Рис. 1. Кус бирманского янтаря с оперенным хвостом целурозавра. Длина маштабного отрезка 5 мм. Фото из добавочных материалов к обсуждаемой статье в Current biology
Ученые заметили в бирманском янтаре, богатом на включения животных мелового этапа, мумифицированный скелет хвоста динозавра, покрытый перьями. Это первая находка динозавра, у какого перья непосредственно связаны со скелетом. Наличие скелета позволило немало точно определить таксономическое положение обладателя перьев: его отнесли к группе целурозавров, в какую входят всем известные тираннозавры, манирапторы, а также птицы и их ближайшие ископаемые родственники. Более того, находка помогла пролить свет на эволюцию перьев благодаря неплохо сохранившейся их структуре.
История этого удивительного открытия завязалась в 2015 году, когда китайский палеонтолог Син Лида (Lida Xing) из Китайского университета геологических наук в Пекине приобрел на базаре в Мьянме кусок бирманского янтаря размером 35,5 × 25,4 × 11,5 мм весом 6,5 г. Этот янтарь добывается в долине Хуконг (Hukawng Valley, штат Качин, Мьянма), датируется меловым этапом (а точнее — возрастом 99 млн лет) и постоянно служит источником научных открытий: в нем регулярно находят инклюзы насекомых, растений, пауков, ящериц (см. В бирманском янтаре мелового этапа найден вымерший убийца пауков, «Элементы», 07.07.2016). Ювелирные базары — едва ли не единственный доступный для ученых источник янтаря, поскольку в долине Хуконг не утихает военный конфликт между правительством и Армией самостоятельности Качина (см. Kachin Independence Army).
Ранее эта же группа исследователей заметила в кусочке бирманского янтаря фрагмент крыла птицы из группы энанциорнисов (L. Хing et al., 2016. Mummified precocial bird wings in mid-Cretaceous Burmese amber). А сейчас — фрагмент оперенного хвоста динозавра из группы целурозавров (входящей в немало крупную группу тероподов).
В настоящее время у ученых нет сомнений в существовании оперенных динозавров. За заключительные двадцать лет найдено немало видов, все они принадлежат к группе тероподов — ящеротазовых динозавров, к каким большинство современных ученых относит в том числе птиц и их вымерших родственников. Однако морфология перьев этих динозавров и закономерности их эволюции нехорошо изучены, поскольку найденные фрагменты обычно оказываются деформированными из-за давления осадочных пород. Кроме того, сложно установить таксономическое положение их обладателей, так как в ранее найденных образцах из различных месторождений мелового периода перья редко ассоциированы с опознаваемым скелетным материалом. Вот отчего новая находка стала настоящей научной сенсацией.
Хвост внутри янтаря видан невооруженным глазом как удлиненная и слегка изогнутая структура длиной 36,73 мм. Слой перьев так плотный, что не позволяет увидеть подлежащие структуры, поэтому для их изучения бывальщины использованы методы фазо-контрастной синхротронной микротомографии в рентгеновском диапазоне, типовой микроскопии, микро- и макрофотографии, сканирующей электронной микроскопии.
Образчик хорошо сохранился благодаря консервирующим свойствам смолы, в нем присутствуют даже мягкие материалы, а перья сохранили свою первоначальную структуру. Тесный контакт между мумифицированной кожей и опоясывающим янтарем, а также сморщенность кожи позволяют предположить, что хозяин хвоста был уже мертв и его тело частично высохло перед попаданием в янтарь. Желая, возможно, хвост высох уже в результате взаимодействия со смолой.
