Журнал «Вокруг Света» №03 за 2009 год

Небесные драконы

Сордес, Казахстан, 150 миллионов лет назад

«Нечисть волосатая» — так переводится с греческого языка видовое название этого мелкого птерозавра, размером с голубя, из подотряда рамфоринхоидов. Виной тому весьма зловещая внешность существа: крепкое тело, сплошь покрытое густой шерстью, зубастая пасть с вытянутыми челюстями, длинный голый хвост. Сордес обитал на берегу лагуны в жарком и сухом климате, сложившемся на побережье океана Тетис в конце юрского периода. Рис. ОЛЬГА ОРЕХОВА-СОКОЛОВА (х3)

В истории Земли всего три группы позвоночных животных сумели освоить воздушное пространство. Это птицы, летучие мыши и птерозавры. Летающие ящеры вымерли 65 миллионов лет назад в мезозойскую эру, оставив ученым разгадывание тайны своей виртуозной способности к полету. Что же известно современной науке о птерозаврах?

Автор первой публикации о птерозаврах, итальянский ученый XVIII века Козимо Коллини, приписал найденные в карьерах Баварии останки неизвестному морскому существу. (Позже другие исследователи относили их к летучим мышам и птицам.) Загадка разрешилась уже в начале XIX века, когда стало ясно, что это особая группа рептилий, освоивших оригинальный способ полета при помощи кожной мембраны, натянутой к сильно удлиненному пальцу руки и служившей крылом.

Самые древние из известных науке птерозавров обитали в конце триасового периода, примерно 210 миллионов лет назад, в одно время с сухопутными родственниками — динозаврами. Их объединяют в семейства эудиморфодонтид и диморфодонтид. Тела этих древних существ были хорошо приспособлены для полета. Полые тонкостенные кости образовывали облегченный скелет, длинные узкие крылья помогали взмывать в небо. Крупный мозг, занимавший весь соответствующий отдел черепа, развитое чувство равновесия и ориентации, отличное зрение способствовали искусному, маневренному полету. Без сомнения, они были опасными хищниками и зоркими охотниками, способными выслеживать и хватать добычу, будь то рыба, ящерица или насекомое, из самых разных положений. Эти животные обладали всеми характерными чертами, присущими их более поздним сородичам, и широко распространились по Земле: остатки древних птерозавров находят в Европе, Гренландии , Центральной Америке . Их совершенство говорит о длительной эволюции и многочисленных предшественниках, следы которых от нас, к сожалению, скрыты. С точки зрения систематики всех птерозавров разделяют на два подотряда: рамфоринхоидов и птеродактилоидов. Первые, обитавшие в триасовом и юрском периодах, предшествовали вторым, хотя некоторое время и пересекались с ними во времени.

Птеранодон, Северная Америка, 80 миллионов лет назад

Летающие ящеры, появившиеся в меловом периоде, отличались от предшественников крупными размерами и особой техникой полета. Их территорией были морские проливы и океанские просторы, поэтому они умели летать долго и на большие расстояния, используя планирование. Птеранодоны с размахом крыльев 7,3 метра царили в воздухе. Они охотились за рыбой, выхватывая ее из воды на большой скорости. Нередко сородичи устраивали драки, пытаясь отобрать друг у друга добычу. Главное оружие — тяжелые челюсти, способные нанести серьезные увечья противнику, а защитой служил костный панцирь на груди.

