Крохотные новозеландские киви - родственники гигантских мадагаскарских эпиорнисов (история бескилевых птиц полностью переписана)
Новое исследование похоронило идею о том, что культовые птички Новой Зеландии, киви, являются близкими родственниками своих вымерших соседей по острову, птиц моа, или даже более удалённых, но в определённой мере тоже соседей - австралийских эму и казуаров. Вместо этого оказалось, что киви близко родственны - о громы и молнии!.. - гигантским нелетающим птицам Мадагаскара эпиорнисам или "слоновым птицам" - разумеется, тоже вымершим, но совсем недавно - примерно в начале XVII столетия. Предполагают, что именно этот безобидный, но внушающий ужас своими размерами монстр послужил прототипом птицы Рух из арабских сказок.
Скажу сразу, что если вас не интересует симпатяга киви, не волнует красавец моа и даже эпиорнис, тысячу и одну ночь не дававший уснуть арабским мореплавателям, не поражает вашего воображения, то мне с вами не по пути - вы меня тоже не интересуете, не волнуете и не поражаете моего воображения, и я вообще не понимаю, как вы оказались на этой странице, когда вокруг так много банального, гламурного и занудно глубокомысленного!.. :) Прошло уже более 20 лет с тех пор, как австралийский учёный Алан Купер опубликовал исследование, обрушившее новозеландцев в пучину национальное позора: оно доказало, что птица киви - национальная птица Новой Зеландии - не имеет исконных новозеландских корней и представляет собой ничто иное как импортный австралийский продукт. Однако недавно ДНК, извлеченная из костей вымершего мадагаскарского гиганта, обитавшего на другой стороне глобуса, позволила, наконец, окончательно установить истину и разрешить давнюю эволюционную загадку, волновавшую учёных в течение ста пятидесяти лет. Результаты этих исследований, опубликованные в "Science Magazine", подтвердили версию «импорта» киви, но «импорт» оказался отнюдь не австралийским... Бескилевые ("древнечелюстные") птицы Открою вам небольшой орнитологический секрет: все современные птицы делятся на две сильно неравные группы: бескилевые (их ещё называют "древнечелюстными" за некоторые примитивные признаки в строении челюстного аппарата) и все прочие, которых называют "новочелюстными". Бескилевые птицы - это мгновенно узнаваемая группа, в состав которой входят такие незаурядные создания, как киви, эму, казуар, африканский страус и страус нанду. Как нетрудно заметить, все они нелетающие, и все, кроме киви, относятся к гигантам сегодняшнего мира пернатых.
Ещё две группы бескилевых птиц, отличавшихся даже большими размерами, были истреблены уже в историческое время: новозеландские моа и мадагаскарские эпиорнисы. Эпиорнис, в частности, являются одной из крупнейших птиц, когда-либо существовавших на нашей планете: его рост достигал четырёх метров, а вес - 400кг...
Птица моа (научное название "динорнис") была не намного ниже ростом, но заметно грациознее эпиорниса.
Слева - исторический кадр: двенадцатилетний фанатик палеонтологии Ян Рыбак под сенью скелета динорниса (1976г., Палеонтологический Музей при Одесском Государственном Университете). Справа - Елена Чехова пытается подружиться с памятником неизвестному динорнису, установленным у входа в сувенирную лавку города Окленда (2014г., Окленд, Новая Зеландия)
Бескилевые птицы, в своё время, не только поражали воображение обычных людей, но и сбивали с толку ученых-эволюционистов: в некоторых аспектах - разумеется, поверхностных - они больше походили на млекопитающих, чем на "правильных" конвенциональных птиц, и в первую очередь это относится к новозеландским киви. Справедливости ради, существуют ещё две группы бескилевых птиц, одна из которых, литорнисы, вымерла около сорока миллионов лет назад, а вторая, тинаму, обитает в Южной Америке по сегодняшний день. Обе группы выпадают из "безкилевого мейнстрима" тем, что в той или иной степени способны летать, но о тинаму я расскажу позже.
