Ученые обнаружили в бирманском янтаре, богатом на включения животных мелового периода, мумифицированный скелет хвоста динозавра, покрытый перьями. Это первая находка динозавра, у которого перья непосредственно связаны со скелетом. Наличие скелета позволило более точно определить таксономическое положение обладателя перьев: его отнесли к группе целурозавров, в которую входят всем известные тираннозавры, манирапторы, а также птицы и их ближайшие ископаемые родственники. Более того, находка помогла пролить свет на эволюцию перьев благодаря хорошо сохранившейся их структуре.
История этого удивительного открытия началась в 2015 году, когда китайский палеонтолог Син Лида (Lida Xing) из Китайского университета геологических наук в Пекине приобрел на рынке 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 периодом (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 периода найден вымерший убийца пауков, «Элементы», 07.07.2016). Ювелирные рынки — едва ли не единственный доступный для ученых источник янтаря, поскольку в долине Хуконг не утихает военный конфликт между правительством и Армией независимости Качина (см. Kachin Independence Army).
Ранее эта же группа исследователей обнаружила 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 теперь — фрагмент оперенного хвоста динозавра из группы целурозавров (входящей в более крупную группу тероподов).
В настоящее время у ученых нет сомнений в существовании оперенных динозавров. За последние двадцать лет найдено немало видов, все они принадлежат к группе тероподов — ящеротазовых динозавров, к которым большинство современных ученых относит в том числе птиц и их вымерших родственников. Однако морфология перьев этих динозавров и закономерности их эволюции плохо изучены, поскольку найденные фрагменты обычно оказываются деформированными из-за давления осадочных пород. Кроме того, сложно определить таксономическое положение их обладателей, так как в ранее найденных образцах из разных месторождений мелового периода перья редко ассоциированы с опознаваемым скелетным материалом. Вот почему новая находка стала настоящей научной сенсацией.
Хвост внутри янтаря виден невооруженным глазом как удлиненная и слегка изогнутая структура длиной 36,73 мм. Слой перьев настолько плотный, что не позволяет увидеть подлежащие структуры, поэтому для их изучения были использованы методы фазо-контрастной синхротронной микротомографии в рентгеновском диапазоне, стандартной микроскопии, микро- и макрофотографии, сканирующей электронной микроскопии.
Образец хорошо сохранился благодаря консервирующим свойствам смолы, в нем присутствуют даже мягкие ткани, а перья сохранили свою первоначальную структуру. Тесный контакт между мумифицированной кожей и окружающим янтарем, а также сморщенность кожи позволяют предположить, что хозяин хвоста был уже мертв и его тело частично высохло перед попаданием в янтарь. Хотя, возможно, хвост высох уже в результате взаимодействия со смолой.
Однако высыхания и консервации в янтаре всё же оказалось недостаточно, чтобы победить время: в костях неразличима внутренняя структура из-за замещения минералами глин, заполняющих пустоты в янтаре, а мягкие ткани (предположительно мышцы, связки и кожа) представляют собой углеродную пленку (см. Carbonaceous film), содержащую лишь следы первоначального химического состава. С помощью методов рентгенофлуоресцентного анализа и рентгеновской абсорбционной спектроскопии (X-ray absorption spectroscopy) в составе мягких тканей было выявлено железо, а также медь, которая встречается преимущественно в оперенной части образца, но не может достоверно указывать на сохранность пигментов оперения. Другие обнаруженные химические элементы (кальций, кремний, цинк, марганец, титан и германий), по-видимому, входят в состав глины, заполняющей пустоты янтаря извне. Выяснилось также, что 80% железа является двухвалентным (определили это путем сравнения рентгеновского спектра поглощения железной фольги и оксидов железа разной валентности: Fe2O3, Fe3O4, FeO). Такое большое количество двухвалентного железа позволяет предположить, что оно является результатом распада гемоглобина и ферритина.
На снимках, полученных с помощью микротомографии, хорошо различимы два позвонка и граница между ними с вентральной (брюшной) стороны (см. рис. 2, F–H). Экстраполируя длину этих позвонков на оставшуюся часть скелета, ученые определили, что фрагмент состоит по крайней мере из 8 позвонков и части 9-го. У позвонков отсутствуют нейральные и гемальные дуги, а также поперечные отростки. Это свидетельствует о том, что найденная часть скелета — это, во-первых, хвост, а во-вторых — маленький его фрагмент ближе к дальнему концу (взгляните на реконструкции скелета целурозавров). По-видимому, хвост состоял не менее чем из 15, но не более чем из 25 позвонков. Размер фрагмента также позволяет предположить, что хвост принадлежал молодой особи величиной с воробья.