Главная отличительная черта птерозавров — конечно же, умение летать. Они освоили активный полет, то есть махали крыльями, чтобы взлетать и удерживаться в воздухе. Как показала эволюция, осуществить такой полет можно различными способами, а потому летательный аппарат этих животных особенный, непохожий на птичий и мышиный. Два отдела представляют в нем особый интерес — это руки-крылья и хвост-руль. Плоскость крыла образована большой кожной перепонкой (брахиопатагиумом), натянутой, как уже упоминалось, между телом и сильно удлиненным четвертым пальцем кисти, а также кожной перепонкой поменьше (пропатагиумом), расположенной между плечом и предплечьем. Пропатагиум поддерживался палочковидной костью — птероидом, представлявшем собой окостенение мышцы, идущей вдоль переднего края этой кожной складки. Натяжение мышцы поднимало пропатагиум, что позволяло изменять аэродинамические свойства крыла. В крыле рамфоринхоидов была еще одна перепонка — уропатагиум, натянутая между задними конечностями и проходившая под хвостом. Вероятно, с ее помощью, если поджать хвост, птерозавр мог притормаживать, заходя на посадку.

Кожная перепонка летающих рептилий представляла собой удивительный материал, сложный и практичный, словно созданный неизвестным инженером с учетом всех летных характеристик. Основу его составляли ориентированные определенным образом эластичные волокна (актинофибрилы), каждое толщиной примерно 0,05 миллиметра. За их счет перепонка, будучи расправленной, туго натягивалась. В передней части брахиопатагиума волокна располагались почти параллельно «крыловому» пальцу, дальше назад их угол наклона к пальцу увеличивался. Ближе к краю перепонки появлялись дополнительные вставочные актинофибрилы, которые расправлялись только при полном раскрытии крыла, а в покое собирались в складки наподобие веера. К заднему краю крыла волокна подходили почти под прямым углом, что обеспечивало его жесткость в полете. Такая структура делала перепонку выпуклой вверху, создавая аэродинамический профиль крыла, необходимый для возникновения подъемной силы. Также ее пронизывала густая сеть кровеносных сосудов, служивших, возможно, для терморегуляции, когда тепло от тела распределялось на большую площадь перепонки, где быстрее рассеивалось.

У древних птерозавров был очень длинный хвост, состоящий иногда из 40 позвонков. Первые 5—6 были нормально развиты и подвижны, а последующие сильно удлинены и снабжены в несколько раз более длинными отростками. Эти отростки переплетались между собой, обеспечивая полную жесткость хвоста в полете. Хвост в основном опускался и поднимался, и только передняя его часть, свободная от «плетенки», могла двигаться влево и вправо. В полете хвост служил рулем: его жесткость была необходима при внезапных сменах направления, а функцию рулевой лопасти играла кожистая ромбовидная складка на кончике.

Активный полет птерозавров был возможен только при достижении ими достаточно высокого уровня метаболизма, а это — аргумент в пользу их теплокровности. Подтверждение этого — наличие густого волосяного покрова на теле и крыльях, который предотвращал потерю метаболического тепла, ведь за счет летательной перепонки площадь поверхности тела рептилий увеличивалась, а значит, увеличивался и расход тепла. У рамфоринхов мех был коротеньким — 2—3 миллиметра, а сордес носил шубку шестимиллиметровой толщины. Теплокровность давала еще одно преимущество птерозаврам. Вдыхаемый ими воздух нагревался и подавался в обширные воздушные мешки, занимавшие полости трубчатых и других костей, включая позвонки. Это еще больше увеличивало их воздушную «плавучесть».

Будучи прибрежно-морскими охотниками за рыбой, птерозавры проводили над водоемами большую часть времени. Садились ли они на воду и хорошо ли плавали? Сегодня в этом не сомневаются. Другой вопрос: могли ли они глубоко нырять за рыбой наподобие современных веслоногих птиц? Это вряд ли, учитывая, что крылья птерозавров, в отличие от птичьих, полностью не складывались, и растопыренные передние конечности с натянутой летательной перепонкой сильно тормозили движение птерозавров в воде, использовать же крылья как органы подводного движения было невозможно. Более того, птерозавры не могли нырять сколько-нибудь глубоко из-за малого удельного веса, виной чему их полые кости. По крайней мере у некоторых ящеров между пальцами стоп имелась перепонка, как у современных водоплавающих. Вероятно, они работали лапами, отдыхая на поверхности воды, а чтобы взлететь — выплывали на гребень волны.