К «новочелюстным» птицам относятся все прочие представители мира пернатых от воробья до альбатроса и от попугая до пингвина. Всё просто: те, кто не "древнечелюстные", те - "новочелюстные". Миграция вместе с континентами Чтобы было понятно, о чем дальше пойдёт речь, напомню, что в первой половине мезозойской эры наш земной шарик выглядел совсем не так, как сегодня. В те времена вся суша была разделена на два суперконтинента: южный - Гондвану и северный - Лавразию. Смена модели глобальной циркуляции в мантии Земли привела к расколу этих суперконтинентов с последующим дрейфом образовавшихся материков к месту их сегодняшней "дислокации". Гондвана развалилась на Африку, Австралию, Индию, Антарктиду и Южную Америку, а Лавразия - на Евразию и Северную Америку. Весь этот процесс раскола и дрейфа можно проиллюстрировать следующей серией карт:
Когда концепция дрейфа материков получила широкое признание в конце 1960-х, нелетающие бескилевые птицы быстро стали любимым дитятей этой теории. Идея о том, что некогда существовавший единый южный материк Гондвана раскололся в меловом периоде на вышеперечисленные континенты, прекрасно подтверждалась наличием на всех этих материках (кроме Индии, бывшей, в сущности, отдельным материком в тот период, когда она уже отчалила от Гондваны, но ещё не причалила к Евразии) нелетающих птиц, объединённых общностью происхождения. Идея была неописуемо стройна и ослепительно прекрасна. Предполагалось, что бескилевые птицы - это древнейшая группа птиц, произошедшая от единого предка (скорее всего уже тогда не способного к полёту) где-то в самом начале мелового периода и расселившаяся по просторам Гондваны. По мере того как на протяжении всего мелового периода Гондвана распадалась на известные нам континенты, бескилевые птицы уплывали на них в разные стороны вместе с прочей нелетающей фауной, не способной преодолевать моря и океаны вплавь и по воздуху. Оказавшись в изоляции, различные группы бескилевых продолжали эволюционировать, дав начала всем известным нам сегодня существующим и вымершим семействам. Эволюционное древо бескилевых птиц, построенное на данных сравнительной анатомии - ведь генетических методов тогда не существовало, - поначалу, казалось, тоже подтверждало эту идею. Африканский страус был идентифицирован как наиболее удалённый родственник всех прочих видов бескилевых, что соответствовало тому факту, что именно Африки первой отчалила от Гондваны примерно 130 миллионов лет назад. Древо это выглядело следующим образом:
Для полного триумфа этой идеи не хватало досадной малости: палеонтологических свидетельств того, что бескилевые птицы действительно существовали в меловой период, но эту обидную лакуну списали на общую скудость меловых отложений южного полушария. Не нашли - не значит, что не было. В рамках этой теории естественно было предположить, что ближайшими родственниками киви должны быть моа, делящие с ними Новую Зеландию, а следующими по степени родства могли бы быть их общие австралийские соседи - эму и казуары. Конечно, существует некоторая вероятность того что моа и киви были отдельными семействами ещё до отделения Новой Зеландии, но уж эму-то с казуарами точно должны состоять в родстве и с теми и с другими. Во всяком случае, - не нанду, не эпиорнисы и не африканские страусы, обитавшие на другом конце Гондваны и отколовшиеся вместе со своими континентами на десятки миллионов лет раньше, чем исчез мост, соединявший Новую Зеландию с Австралией. Мадагаскар, к слову, в момент развала Гондваны был частью Индостана, и откололся от последнего уже в тот период, когда Индостан вовсю дрейфовал от Гондваны к Лавразии… Первый анализ ДНК вымерших бескилевых Первое генетическое исследование вымерших бескилевых птиц (выполненное в рамках PhD профессора Купера) было проведено на гигантской птице моа. ДНК моа преподнесла учёным изрядный сюрприз. Оказалось, что моа и киви – вовсе не такие близкие родственники, как можно было ожидать, в случае, если бы они произошли от единого предка в изолированной от прочих материков Новой Зеландии. Вместо этого выяснилось, что киви связаны более тесными родственными узами с австралийским эму и казуаром, что, в свою очередь, предполагает – к недоумению биологов и позору новозеландцев! – что эта птичка возникла по ту сторону Тасманийского моря. То ли это произошло более 80 млн. лет назад, до отделения Новой Зеландии от Австралии, то ли ей удалось каким-то образом пересечь немалые водные пространства: и то и другое не выглядит слишком убедительно – особенно второй вариант. Старое эволюционное древо бескилевых птиц затрещало, но было подкорректировано и на этот раз кое-как устояло:
