Оперённым динозаврам мешали летать молекулярные ограничения

Реконструкция внешнего вида анхиорниса. Эти миниатюрные оперённые тероподы обитали на территории современной Азии 167-155 миллионов лет назад.

Реконструкция внешнего вида анхиорниса. Эти миниатюрные оперённые тероподы обитали на территории современной Азии 167-155 миллионов лет назад.
Фото Nobu Tamura/Wikimedia Commons.

Останки анхиорниса. Из фрагмента, выделенного красной рамкой, были взяты образцы для молекулярного анализа.

Останки анхиорниса. Из фрагмента, выделенного красной рамкой, были взяты образцы для молекулярного анализа.
Фото Yanhong Pan.

Реконструкция внешнего вида анхиорниса. Эти миниатюрные оперённые тероподы обитали на территории современной Азии 167-155 миллионов лет назад.
Останки анхиорниса. Из фрагмента, выделенного красной рамкой, были взяты образцы для молекулярного анализа.

Палеонтологи открыли немало видов динозавров, которые были близки к современным птицам, имели перья и крылья, но летать не умели. Считается, что оперение таких существ служило для других целей – обогрева, привлечения партнёров.

Что же мешало динозаврам освоить воздушную стихию?

В поиске ответа международная команда исследователей провела молекулярный анализ окаменелых перьев нескольких видов древних существ, живших в период от 160 до 75 миллионов лет назад. Для сравнения использовались перья современных птиц.

"Современные птичьи перья состоят в основном из бета-кератина, белка, который также содержится в коже, когтях и клювах рептилий и птиц. Но перья отличаются от этих тканей: их белок модифицирован особым образом, что придаёт им большую гибкость", – рассказывает соавтор работы профессор Мэри Швейцер (Mary Schweitzer) из Университета Северной Каролины в США.

По её словам, на каком-то этапе эволюции перьев один из генов, отвечающих за производство бета-кератина, подвергся делеции (хромосомной перестройке, при которой происходит потеря участка хромосомы). Из-за этого молекулы белка стали короче, утратив ряд аминокислот. Это повлияло на биофизические свойства перьев: они стали более гибкими. И это обеспечило способность к полёту.

Для определения молекулярного состава перьев специалисты использовали электронную микроскопию высокого разрешения, а также различные химические и иммунологические методы.

"Гвоздём программы" стали перья анхиорниса. Эти ящеротазовые хищные динозавры (тероподы) обитали на территории современной Азии в верхнем юрском периоде. Они были весьма миниатюрными (в длину достигали 30-40 сантиметров) и обладали четырьмя крыльями.

Оказалось, что перья анхиорниса содержали не только бета-, но и альфа-кератины. Последние присутствуют в организме всех наземных позвоночных, включая млекопитающих.

Эти данные удивили учёных, поскольку перья современных птиц содержат минимальное количество альфа-кератинов.

Также выяснилось, что гены анхиорниса уже подверглись той самой делеции, благодаря которой бета-кератины приобретают укороченную "перьевую" форму.

Останки анхиорниса. Из фрагмента, выделенного красной рамкой, были взяты образцы для молекулярного анализа.

Возникает логичный вопрос: могли ли эти миниатюрные пернатые динозавры подниматься в воздух? Специалисты в этом сомневаются. По их словам, из-за "громоздких" альфа-кератинов перьям не хватало структурных и биомеханических свойств, обеспечивающих полёт.

Иную картину показал анализ останков ещё одного нелетающего динозавра из рода шувуйя, возраст которых оценивается в 130 миллионов лет. Перья этого существа содержали мало альфа-кератинов (как и перья современных птиц). Зато бета-кератины не были укороченными, что делало перья более жёсткими. И в этом случае полёт также был невозможен.

Отсюда следует логичный вывод: для развития полёта требовалось выполнение двух условий – усечение молекул бета-кератинов и почти полный "отказ" от альфа-кератинов.

Очевидно, что те существа, которые первыми "выполнили" оба условия, и начали осваивать воздушную стихию.

В дальнейшем учёные намерены определить по "молекулярным перьевым часам" древних существ более точное время возникновения полёта и этапы его развития.

Научная статья по итогам этой работы опубликована в журнале PNAS.

Кстати, ранее авторы проекта "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) рассказывали о других открытиях, сделанных командой Мэри Швейцер. Именно она подтвердила сенсационный вывод о возможности сохранения органической ткани на протяжении десятков миллионов лет, обнаружила самый древний образец мягких тканей в ребре динозавра, а также определила беременность тираннозавра по составу кости.