Представьте себе маленькое существо с кожистыми крыльями и длинным клювом, которое умещается в ладони, – что-то типа только что вылупившегося дракона из «Гарри Поттера». Может ли оно взлететь? Да, почему нет – так же, как это удается большинству птиц с похожими размерами тела. Но что, если представить животное чуть побольше – допустим, ростом с ребенка? Наверное, тоже да – летают же крупные птицы вроде фламинго. А если представить уж совсем невероятное крылатое существо размером со взрослого жирафа – сможет ли оно взлететь?
Кадр из фильма «Парк юрского периода». Так сценаристы представляли себе птеранодона, одного из видов птерозавров. Ученые до сих пор не уверены, была ли у птерозавров гладкая кожа, холоднокровность и способность к полету
Вообразить себе пролетающего в небе жирафа очень сложно. Однако многие исследователи сходятся на том, что жившие миллионы лет назад птерозавры – древние существа размерами с жирафа и с крыльями размахом с грузовик – могли летать. Пробуем разобраться, был ли такой полет возможным или же древние «летающие гиганты» использовали крылья для других целей.
Птерозавры – это не динозавры
Несмотря на общее происхождение, птерозавры и динозавры – это две разные ветви позвоночных животных. На первый взгляд, такое разделение кажется притянутым за уши: и те, и другие жили много миллионов лет назад, обитали в одних и тех же природных зонах, да и выглядели очень похоже, как гигантские хищные ящеры. Однако более современные исследования показывают, что птерозавры существенно отличались от динозавров по строению скелета. Эти анатомические расхождения накапливались в течение долгого времени, которое происходило еще раньше, чем распространение динозавров и птерозавров по древней Земле.
Несмотря на внешнее сходство с динозаврами, они приобрели уникальную особенность – крылья. Это анатомическое приобретение повлияло на внутреннее строение птерозавров, которые разошлись с динозаврами примерно 250 млн лет назад и пошли по своему собственному эволюционному пути.
Птерозавр не птица, но…
Может показаться удивительным, но птицы действительно произошли от древних ящеров – архозавров. Эти родоначальники рептилий, среди которых были и птерозавры, они появились еще в пермском периоде – том самом, который получил свое имя от названия губернии Российской империи. После перми наступает череда климатических и геологических изменений на Земле, которая приводит к гибели 70 % наземных животных, включая птерозавров и других архозавров.
Но эти древние рептилии не ушли в небытие. Они оставили потомков, которые дожили до наших дней, – крокодилов и птиц и тех, кто канул в вечность (динозавры). Впрочем, сегодня многие ученые полагают, что птицы – это группа динозавров, единственная дожившая до наших дней. Получается, птицы – это двоюродные внучатые племянники птерозавров, а их ближайшие нелетающие родственники – хищные обитатели водоемов, крокодилы.
Сравните кетцалькоатля, одного из самых крупных птерозавров, с современными птицами – довольно крупным попугаем ара и упитанным туканом. По примерным подсчетам ученых, размах крыльев этого гигантского птерозавра достигал 11 м, почти как четырехэтажный дом. Для сравнения – размах крыльев одной из самых крупных современных птиц, странствующего альбатроса, составляет скромные 3 м.
Да и крылья у птерозавров были устроены иначе, чем у птиц, – это скорее не крыло, а сложенная пополам кожистая перепонка, которая тянется от передней конечности к телу. Во время полета птицы расправляют крылья, плотно прижатые к бокам, а птерозаврам, вероятно, приходилось раскрывать их, как спицы у зонтика.
Среди общих черт строения, которые роднят птерозавров и современных птиц, выделяют полые кости – они снижают общий вес тела и облегчают взлет, – а также характерную килевую кость, к которой крепятся мышцы для полета. Возможно, эти приспособления помогали летать небольшим птерозаврам, но было ли их достаточно для более крупных видов, остается загадкой.
Еще одним возможным «покровным» атрибутом родства между птерозаврами и птицами могут быть перья – по крайней мере, так считают некоторые ученые. Вполне вероятно, именно птерозавры 100 млн лет назад впервые оделись в перья, но вот зачем: чтобы поддерживать постоянную температуру тела или для улучшения динамики полета – неизвестно.
Как летали птерозавры
Несмотря на обилие красочных изображений птерозавров, мы до сих пор не знаем точно, как они выглядели и были ли способны летать. Дело в том, что палеонтологам приходится работать с плохо сохранившимися разрозненными костями древних ящеров. Скелеты наземных динозавров прочнее, потому что их кости плотнее, да и область их распространения была значительно шире.
Кости птерозавров легкие – а значит, более хрупкие и быстрее разлагаются. Обычно для восстановления облика древнего животного используют скелеты их родственников. Но в случае птерозавров это не сработает: от динозавров они принципиально отличаются строением скелета, а от ныне живущих потомков вроде птиц их отделяют миллионы лет эволюции.
Несмотря на сложности, ученым удается оперировать немногочисленными останками птерозавров, которые удалось обнаружить, а также изучать фоссилии – их отпечатки и окаменелости. Вот что удалось обнаружить.
