Как древние летающие ящеры правили небом: Исследование обнаружило структуры хвоста птерозавров, улучшавшие полёт
Учёные давно пытались понять, как птерозавры стали первыми позвоночными, освоившими полёт. Некоторые виды, такие как Quetzalcoatlus, были крупнейшими известными летающими животными с размахом крыльев более 10 метров (сопоставимо с военными самолётами вроде Spitfire). Новое исследование моей команды может помочь решить эту эволюционную загадку, показав, как перепончатая лопасть на кончике их хвостов помогала этим древним животным летать эффективнее. Результаты опубликованы в журнале eLife.
Первыми летающими животными были насекомые, похожие на стрекоз, которые махали крыльями в болотистых лесах каменноугольного периода (более 300 млн лет назад). Примерно на 100 млн лет позже, в триасовом периоде, в небо поднялись первые позвоночные — птерозавры. Они господствовали в небе мезозойской эры (251–66 млн лет назад), паря над головами динозавров.
Птерозавры были уникальны. Их крылья представляли собой динамичную мембрану, натянутую на удлинённый четвёртый палец, и, вероятно, были покрыты мехоподобным защитным слоем.
Технология, открывающая невидимое
В исследовании использовалась новая технология — лазерно-стимулированная флуоресценция (LSF). Она позволяет увидеть окаменелые ткани, невидимые человеческому глазу. Лазер стимулирует разные минералы и химические следы в окаменелости, заставляя их светиться разными цветами на фоне серой породы. Метод может выявить когти, клювы, кожу, перья и даже нежные подушечки пальцев динозавров.
Команда палеонтологов из Эдинбургского университета и Китайского университета Гонконга сфотографировала в тёмных комнатах музейные образцы птерозавров (например, из Музея естественной истории в Лондоне или Национального музея Шотландии в Эдинбурге) с длинной выдержкой под лазером.
К нашему удивлению, на нескольких образцах проявились детальные изображения хвостовых мембран вместе с поддерживающей решётчатой структурой, которую раньше никогда не видели. Изученные птерозавры принадлежали к одному виду — Rhamphorhynchus. Это был птерозавр среднего размера, сопоставимый или чуть меньше современного альбатроса. Он парил над лагунами Центральной Европы почти 150 млн лет назад.
Эволюция хвоста и полёта
Большинство летающих позвоночных в процессе эволюции укоротили костистые хвосты. Ранние птерозавры отличались: они имели длинные тонкие хвосты с лопастевидной «перепонкой», форма которой менялась в зависимости от вида и возраста животного. Например, у детёнышей Rhamphorhynchus перепонка была каплевидной, у подростков — ромбовидной (как воздушный змей), а у взрослых особей напоминала треугольное сердце.
Изученные образцы имели ромбовидную хвостовую перепонку, внутри которой находилась пересекающаяся структура, напоминающая рёбра и лонжероны в крыле самолёта. Внутренняя решётка могла позволять мембране динамично натягиваться, как парус на корабле, и ограничивать вибрацию, ухудшающую аэродинамику.
По мере эволюции птерозавры становились легче и крупнее, их хвосты уменьшались и в итоге исчезли.
Понимание функции хвоста помогает понять эволюцию полёта, что, в свою очередь, может вдохновить будущие технологии (самолёты, дроны, даже конструкцию тентов). Птерозавры были пионерами полёта, навсегда исчезнувшими в массовом вымирании. Вероятно, у них было много приспособлений, помогавших полёту, которые в окаменелостях невидимы для человеческого глаза. Но с развитием технологий, таких как LSF, мы можем найти больше ключей к их успеху в небе и внешнему облику.