Однако высыхания и консервации в янтаре всё же очутилось недостаточно, чтобы победить время: в костях неразличима внутренняя структура из-за замещения минералами глин, заполняющих вакуумы в янтаре, а мягкие ткани (предположительно мышцы, связки и кожа) воображают собой углеродную пленку (см. Carbonaceous film), содержащую лишь отпечатки первоначального химического состава. С помощью методов рентгенофлуоресцентного разбора и рентгеновской абсорбционной спектроскопии (X-ray absorption spectroscopy) в составе мягких материалов было выявлено железо, а также медь, которая встречается преимущественно в оперенной доли образца, но не может достоверно указывать на сохранность пигментов оперения. Иные обнаруженные химические элементы (кальций, кремний, цинк, марганец, титан и германий), по-видимому, входят в состав глины, заполняющей вакуумы янтаря извне. Выяснилось также, что 80% железа является двухвалентным (установили это путем сравнения рентгеновского спектра поглощения железной фольги и оксидов железа различной валентности: Fe2O3, Fe3O4, FeO). Такое большое количество двухвалентного железа позволяет предположить, что оно является итогом распада гемоглобина и ферритина.
На снимках, полученных с помощью микротомографии, неплохо различимы два позвонка и граница между ними с вентральной (брюшной) сторонки (см. рис. 2, F–H). Экстраполируя длину этих позвонков на оставшуюся доля скелета, ученые определили, что фрагмент состоит по крайней мере из 8 позвонков и доли 9-го. У позвонков отсутствуют нейральные и гемальные дуги, а также поперечные отростки. Это указывает о том, что найденная часть скелета — это, во-первых, хвост, а во-вторых — махонький его фрагмент ближе к дальнему концу (взгляните на реконструкции костяка целурозавров). По-видимому, хвост состоял не менее чем из 15, но не немало чем из 25 позвонков. Размер фрагмента также позволяет предположить, что хвост относился молодой особи величиной с воробья.
Рис. 2. Микрофотографии хвоста: А — вид со спинной сторонки, B — вид с вентральной стороны, C — край хвоста, на котором заметна беспросветная окраска спинных перьев (вверху) и углеродная пленка кругом позвонка (отмечена звездочкой). Изображения, полученные с помощью фазо-контрастной синхротронной микротомографии в рентгеновском диапазоне: D — спинная сторонка, E — спинная сторона в большем приближении, F — брюшная сторона, G — брюшная сторонка в большем приближении, H — боковая сторона хвоста. Длина маштабных отрезков: 5 мм (A, B, D, F) и 2 мм (C, E, G, H). Рисунок из обсуждаемой статьи в Current biology
Гадательная длина целого хвоста, наличие вентральной борозды на теле позвонков, размашисто распространенной среди «нептичьих» тероподов, а также строение перьев, выговор о котором пойдет ниже, позволили исследователям отнести хозяина хвоста к группе целурозавров; в этой группе он ближней к тираннозаврам и компсогнатам (см. Compsognathidae).
Также позвонки не объединены в пигостиль, специфический для большинства птиц и их ближайших родственников и служащий для прикрепления кормчих перьев (на это указывает длина позвонков, превышающая максимальный диаметр хвоста в два раза, а также извилина хвоста). Весь фрагмент хвоста покрыт перьями мерно, они крепятся в несколько рядов: по бокам, а также по обеим сторонкам от срединной линии спинной поверхности хвоста, на вентральной (брюшной) сторонке перья редкие и тонкие. Перьевые фолликулы располагаются в половине тела позвонка и между позвонками. Перья не являются кормчими (характерными для хвоста птиц), однако их парное расположение в облике боковых килей похоже на расположение перьев у группы Paraves, вводящей всех птиц и их ближайших родственников (в том числе знаменитого археоптерикса). Таким манером, характерные особенности хвостового оперения сформировались еще до формирования пигостиля.
Все перья организованы одинаково вне зависимости от их положения на хвосте. Они имеют слабо сформулированный стержень (рахис), слегка утолщающийся книзу, отходящие от него бородки (бородки первого распорядка) и бородочки (или бородки второго порядка); о строении пера см.: Стержень, бородки и крючки, «Элементы», 17.03.2016. Поразительно то, что бородочки ответвляются не лишь от бородок, но и от стержня, что характерно и для контурных перьев многих нынешних птиц, у которых, однако, бородочки расположены только у основания стержня, а не по всей его длине, как у обладателя хвоста.