Во-первых, не все птерозавры умели летать. Некоторые предпочитали ползать по земле, а в случае опасности – карабкаться по деревьям. Скорее всего, они цеплялись за ветки с помощью когтистого пальца – это подтверждают находки крыла с характерным выростом. Возможно, приматы и человек – не единственные владельцы уникальной конечности с «большим пальцем», который противопоставлен остальным: у птерозавра Kunpengopterus antipollicatus
было похожее устройство «руки» с мощным пальцем.
Во-вторых, виды птерозавров сильно отличались по размерам тела: среди них были и малыши немиколоптерусы
с размахом крыльев около 25 см, и гигант с двенадцатиметровым размахом крыльев, кетцалькоатль. Считается, что первыми появились небольшие птерозавры – вероятно, они были способны к полету, – а их потомки постепенно увеличивались в размерах. Несмотря на то что у более поздних и крупных птерозавров сохранялись крылья, их способность к полету остается дискуссионной. Возможно, в ходе эволюции птерозавры-гиганты потеряли способность летать, чтобы добывать пропитание, и «осели» на землю, где пищи было в изобилии.
В-третьих, способность летать, вероятно, была у детенышей птерозавров – это подтверждают обнаруженные пару лет назад ископаемые находки. Причем делали они это чуть ли не сразу после вылупления – и едва ли не так же хорошо, как и взрослые особи. «Птенцам» птерозавров удавалось летать благодаря сильным плечевым костям и узким длинным крыльям.
Скорее всего, траектория полета у маленьких и взрослых птерозавров была разной и определялась анатомическими особенностями. Представьте себе большого неповоротливого ящера с размашистыми крыльями – и малютку-птерозавра, который уместится у вас на ладони. Если первый, как мощный парусный корабль, неторопливо передвигается на большие расстояния благодаря парению своих огромных крыльев, то второй, как юркая яхточка, будет скорее маневрировать в воздухе благодаря быстрым и частым взмахам крыльев.
Вероятно, детеныши птерозавров не могли преодолевать такие же расстояния, как и взрослые, – слишком уж много энергии уходило на поднимание и опускание крыльев. Но зато эта особенность была полезна при передвижении детенышей по густым пермским лесам, где крылья большого птерозавра обязательно запутались бы среди листвы. Открытым остается вопрос, зачем малышам вообще нужно было летать почти сразу после вылупления – например, птенцы современных птиц спокойно сидят в гнезде и ждут, когда их покормят родители. Наверное, миллионы лет назад забота о потомстве еще не была популярной среди древних обитателей Земли, поэтому детенышам приходилось добывать себе пищу самостоятельно.
В-четвертых, если даже взрослые птерозавры и могли летать, им приходилось ухищряться перед взлетом. Исследователи, опираясь на анатомию скелета птерозавров, попытались смоделировать механику их полета. Выяснилось, что для отталкивания от земли птерозаврам нужно было подпрыгнуть, причем сразу с четырех конечностей – в отличие от современных птиц, которые стартуют всего с двух лап. Этот толчок мог напоминать катапультирование, при котором птерозавр придавал себе ускорение в большей степени за счет отталкивания передних, более сильных и согнутых пополам конечностей. Нужно ли им было разбежаться перед прыжком или использовать в качестве «взлетной площадки» обрыв, остается неизвестным.
В-пятых, большие птерозавры, скорее всего, предпочитали ходить по земле, а не летать. Основное ограничение для полета того же жирафоподобного кетцалькоатля – огромная масса тела, которая могла достигать 250 кг. На сегодняшний день летающими птицами-рекордсменами по весу тела считаются дрофы, которые весят в 10 раз меньше, около 22 кг. Некоторые исследователи попытались математически рассчитать соотношение массы и размаха крыльев, при которых взлет еще возможен, – эти показатели составили 41 кг и 5,1 м соответственно. Чтобы поднять в воздух больший вес, птерозаврам-гигантам пришлось бы отказаться от всего лишнего, что способно утяжелить их тело: от клюва, мышц, зубов (если они были) и части внутренних органов.
В поддержку «пешеходной» гипотезы выступили ученые из Франции и Японии. Они проанализировали анатомические особенности вымерших птерозавров-гигантов и современных крупных птиц – в их числе оказались странствующий альбатрос, калифорнийский кондор и африканская дрофа. Результаты показали: парить могли только те птерозавры, чей размах крыльев не превышал 8 м. И то – при условии, что летающий ящер «оседлает» волну теплого восходящего воздуха. А вот гигантский кетцалькоатль, скорее всего, был пешеходом и не мог взлететь. Впрочем, моделирование вымерших видов на основе современных представителей птиц не совсем корректно – выше мы обсуждали «подводные камни» этого подхода.