Кецалькоатль, Северная Америка, 65,5 миллиона лет назад

Птерозавры из семейства аждархид безраздельно господствовали в воздушном пространстве Земли в конце мелового периода. Входившие в это семейство кецалькоатли были самыми последними представителями летающих ящеров и самыми гигантскими. Размах их крыльев составлял 10 метров, шея была длиной три метра, а череп — два метра. Благодаря полым костям ящер весил всего 130 килограммов. Тем не менее кажется невероятным, что такое большое животное поднималось в воздух и планировало, непонятно также, как оно отдыхало, передвигалось по земле и охотилось. Кецалькоатли обитали в глубине материка и, вероятно, питались пресноводной рыбой, мелкими рептилиями и млекопитающими.

В юрском периоде появились новые семейства птерозавров — птеродактилоиды, которые в течение 30 миллионов лет конкурировали с древними и в итоге вытеснили их. Кроме птеродактиля, птеранодона и орнитохейра в юрском и меловом периодах Землю населяли еще два десятка видов, своеобразных и специализированных для различных экологических задач. Механизм полета у них был другой: рамфоринхоиды летали более маневренно, используя хвост как балансир при поворотах, птеродактилоиды больше планировали. Видимо, с изменением способа полета и связаны основные изменения их анатомии. Птерозавры нового поколения располагали более совершенным дыхательным аппаратом, коротким хвостом, а также системой, еще более увеличивавшей жесткость позвоночника: длинной шеей со сросшимися в особую кость передними позвонками (нотариум) и сложным крестцом из 6—10 позвонков. У крупных птерозавров отсутствовала нижняя часть летательной перепонки — уропатагиум, и задний край брахиопатагиума крепился к костному тяжу на конце хвоста, образованному видоизмененными хвостовыми позвонками. Подъем и опускание хвоста изменяли угол наклона задней части брахиопатагиума, который мог функционировать как «закрылки», гасящие скорость во время приземления.

Ярким представителем нового типа птерозавров стал птеранодон, обитавший в морских проливах и на океанских берегах Североамериканского континента. При семиметровом размахе крыльев весил этот ящер всего 16,6 килограмма. Развивая максимальную скорость 50 км/ч, он планировал лучше, чем современные альбатросы, благодаря длинным узким крыльям и удерживался на лету при восходящем потоке скоростью всего 3,6 км/ч.

К середине мелового периода, 90 миллионов лет назад, разнообразие птерозавров уменьшилось, и на Земле осталось единственное семейство аждархид. Оно состояло из очень крупных особей, особенно к концу своего господства. Летающих гигантов такого размера Земля не знала ни до них, ни после. Беззубые, длинношеие рептилии безраздельно царили в прибрежных районах Лавразии и Гондваны в течение последующих 25 миллионов лет. Последние из аждархид — кецалькоатль, хацегоптерикс и арамбургиана — достигли колоссальных размеров. Размах крыльев кецалькоатля достигал 10 метров, хацегоптерикса — 12 метров. Когда в 1971 году кости кецалькоатля обнаружили на территории Техаса , ученые усомнились в его способности летать. Загадку удалось разрешить с помощью эксперимента, создав модели ящера в натуральную величину. Ученые потерпели множество неудач, пока путем проб и ошибок не усовершенствовали конструкцию механического птерозавра настолько, что он смог самостоятельно планировать. Внешность кецалькоатля была не менее выдающаяся, чем его размеры, во многом благодаря очень длинной шее. Представьте себе шейный позвонок 60 сантиметров длиной, а их у ящера было три, плюс еще шесть позвонков чуть меньшего размера. Чему служила такая огромная шея? Одно время думали, по аналогии с современными длинношеими грифами, что кецалькоатли питались падалью, в частности трупами динозавров. Американский палеонтолог Ван Лэнгстон считал, что дело в моллюсках и членистоногих, которых удобно добывать кончиками пинцетообразных челюстей, зондируя грунт на речном или озерном мелководье. Шея этих птерозавров, однако, не была столь подвижной, как у грифов, что делает обе гипотезы сомнительными. Более правдоподобна идея российского палеонтолога Льва Несова — первооткрывателя аждархид, считавшего их рыбоядными. Большая длина шеи позволяла гигантским ящерам долго лететь на небольшой «охотничьей» высоте, касаясь воды концами сомкнутых челюстей и держа туловище довольно далеко от поверхности.

