Микроскопические особенности перьев раскрывают окраску ископаемых птиц и объясняют блеск казуаров

Казуары — крупные нелетающие птицы с синими головами и ногами, похожими на динозавровые. Они являются частью семейства птиц (палеогнатов), которое отделилось от линии кур, уток и певчих птиц (неогнатов) около 100 миллионов лет назад. У неогнатов иридесцентные цвета создаются за счёт физического строения перьев, но такой механизм ранее не находили у палеогнатов — до настоящего момента. В исследовании, опубликованном в Science Advances, учёные обнаружили, что придаёт перьям казуаров глянцевый чёрный блеск, и как выглядели перья птиц, живших 52 миллиона лет назад.

«Понимание базовых свойств — например, того, как генерируются цвета, — это то, что мы часто принимаем как данность у ныне живущих животных. Казалось бы, мы должны знать всё? Но здесь мы начали с простого любопытства. Что делает казуаров такими блестящими? Чад обнаружил лежащий в основе этого блеска механизм, который ранее не был описан у птиц», — говорит Джулия Кларк, палеонтолог из Техасского университета в Остине и старший автор статьи.

У птиц окраска возникает не только за счёт пигментов (как меланин у млекопитающих), но и за счёт структурного цвета, обусловленного физическим строением пера. На цвет влияет то, как свет отражается от меланосом (клеточных органелл, производящих пигмент) и от слоёв кератина. Разная форма или расположение меланосом создаёт разные структурные цвета, включая радужные переливы и глянцевый блеск.

Ранее структурные цвета в перьях палеогнатов (казуары, страусы) не находили — только у неогнатов. Однако у палеогнатов структурный цвет есть: например, синяя кожа на голове казуара или блеск яиц тинаму. Исследователи решили проверить, присутствует ли он и в их перьях.

Строение пера похоже на дерево: центральный «ствол» — это рахис, от него отходят «ветви» — бородки, покрытые мелкими бородочками. У других блестящих птиц глянец создаётся формой бородок и слоями меланосом в бородочках. Однако у казуаров учёные обнаружили иной механизм: блестящий чёрный цвет исходит от рахиса, проходящего по центру пера. Поскольку пушистые бородочки у казуаров довольно редкие, рахис больше подвержен воздействию света, чем у птиц с «густыми перьями», что и позволяет ему блестеть.

Кроме того, исследователи изучили перья родственника казуара, жившего 52 миллиона лет назад — ископаемой птицы Calxavis grandei из Вайоминга. Её прекрасно сохранившиеся окаменелости включают отпечатки перьев с остатками меланина.

Учёные исследовали эти отпечатки под сканирующим электронным микроскопом и обнаружили в бородочках перьев меланосомы — длинные, тонкие, по форме напоминающие зелёную фасоль. У современных птиц такая форма меланосом связана с иридесценцией.

Таким образом, впервые найдены доказательства структурного цвета в перьях палеогнатов, причём в двух разных проявлениях. Исследователи предполагают, что неспособность к полёту могла дать казуарам больше эволюционной свободы для экспериментов со структурой пера. У летающих птиц (включая ископаемых) главный приоритет — аэродинамика. Казуарам не нужно летать, поэтому у них могли развиться необычные перья с толстым рахисом, создающим блеск иным способом.

«Это даёт нам представление о времени, когда динозавры вымирали, а птицы поднимались. Изучение этих палеогнатов даёт лучшее понимание того, что тогда происходило, потому что нельзя изучать только неогнатов — нужно изучать обе сестринские группы, чтобы понять их общих предков», — заключает Чад Элиасон, первый автор исследования.