Чувствуя, что работа в зарубежных хранилищах может стать мудрым шагом в его карьере исследователя бескилевой орнитофауны, Купер провел следующие два десятилетия, изучая вымершие виды этих птиц по всему миру. Он был по уши погружен в изучение музейных коллекций, и в какой-то момент у него появилась возможность отправиться на Мадагаскар и попробовать там, на месте, отыскать кости эпиорниса, которые помогли бы ему решить головоломку с происхождением бескилевых пернатых. Трудный путь к ДНК эпиорниса… Первая экспедиция на Мадагаскар в 1996 году закончилась неудачей: группе Купера не удалось найти образцы костей, подходящие для извлечения генетического материала. Команда прибыла в столицу Мадагаскара Антананариву через шесть месяцев после того, как местный Королевский Дворец, крупнейшее деревянное строение южного полушария, сгорел дотла, а именно в нём хранились нужные Куперу музейные коллекции. Однако, последние достижения в области геномных технологий навели его на мысль попробовать ещё раз с уже имевшимися у него экстрактами ДНК. Они были добыты ещё в начале 1990-х годов в рамках его собственной диссертации из образцов, хранившихся в Музее Новой Зеландии. На этот раз, попытка секвенирования удалась для генетического материала, извлечённого из костей двух разных экземпляров, и её результат был оглушителен: ближайшим генетическим родственником мадагаскарского эпиорниса оказался не обитатель соседнего материка, африканский страус, а птица киви, живущая практически на другой стороне земного шара... Странная парочка Трудно представить себе менее вероятного кандидата в родственники киви с любой точки зрения – хоть с географической, хоть с морфологической! Эпиорнисы питались растительной пищей, бодрствовали в дневное время и были огромными, в то время как киви - причудливо специализированные птички: они всеядны, ведут сугубо ночной образ жизни и размерами не крупнее курицы. Одно лишь яйцо эпиорниса весило, как несколько этих карликов…
Если уж на то пошло, «слоновые птицы» Мадагаскара куда больше напоминают другую бескилевую птицу Новой Зеландии – вымершую сотни лет назад моа, но результаты ДНК-анализов были однозначны и недвусмысленны: киви и эпиорнис - довольно близкие родственники, пути которых разошлись всего 50-60 миллионов лет назад. На этом этапе Гондвана была давно и бесповоротно фрагментирована, и нет ни малейшего шанса на то, что между Мадагаскаром и Новой Зеландией существовал хоть какой-то сухопутный маршрут. Более того, обе части суши были разделены колоссальными расстояниями, и предки бескилевых птиц могли преодолеть его только по воздуху. Либо предки киви прилетели в Новую Зеландию с Мадагаскара, либо предки эпиорнисов прилетели на Мадагаскар из Новой Зеландии, а скорее всего – и те и другие прибыли к месту назначения из какого-то общего центра, расположенного посередине. Это предполагаемое место, где могла проходить эволюция общих предков киви и эпиорнисов – Антарктида. Антарктида располагалась в центре кластера южных континентов, на которые распалась Гондвана, на её территории царил умеренный климат и она была покрыта дождевыми лесами вплоть до того момента, когда 20 млн. лет назад циркумполярные течения начали охлаждать её, превращая в ледяную тундру. Итак, ДНК эпиорниса с предельной ясностью указало учёным на то, что не дрейф континентов, а именно способность древних килевых к активному полёту ответственна за наблюдаемое сегодня распределение этих птиц по южному полушарию. Ключевая роль динозавров в эволюции бескилевых Для того чтобы оценить, когда именно бескилевые начали распространяться по всему миру, дотошные исследователи применили к ДНК эпиорниса методику, которая называется «молекулярные часы». Результат этого исследования многое прояснил в истории их эволюции: бескилевые птицы разделились на известные нам семейства буквально тотчас после массового вымирания динозавров - 65 миллионов лет назад. О молекулярных часах читать тут: http://en.wikipedia.org/wiki/Molecular_clock Есть статья и на русском, но она совсем уж куцая… Этот результат, кроме того что окончательно хоронит идею об общем нелетающем предке всех бескилевых, прекрасно объясняет и досадное отсутствие окаменелых останков этих птиц в отложениях мелового периода: их тогда попросту не существовало… Итак, после окончательного слома старой парадигмы, учёные "вырастили" для бескилевых птиц новое, с иголочки, эволюционное древо, которое на этот раз не вступало в противоречие ни с какими имеющимися на сегодняшний день фактами:
Возвращаясь к динозаврам и их сложным отношениям с современной им фауной: массовое вымирание этих рептилий освободило большую часть экологических ниш на планете, в том числе и нишу крупных травоядных животных, чем не замедлили воспользоваться бескилевые птицы, благо крупных млекопитающих тогда ещё не было. Млекопитающие – даром, что считаются нереально смышлеными – не сразу сообразили, что к чему, и по-настоящему крупные формы стали появляться среди них лишь10 миллионов лет спустя после того, как динозавры сошли со сцены. Интересно, что и нишу крупных наземных хищников сперва тоже захватили птицы, но из другой группы – из новочелюстных. Это тоже были изрядные монстры, достигавшие 2.5 и даже 3 метра в высоту и 300кг веса. Звались они фороракосами, и они являются отдалёнными родственниками журавлей… «Не в землю нашу полегли когда-то, а превратились в белых журавлей» - это прекрасно описывает историю фороракосов. Но это так – лирическое отступление…