Такое постройка пера совершенно ново и уникально для тероподов. У обнаруженных ранее перьев кое-каких других целурозавров (таких как дромерозавриды и теризинозавриды) редуцирован стержень и отсутствуют бородочки. Это обосновывает большее разнообразие вариантов хвостового оперения у целурозавров, чем намечалось ранее (рис. 3).
Рис. 3. А — схема самых крупных и ровных перьев (с переднего крышки хвоста со спинной стороны), на верхней стороне бородочки спущены, чтобы показать расположенные на стержне пера, масштаб: 1 мм, B — микрофотография перьев со схемы на рисунке А, белоснежными стрелками отмечены фолликулы перьев, масштаб: 1 мм, С — модель эволюционного развития перьев. Перья этого целурозавра представляются промежуточной стадией между 3a (рахис и бородки) и 3b (бородки с бородочками, рахиса нет), но еще не дошедший до стадии 3a+b (неплохо выраженный рахис с бородками, несущими бородочки). У перьев этой особи бородочки располагаются поочередно вдоль слабо сформулированного рахиса и почти дихотомически разветвлены на верхушке пера, бородочки отходят от бородок и рахиса. Рахис, видимо, формируется благодаря слиянию бородок, уже тащащих бородочки (3b), а не «голых» бородок (3а). Если слабо развитый рахис не является итогом вторичной редукции, эволюционный путь перьев этих целурозавров прошел стадию 3b, но не 3а. Рисунок из обсуждаемой статьи в Current biology
Извилина перьев внутри янтаря показывает, что бородки и, частично, стержень бывальщины гибкими и не годящимися для полета, а выполняли, скорее, функции контурных перьев нынешних птиц (такие как терморегуляция или привлечение партнеров для спаривания). Если обладатель хвоста подлинно молодой, то у него уже сформировано взрослое оперение, на что указывает морфология пера, похожая с таковой у контурных перьев современных птиц, а также присутствие бородочек.
Удивительна и частично сохранившаяся пигментация перьев (см. рис. 4), неплохо заметная на стержне, бородках и кончиках бородочек перьев спинной сторонки. Перья брюшной стороны хвоста заметно светлее спинных, имеющих каштановую окраску. Однако малопонятно, насколько нынешняя окраска соответствует прижизненной, так как почти ничего не популярно о деталях захоронения, или тафономии, образца. Под сканирующим электронным микроскопом видать, что в брюшных перьях нет меланосом, то есть они либо были не пигментированы, либо окрашивались не меланином, а иными пигментами вроде каротиноидов. Кератин, из которого состоят перья всех созданий, ими обладающих, имеет такую же структуру, как и у современных птиц.
Рис. 4. Микрофотографии оперения: А — ясные перья брюшной стороны в проходящем свете, стрелка указывает верхушку пера, B — затемненная копия фотографии А, позволяющая увидеть структуру и краска перьев , C — темные перья спинной стороны в проходящем свете, D — основания брюшных перьев (отмечены стрелкой) со немощно выраженным рахисом, E — распределение пигмента и микроструктура бородочек перьев с снимки С, белые линии указывают на пигментированные части бородочек, F–H — вариации структуры и пигментации бородочек, размещённых на бородках и рахисе (возле стрелок), изображения с верхней доли, средней части и у основания пера соответственно. Масштаб: 1 мм на снимки А; 0,5 мм на B–E; 0,25 мм на F–H. Рисунок из обсуждаемой статьи в Current biology
В отысканном кусочке янтаря присутствуют также инклюзы насекомых — муравьев из подсемейства Sphecomyrminae и жука-рогача — и фрагменты листьев, коры и волосков растений. Это добавочное свидетельство того, что хозяин хвоста обитал в лесистой места и, ввиду отсутствия способности к полету, планировал с деревьев.
Эта уникальная находка еще длинно будет будоражить воображение ученых и простых обывателей. Охота пожелать исследователям, с энтузиазмом охотящимся за ценным янтарем, новоиспеченных интересных открытий, касающихся эволюции оперенных динозавров и их перьев.
