Ученые 150 лет спорили о том, как летали далекие предки птиц. Пластиковый динозавр помог найти ответ
Три года назад в аэродинамической трубе Бристольского университета были приостановлены обычные испытания — вместо макета самолета в установку поместили полуметрового ящера из алюминия. Точную копию квехнеозавра — вымершей 200 млн лет назад рептилии — изготовил немецкий палеонтолог Коэн Штайн. Ученые давно подозревали, что ящер использовал свои межреберные перепонки в качестве примитивного парашюта. Штайну впервые удалось доказать это наглядно — алюминиевый квехнеозавр неплохо показал себя в аэродинамической трубе.
Палеонтологи все чаще прибегают к подобным физическим экспериментам. Недавно изучать аэродинамику ящеров стали и американские ученые из Университета Канзаса. Дэвид Александер и его коллеги построили макет пернатого динозавра Microraptor gui. Он жил 120 млн лет назад и был способен на кратковременный полет. Чтобы понять, как выглядел этот полет, палеонтологи во всем мире изучают кости — а Александер смог увидеть его собственными глазами. А затем описать во всех подробностях. Теперь Александер утверждает, что микрорапторы могли совершать полеты только с деревьев, а не с земли. С таких робких попыток подняться в воздух и началась эволюция птиц.
Научная работа Александера, вероятно, положит конец старому спору палеонтологов. Он начался в 1863 году, когда английский зоолог Ричард Оуэн выступил с описанием новой находки: на раскопках в Германии был найден хорошо сохранившийся скелет примитивной птицы — археоптерикса. Открытие оказалось очень кстати: всего за четыре года до этого Чарльз Дарвин опубликовал свой труд о происхождении видов. Археоптерикс идеально подходил на роль промежуточного звена между рептилиями и птицами. Наглядное доказательство теории эволюции сначала вызвало сенсацию, а затем надолго поссорило биологов между собой. Они признали в ископаемой находке предка современных птиц, но до сих пор толком не могут договориться о том, как именно он летал.
Одни исследователи убеждены в том, что археоптерикс был способен на короткий полет — древняя птица разбегалась, подпрыгивала и начинала работать крыльями в воздухе. Есть версия, что именно с таких пробежек и прыжков и началась эволюция полета у прародителей археоптерикса — предков всех современных птиц. Десять лет назад американский палеонтолог Луис Чиаппе привлек специалистов по аэродинамике, которые вроде бы доказали, что крылья археоптерикса могли создавать достаточную для полета подъемную силу.
Могли, но только теоретически, возражает биолог Фил Сентер из Университета Ламар. Он считает, что скелет археоптерикса обладал ограниченной подвижностью — эффективно работать крыльями птица просто не могла. Сентер уверен: археоптерикс не мог летать по-настоящему, а лишь планировал с ветки на ветку. Залезать на деревья ему помогали цепкие пальцы на крыльях, писал ученый в научной статье в 2006 году. Незадолго до этого у специалистов появился еще один очень хороший повод утверждать, что способность летать зародилась на деревьях.
В 2002 году на раскопках в Китае знаменитый палеонтолог Син Сюй нашел отлично сохранившийся скелет динозавра — микрораптора. Обе пары конечностей ископаемого животного здорово напоминали крылья и были покрыты перьями. Четырехкрылый ящер — куда более далекий родственник современных птиц, чем археоптерикс. Тем он и интересен. Пойми палеонтологи, как летал микрораптор, они бы узнали, каким образом рептилии (а затем и птицы) покорили воздух.
«Для меня совершенно очевидно, что он не мог взлетать с земли. На это указывает строение его тела», — рассказывает Newsweek Чжунхэ Чжоу, один из обнаруживших микрораптора палеонтологов. Крылья динозавра были очень массивными и на бегу должны были волочиться по земле — ему было бы непросто взлететь с такой ношей. Кроме того, мышцы крыльев крепились к костям совсем не так, как у современных птиц. Это делало микрораптора очень слабым.
Китайские палеонтологи доказали, что микрораптор не был приспособлен для серьезного полета. Зато, как следует из недавнего опыта Дэвида Александера, ящер прекрасно планировал. «Обычно в таких работах полагаются на математические модели, — рассказывает ученый. — Но мы решили пойти немного другим путем, и наш эксперимент получился очень наглядным».
Палеонтологи реконструировали внешний вид динозавра и, проанализировав его скелет, построили жесткий каркас. Затем они обтянули эту конструкцию эластичным материалом и покрыли ее настоящими перьями. «Один из сотрудников университета оказался заядлым охотником, — вспоминает Александер. — Он поделился перьями фазана из своей коллекции». На основе этого макета ученые создали серию летающих моделей. Одних микрорапторов палеонтологи изготовили из пенополиуретана, других — из пластика, дерева и глины. В этом деле у Александера был немалый опыт. Он уже много лет строит радиоуправляемые модели самолетов.
Первые испытания прошли под открытым небом. Ученые с разбега запускали своих динозавров и снимали их полет на видеокамеру. На наблюдения заметно влиял ветер, и группе Александера пришлось искать закрытую площадку для эксперимента. Они отправились в университетский спортивный комплекс. «Надо было видеть лица людей, которым мы объясняли, чем занимаемся на стадионе», — смеется Александер. Вместе с макетами исследователи принесли в зал катапульту собственного изготовления. С ее помощью они могли запускать микрорапторов под строго заданным углом и с постоянной силой.
Ученые построили сразу несколько вариантов макетов с разным положением крыльев. Дело в том, что динозавры могли планировать с деревьев самыми разными способами. Два года назад палеонтолог Шанкар Чаттерджи из Техасского технического университета предположил, что динозавр изгибал задние конечности на лету, а передние держал прямо. Плоскость задней пары крыльев оказывалась у микрораптора под брюхом, и издалека летящий ящер напоминал биплан. Чаттерджи утверждал, что именно такой способ планирования был наиболее эффективным для микрораптора. Теория не выдержала проверки экспериментом.
Модель, изготовленная Александером «по рецепту» Чаттерджи, летала неважно. Зато другой вариант макета оказался вполне хорошим планером. В полете такой микрораптор больше всего напоминал стрекозу — передняя и задняя пары крыльев не были параллельны друг другу. Устройство скелета позволяло динозавру держать крылья подобным образом. «Эти динозавры планировали менее эффективно, чем многие современные птицы, — рассуждает Александер. — Но по крайней мере у микрорапторов это получалось лучше, чем сейчас выходит у белок-летяг».
«Эта работа — хорошее доказательство того, что примитивные предки птиц пришли к полету именно через планирование», — радуется известный специалист по эволюции птиц Алан Федуччия. Сам он много лет отстаивает именно эту гипотезу. По просьбе Newsweek с результатами Александера ознакомился и Чжунхэ Чжоу. «Вполне убедительный результат, — говорит первооткрыватель микрораптора. — Впрочем, я бы не полагался на то, что искусственная модель способна предсказать все нюансы полета животного». Например, вполне возможно, что микрорапторы все-таки изредка хлопали на лету своими крыльями — насколько им хватало сил. Эти усилия не приносили ящерам заметной пользы. Но именно из таких неуклюжих попыток набрать высоту со временем мог получиться самый настоящий полет.