Миграции птерозавров
Следы присутствия птерозавров обнаружены практически на всех материках, включая Антарктиду, – благо в меловом периоде здесь почти до полюса рос тропический лес, отдаленно похожий на амазонский. Причины такого распространения не совсем понятны: возможно, древние ящеры охотились за добычей и, вероятно, сезонно мигрировали из одного региона в другой – такое свойство сбиваться в «стаи» и лететь в более «сытные» места иногда приписывают птеродактилям.
В поддержку того, что птерозавры именно летали на большие расстояния, а не передвигались по земле, говорит обилие воды, разделявшей континенты. В меловом периоде (145–66 млн лет назад) расстояние между материками достигло очень серьезных значений, многих сотен, а то и тысяч километров.
Между тем кости и отпечатки птерозавров находят в этот период всесветно – вероятно, они перелетали древние океаны и так расселялись повсеместно. Особенно интересно, что это относится и к семейству аджархидов, самых крупных птерозавров, включающих и вид-рекордсмен – кетцалькоатля. Громадный (размах крыльев 10 м) хацегоптерикс (тоже из аджархидов) жил на меловом острове Хацег (современная Румыния), от которого до суши тоже были сотни километров.
Ряд палеонтологов отмечают, что останки кетцалькоатля и хацегоптерикса настолько сходны, что при сегодняшнем уровне понимания проблемы нельзя уверенно говорить о том, что это разные виды. Если эта точка зрения верна, отрицать способность кетцалькоатлей летать как минимум в какой-то части их жизненного цикла практически невозможно. Огромные крылья не могли давать им хорошо плавать (слишком уж большое гидродинамическое сопротивление). А расстояние между островом Хацегом (современная Румыния) и местами обитания кетцалькоатля (современный Техас) – многие тысячи километров, во многом состоявшие из морской глади.
Арамбургиана (справа), тираннозавр (левее), малый птерозавр Балаур с острова Хатег (не путаем с более крупным хацегоптериксом)
Очень трудно поверить в это, но «жираф» размером с тираннозавра умудрялся жить одновременно в Северной Америке и Иордании, хотя между ними и тогда были тысячи километров морей.
И это не единственный пример. Птерозавра арамбургиану (тоже аджархид, размах крыльев до 7 м) сперва открыли в Иордании, а потом, практически такого же, – в Теннеси. Выходит, жирафы все же летали по небу мезозойского периода?
Любопытно, что на территории России тоже обнаружили кости птерозавров. Один из них – Volgadraco, или «дракон с Волги» – поселился на территории современной Саратовской области примерно 65 млн лет назад. В те времена Волга скорее напоминала море; наверное, это и привлекло «дракона» в богатый рыбой край. Впрочем, одной Волгой ареал обитания птерозавров не ограничивался: их кости находили и в Сибири, и в Рязанской области.
Рождены летать – или ползать
И все же могли ли птерозавры летать? Вопрос все еще остается дискуссионным. Вспомним аргументы «за»: у древних ящеров были полые кости – настолько легкие, что практически не сохраняются целиком. Еще у птерозавров есть «птичьи» приспособления: воздушные мешки, облегчающие массу тела, редукция части скелета, тоже для снижения тяжести, и, наконец, наличие крыльев. Все это имеет смысл для летунов, но снижает прочность скелета и шансы в борьбе за выживание, если вы наземное животное.
В ту же копилку: огромные крылья. Они должны быть очень энергозатратными: через настолько тонкие и обширные поверхности слишком легко и перегреться, и переохладиться. Если вы живете за счет полета, все логично. Но что если нет? Ни у одного крупного нелетающего вида в наши дни настолько крупных относительно тела крыльев и близко нет. Непонятно, почему бы это логичное правило нарушалось в древности.
Среди аргументов «против»: массивное тело, которое, если верить моделям, не может долго удерживаться в состоянии полета. Да еще и ограничения на взлет – чтобы оттолкнуться от земли, птерозаврам нужна была подходящая стартовая площадка и, опять-таки, исходя из моделей, восходящие теплые потоки воздуха, которые удерживали их в воздухе. Также на сегодняшний день не удалось обнаружить ни одного ископаемого вида, который стал бы переходной формой между летающими и нелетающими ящерами.
Наконец, главный аргумент «против»: если птерозавры могли летать при огромной массе и размерах тела, то почему последние 65 млн лет этот трюк больше никому не удается повторить?
Аэродинамическим ответом кажется закрепление крыльев между четырьмя конечностями, а не между двумя, как у современных птиц. Благодаря этому увеличивается площадь крыльев относительно массы тела и сила толчка при «катапультировании» тела в воздух. Ведь четырьмя конечностями оттолкнуться проще, чем двумя, как это делают птицы. А большая удельная площадь крыла на единицу массы тела способна снизить удельные энергозатраты на полет.
К сожалению, пока мы не найдем хорошо сохранившиеся кости (а может, и целые скелеты) птерозавров, мы не сможем окончательно разрешить загадку их полета. Тем интереснее ждать будущих находок.
Это новость от журнала ММ «Машины и механизмы». Не знаете такого? Приглашаем прямо сейчас познакомиться с этим удивительным журналом.