Нишей крупных растительноядных, как я уже сказал, живо воспользовались маленькие летающие бескилевые птички, которые – каждая на своём континенте – перешли к наземному образу жизни и быстро покрупнели, дав начало страусам, нанду, эму, моа, эпиорнисам, киви и прочим известным нам сегодня видам. Именно в ранних отложениях кайнозойской эры мы находим самые древние останки бескилевых птиц, мало похожих на сегодняшние формы. Начало кайнозоя, палеоценовый период, – это короткий промежуток между «веком рептилий» и «веком млекопитающих», когда птицы царствовали не только в воздухе, но и на суше. Однако, как только млекопитающие «опомнились», и на континентах стали появляться крупные хищники и травоядные звери, господству наземных птиц быстро пришел конец – малоподвижные виды сохранились большей частью на изолированных участках суши, вроде Новой Зеландии и Мадагаскара, а на прочих континентах страусов, эму и нанду спасали от вымирания лишь быстрые ноги… В последние 50 млн. лет никаким другим птицам больше не удалось бросить вызов млекопитающим на суше – пернатые были бесповоротно вытеснены в воздушное пространство. Возникает интересный вопрос: если предки бескилевых птиц были летающими и в качестве таковых расселились по всем континентам, как так получилось, что как минимум пять групп этих пернатых параллельно и независимо перешли к наземному образу жизни? Считается, что обладая общим генетическим фоном и попадая в сходные условия на разных континентах, они использовали схожую адаптационную стратегию: переходили к наземному образу жизни и, в отсутствие конкурентов, увеличивались в размерах. Это явление называется конвергентной эволюцией. Вероятно, также, предки бескилевых птиц обладали некоторой преадаптацией, способствовавшей быстрому переходу к наземному образу жизни. Наличие преадаптации очень способствует появлению конвергентных видов, объединённых общностью происхождения. Видимо, древние бескилевые были не столь успешными летунами, как «конвенциональные» пернатые, а потому в основном вымерли, вытесненные последними. Косвенным намёком на это является тот факт, что единственные бескилевые, способные к полёту и дожившие до наших дней, - тинаму, являются, мягко говоря, посредственными летунами. Вот что пишет Википедия об этих увальнях: Сильные ноги тинаму средней длины, с тремя пальцами направленными вперёд и одним назад. С их помощью тинаму в состоянии довольно быстро бегать. Почти всю свою жизнь они проводят на земле. Несмотря на умение летать тинаму пользуются своими крыльями пожалуй меньше, чем все остальные летающие птицы. У этой сравнительно тяжёлой птицы крылья на удивление короткие. Полёт у тинаму неуклюжий, с быстрыми взмахами крыльев. При взлёте крылья создают почти взрывоподобный звук, а птица издаёт громкий крик. Этим тинаму стремятся вызвать испуг у потенциального врага и предотвратить преследование. Однако пролетев немного, опускаются на землю, чтобы дальше убежать и скрыться в кустах или подвернувшейся чужой норе. Летают тинаму мало и неохотно. Полёты совершаются только на короткие дистанции не более 500 метров. У тинаму крепкая мускулатура, но их сердце является в соотношении с размером тела самым малым среди всех птиц. Эти физиологические свойства приводят к тому, что тинаму быстро устают и не выдерживают долгих полётов или долгого бега. Из-за своих крайне небольших размеров их хвост не способен служить рулём и тинаму не всегда способны своевременно реагировать на препятствия. Нередко случается, что поспешная попытка взлететь, например в случае тревоги, заканчивается столкновением с ближайшим деревом, что может привести и к смерти животного. Не птица, а сплошное несчастье, короче говоря… До эпохи генетических исследований считалось, что тинаму – самые отдалённые родственники всех прочих бескилевых, отделившиеся от общего ствола в те давние времена, когда существовал общий предок всех килевых, едва ли способный к полёту. Не знаю, в какой мере эта картина опиралась на морфологические исследования, а в какой была данью бессознательному желанию орнитологов втиснуть этих «уклонистов» в стройную во всех прочих аспектах картину эволюции бескилевых… Ученые тоже люди, и ничто человеческое им не чуждо. Генетические исследования показали, что это абсолютно неверно, и тинаму являются близкими родственниками моа, хотя тинаму – обитатели Южной Америки, а моа проживали в Новой Зеландии… Таким образом, к странной парочке, киви и эпиорнису, добавилась ещё одна: тинаму и моа.
Кроме того, что вся эта детективная история любопытна сама по себе, она наглядно иллюстрирует два существенных аспекта науки: 1. Никакой неудобный «угол» у внешне привлекательной и, казалось бы, неплохо обоснованной теории не должен игнорироваться: возможно, он свидетельствует о том, что она всё-таки неверна. 2. Несмотря самые оглушительные перестройки некогда общепринятых концепций, общий ход познания имеет, всё-таки, бесповоротный поступательный характер: теория о нелетающих предках бескилевых птиц, якобы отчаливших во все стороны на осколках распавшейся Гондваны, похоронена безвозвратно… За основу этой статьи я взял перевод следующей публикации: http://theconversation.com/rewriting-the-origin-of-new-zealands-kiwi-bird-ancestors-27022