее коллег, до сих пор палеонтологи могли судить об оперении гесперорнисов только по одному образцу. Речь о плохо сохранившихся отпечатках перьев, которые принадлежали представителю рода Parahesperornis. Перья гесперорниса из копролита теропода намного более информативны. Ствол (то есть верхняя часть стержня, соответствующая опахалу) самого крупного из них на срезе имеет прямоугольную форму и заполнен сердцевиной из роговой ткани. Такое строение делает перо жестким, но при этом легким. Оно характерно для ныне живущих птиц, но у мезозойских птиц (а также нептичьих динозавров) его ранее не наблюдали.

Авторы предполагают, что перья, обладающие всем набором признаков, характерных для современных птиц (включая ствол с прямоугольным поперечным сечением и сердцевиной), появились только в кладе Euornithes — точнее, в чуть более узкой кладе Ornithuromorpha, которая отличается тем, что не включает несколько мезозойских родов. У древних птиц из других групп, включая энанциорнисов (Enantiornithes), они отсутствовали. Впрочем, несмотря на то, что гесперорнисы обзавелись перьями современного типа на крыльях и хвосте, большую часть их тела, судя по всему, покрывали примитивные нитевидные перья. Возможно, расположенные на теле кроющие перья с хорошо развитыми стержнем и опахалом возникли в эволюционной истории птиц очень поздно — и только в кроновой группе. Такое оперение обеспечивает более эффективную теплоизоляцию. Не исключено, что оно помогло птицам из кроновой группы пережить резкое похолодание после падения астероида в конце мелового периода. А вот птицы из других эволюционных линий не обладали столь совершенным оперением и потому вымерли.

Самое крупное из перьев, найденных в копролите, тоже обладает рядом характеристик, характерных для водоплавающих птиц, в частности, высокой плотностью бородок. А его смачиваемость (которая вычисляется из диаметра бородок и расстояния между ними) примерно соответствует таковой у ныне живущих пеликанов (Pelecanus) — но намного выше, чем у специализированных ныряющих птиц, таких как пингвины (Sphenisciformes). Судя по всему, гесперорнисы, жившие в пресных водоемах и на побережье — как тот, чьи перья найдены в копролите, — были намного менее адаптированы к долгим погружениям под воду, чем пелагические представители группы (например, Hesperornis).

В прошлом году палеонтологи установили, что птицы начали гнездиться в полярных регионах уже в конце мелового периода. Ученые обнаружили на формации Принс-Крик, расположенной на севере Аляски, кости ихтиорнисов, гесперорнисов и многочисленных пернатых современного типа — в том числе зародышей и птенцов.