Сравнение крыла летучей мыши (А) и птерозавра (Б)

1 — брахиопатагиум

2 — пропатагиум

3 — уропатагиум

4 — пять пальцев кисти

5 — удлиненный четвертый палец кисти

6 — птероид

7 — актинофибрилы

Существует несколько неразрешенных вопросов, относящихся к обоим подотрядам птерозавров. Один из наиболее спорных: могли ли летающие ящеры передвигаться по земле и если могли, то как? Долгое время думали, что, оказавшись на земле, птерозавры становились совершенно беспомощными, они лежали на брюхе и продвигались вперед за счет пропульсивных движений задних конечностей наподобие современных пингвинов и тюленей. Но, скорее всего, это не так, и птерозавры могли передвигаться по земле довольно хорошо, остается, однако, неясным, как именно: используя все четыре конечности, то есть ноги и локти, или только ноги?

Об образе жизни и поведении птерозавров можно только догадываться, опираясь на аналогии с летучими мышами и современными прибрежными птицами вроде олуш и фрегатов. С этой точки зрения летающие ящеры, вероятно, жили большими колониями и обладали сложным половым поведением, о чем свидетельствуют костные гребни на черепах самцов и самок. Гребни самцов были хорошо развиты и разнообразны по форме, в брачный период они служили сигналами для самок совершать выбор, а также сдерживали агрессию других самцов.

Птерозаврам приписывали некоторые ископаемые яйца рептилий начиная с середины XIX века, но только в 2004 году появились первые достоверные находки из Китая и Аргентины . Теперь нет сомнений в том, что эти странные животные откладывали яйца, как другие рептилии и птицы. Яйцо птерозавра покрывала не известковая скорлупа, а кожистая оболочка, как у современных черепах. Это объясняет, почему находок так мало — ведь для их сохранения требуются исключительно благоприятные условия. Скелет эмбриона в яйце из Китая уже практически сформирован, значит, детеныши рождались активными и вскоре после вылупления начинали кормиться самостоятельно. Насколько птерозаврам была характерна родительская забота о детенышах, можно только догадываться. По крайней мере некоторые птеродактилоиды могли вскармливать еще не летающих детенышей полупереваренной пищей, хранившейся у них в горловом мешке, — обнаружено несколько отпечатков этого органа.

Сегодня известно, что птерозавры были высокоорганизованными и очень разнообразными животными, господствовавшими в воздухе большую часть мезозойской эры. Почему же количество их видов сокращалось на протяжении мелового периода? Одна из возможных причин — конкуренция с птицами, которые в то время уже были многочисленны. Из 16 семейств птерозавров осталось только одно, состоящее из настоящих гигантов. Они планировали над прибрежными водами океанов и морей в особо благоприятных погодных условиях. Реальную конкуренцию в воздухе им могли составить только крупные океанические птицы, но время их еще не пришло — эти птицы появились спустя миллионы лет после исчезновения последних птерозавров. Гигантов погубили не птицы, а узкие рамки их образа жизни. Глобальное похолодание климата 65 миллионов лет назад привело к резкому ухудшению погодных условий, возникновению частых штормов, ливней, сокращению теплых восходящих потоков воздуха над океаном. Последние птерозавры оказались слишком уязвимыми для таких изменений и исчезли.

Александр Аверьянов