'''
Рис. 2. Микрофотографии хвоста: А — вид со спинной стороны, B — вид с вентральной стороны, C — край хвоста, на котором заметна темная окраска спинных перьев (вверху) и углеродная пленка вокруг позвонка (отмечена звездочкой). Изображения, полученные с помощью фазо-контрастной синхротронной микротомографии в рентгеновском диапазоне: D — спинная сторона, E — спинная сторона в большем приближении, F — брюшная сторона, G — брюшная сторона 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''
Предположительная длина целого хвоста, наличие вентральной борозды на теле позвонков, широко распространенной среди «нептичьих» тероподов, а также строение перьев, речь о котором пойдет ниже, позволили исследователям отнести хозяина хвоста к группе целурозавров; в этой группе он ближе к тираннозаврам и компсогнатам (см. Compsognathidae). Также позвонки не объединены в пигостиль, характерный для большинства птиц и их ближайших родственников и служащий для прикрепления рулевых перьев (на это указывает длина позвонков, превышающая максимальный диаметр хвоста в два раза, а также изгиб хвоста). Весь фрагмент хвоста покрыт перьями равномерно, они крепятся в несколько рядов: по бокам, а также по обеим сторонам от срединной линии спинной поверхности хвоста, на вентральной (брюшной) стороне перья редкие и тонкие. Перьевые фолликулы располагаются в середине тела позвонка и между позвонками. Перья не являются рулевыми (характерными для хвоста птиц), однако их парное расположение в виде боковых килей похоже на расположение перьев у группы Paraves, включающей всех птиц и их ближайших родственников (в том числе знаменитого археоптерикса). Таким образом, характерные особенности хвостового оперения сформировались еще до формирования пигостиля. Все перья устроены одинаково вне зависимости от их положения на хвосте. Они имеют слабо выраженный стержень (рахис), слегка утолщающийся книзу, отходящие от него бородки (бородки первого порядка) и бородочки (или бородки второго порядка); о строении пера см.: Стержень, бородки и крючки, «Элементы», 17.03.2016. Поразительно то, что бородочки ответвляются не только от бородок, но и от стержня, что характерно и для контурных перьев многих современных птиц, у которых, однако, бородочки расположены только у основания стержня, а не по всей его длине, как у обладателя хвоста. Такое строение пера совершенно ново и уникально для тероподов. У обнаруженных ранее перьев некоторых других целурозавров (таких как дромерозавриды и теризинозавриды) редуцирован стержень и отсутствуют бородочки. Это доказывает большее разнообразие вариантов хвостового оперения у целурозавров, чем предполагалось ранее (рис. 3).
Рис. 3. А — схема самых крупных и ровных перьев (с переднего конца хвоста со спинной стороны), на верхней стороне бородочки опущены, чтобы показать расположенные на стержне пера, масштаб: 1 мм, B — микрофотография перьев со схемы на рисунке А, белыми стрелками отмечены фолликулы перьев, масштаб: 1 мм, С — модель эволюционного развития перьев. Перья данного целурозавра представляются промежуточной стадией между 3a (рахис и бородки) и 3b (бородки с бородочками, рахиса нет), но еще не дошедший до стадии 3a+b (хорошо выраженный рахис с бородками, несущими бородочки). У перьев данной особи бородочки располагаются поочередно вдоль слабо выраженного рахиса и почти дихотомически разветвлены на верхушке пера, бородочки отходят от бородок и рахиса. Рахис, видимо, формируется благодаря слиянию бородок, уже несущих бородочки (3b), а не «голых» бородок (3а). Если слабо развитый рахис не является результатом вторичной редукции, эволюционный путь перьев этих целурозавров прошел стадию 3b, но не 3а. Рисунок из обсуждаемой статьи в Current biology
Изгиб перьев внутри янтаря показывает, что бородки и, частично, стержень были гибкими и не годящимися для полета, а выполняли, скорее, функции контурных перьев современных птиц (такие как терморегуляция или привлечение партнеров для спаривания). Если обладатель хвоста действительно молодой, то у него уже сформировано взрослое оперение, на что указывает морфология пера, сходная с таковой у контурных перьев современных птиц, а также наличие бородочек.
Удивительна и частично сохранившаяся пигментация перьев (см. рис. 4), хорошо заметная на стержне, бородках и кончиках бородочек перьев спинной стороны. Перья брюшной стороны хвоста заметно светлее спинных, имеющих каштановую окраску. Однако непонятно, насколько нынешняя окраска соответствует прижизненной, так как почти ничего не известно о деталях захоронения, или тафономии, образца. Под сканирующим электронным микроскопом видно, что в брюшных перьях нет меланосом, то есть они либо были не пигментированы, либо окрашивались не меланином, а другими пигментами вроде каротиноидов. Кератин, из которого состоят перья всех существ, ими обладающих, имеет такую же структуру, как и у современных птиц.
Рис. 4. Микрофотографии оперения: А — светлые перья брюшной стороны в проходящем свете, стрелка указывает вершину пера, B — затемненная копия фотографии А, позволяющая увидеть структуру и цвет перьев , C — темные перья спинной стороны в проходящем свете, D — основания брюшных перьев (отмечены стрелкой) со слабо выраженным рахисом, E — распределение пигмента и микроструктура бородочек перьев с фотографии С, белые линии указывают на пигментированные части бородочек, F–H — вариации структуры и пигментации бородочек, расположенных на бородках и рахисе (возле стрелок), изображения с верхней части, средней части и у основания пера соответственно. Масштаб: 1 мм на фотографии А; 0,5 мм на B–E; 0,25 мм на F–H. Рисунок из обсуждаемой статьи в Current biology
В найденном кусочке янтаря присутствуют также инклюзы насекомых — муравьев из подсемейства Sphecomyrminae и жука-рогача — и фрагменты листьев, коры и волосков растений. Это дополнительное свидетельство того, что хозяин хвоста обитал в лесистой местности и, ввиду отсутствия способности к полету, планировал с деревьев.
Эта уникальная находка еще долго будет будоражить воображение ученых и простых обывателей. Хочется пожелать исследователям, с энтузиазмом охотящимся за ценным янтарем, новых интересных открытий, касающихся эволюции оперенных динозавров и их перьев.
