ONE MILLION YEARS BC Flight

Загадочные крылоящеры. Как они могли летать

Птерозавр и птеродактиль — два названия диковинных летающих существ; первое из них в переводе с греческого означает «крылоящер», второе — «летательный палец». Впервые остатки такого животного были найдены еще в XVIII веке. С тех пор ученые описали более 200 видов крылатых ящеров, однако обывательские представления об этих драконах, царивших в небе мезозойской эры более 160 миллионов лет, остается прежним.

Мы неизменно представляем их неповоротливыми, но очень опасными летающими рептилиями с длинным клювом и кожистыми крыльями, вышагивающими на задних лапах, словно пингвины. Взять, к примеру, фильм 1966 года «За миллион лет до нашей эры», в котором пронзительно клекочущий птерозавр лилового окраса уносит героиню Рэкел Уэлч в свое гнездо на корм детенышам (спойлер: красавице в бикини удалось спастись). За 50 лет что-то изменилось? Ничуть: в «Мире юрского периода», снятом в 2015-м, птерозавры все так же уносят людей больше собственного веса в небеса. (На всякий случай уточним: последние птерозавры вымерли 66 миллионов лет назад, то есть за целую вечность до того, как на Земле появились люди.)

Огромное количество палеонтологических находок, сделанных в последнее время, позволяет нам узнать, что птерозавры бывали самого разного внешнего вида и размера, и поведением тоже сильно разнились. Сотни видов птерозавров жили одновременно, занимая разные экологические ниши, как нынешние птицы. Среди них были чудища-великаны, такие, как кецалькоатль (Quetzalcoatlus northropi), одно из самых крупных летающих существ, известных на сегодня: стоя на четвереньках, он мог поспорить ростом с жирафом, а в размахе крыльев достигал 10,5 метра. Но были и птерозавры размером с воробья: такие сидели на ветках в древних лесах и, скорее всего, ловили насекомых.

Одна из самых любопытных находок — окаменевшие яйца птерозавра. Сканируя те, что лучше сохранились, ученые увидели под скорлупой эмбрионов и смогли узнать о том, как они развивались. Одно яйцо даже было обнаружено в яйцеводе самки дарвиноптера (Darwinopterus), обитавшего в Китае, а рядом с ним — другое, которое, очевидно, выдавило наружу под весом вулканического пепла, покрывшего животное. Миссис Т (так назвали эту самку) стала первым птерозавром, чей пол был точно установлен. Гребня у нее на черепе не было. Возможно, такие выросты украшали только головы самцов, как украшают они самцов некоторых современных видов птиц — природа подарила им большой, ярко окрашенный гребень, чтобы привлекать особей противоположного пола.

После всех этих находок птерозавры стали нам как будто ближе, но ученым все мало. И вот по дороге в национальный парк Биг-Бенд на юго-западе Техаса палеонтолог Дейв Мартилл из Портсмутского университета делится со мной рабочими планами: во-первых, встретить гремучую змею и полюбоваться ей; во-вторых, найти целый череп кецалькоатля. Шансы на исполнение первого пункта программы неизмеримо выше.

Самое важное для специалиста по птерозаврам — быть оптимистом. Представлять, что в такой-то день ты отправишься туда-то и найдешь хоть что-нибудь, имеющее к ним отношение, — все равно что купить лотерейный билет и тут же начать планировать, на что потратишь выигрыш. Окаменелости птерозавров встречаются чрезвычайно редко, поскольку их кости были полыми и тонкими. Что касается кецалькоатля, то о нем мы знаем благодаря всего лишь нескольким фрагментам, найденным в парке Биг-Бенд в 1970-е годы.

Мартилл и его коллега Низар Ибрахим провели три дня в поисках окаменелых костей в руслах пересохших рек на землях парка. Они вдоль и поперек исходили Кряж Птеродактиля (какое многообещающее название!), то и дело сверяясь с картами, составленными первооткрывателем этого ящера. Они вникали во все нюансы геологических пластов («Взгляни на эти проявления циклов Миланковича! » — восклицал Мартилл, имея в виду, что периодические изменения формы орбиты Земли и наклона ее оси, как установил сербский астроном Милутин Миланкович в начале XX века, влияют на климат планеты, и это отражается на циклическом строении осадочных отложений). Забравшись на гребень из песчаника, с которого, казалось, невозможно было слезть, Мартилл лишь обронил: «Где наша не пропадала! », прыгнул вниз и остался целым и невредимым.

Однако исследователям не довелось ни повстречать гремучую змею, ни обнаружить даже обломка косточки птерозавра. В утешение им попалась бедренная кость гигантского динозавра, по всей видимости завроподы. Но динозавры их не интересуют.

Покидая национальный парк, палеонтологи разрабатывают план новых поисков кецалькоатля — уж очень им хочется больше узнать об этом удивительном ящере, в котором все необычно: и размеры, и внешний вид, и поведение — об этом можно судить по немногим оставшимся от него окаменелостям.

Представления о птерозаврах сильно изменились — даже в том, что касается их внешнего вида и поведения. Объясняется это отчасти тем, что до самого недавнего времени ученым приходилось строить свои заключения по крайне малому количеству образцов.

Птерозавры отличались, прямо скажем, весьма странной анатомией. Может показаться, что они были плохо приспособлены для жизни что на земле, что в воздухе. Когда-то даже думали, что крылоящеры ползали на брюхе, или представляли их разгуливающими на задних лапах с вытянутыми вперед, словно у зомби, длинными передними конечностями и волочащимися сзади, будто плащ, сложенными крыльями. Позднее по ископаемым следам установили, что птерозавры передвигались на четырех конечностях, но в том, как именно, и куда они девали крылья, ясности по-прежнему не было. А в их летных способностях сомневались настолько, что считали их неспособными оторваться от земли, иначе как бросившись вниз с обрыва.

«Довольно часто встречаются особи, у которых голова и шея были в три, а то и в четыре раза длиннее туловища», — рассказывает биофизик Майкл Хабиб из Музея естественной истории округа Лос-Анджелес. Даже художники с научной подготовкой часто ошибаются, изображая их. «Они берут за образец птицу, только пририсовывают ей перепончатые крылья и гребень, — рассказывает Майкл. — Однако пропорции тела у птерозавров были совсем не птичьи».

Хабиб решил пересмотреть сложившиеся представления о биомеханике птерозавров с помощью, во-первых, математического подхода и, во-вторых, практических знаний анатомии позвоночных, которые он приобрел на другой своей работе, а именно в лаборатории медицинской школы Университета Южной Калифорнии. Подобно большинству ученых, Майкл полагает, что первые птерозавры, появившиеся около 230 миллионов лет назад, произошли от легких, стройных рептилий, хорошо приспособленных для бега и прыжков. Способность прыгать — чтобы схватить летящее насекомое или увернуться от зубов хищника — эволюционировала в способность, по выражению Хабиба, «подпрыгивать и зависать в воздухе».

Поначалу птерозавры, наверное, только парили, а затем, за десятки миллионов лет до птиц (и уж тем более до летучих мышей), стали первыми позвоночными, овладевшими машущим полетом.

Прибегнув к помощи уравнений, используемых в авиатехнике, Хабиб и его коллеги опровергли гипотезу о прыжках с обрывов. Кроме того, они доказали, что если бы птерозавры взлетали из вертикального положения, стоя на задних лапах, то у крупных видов от перегрузки ломались бы бедренные кости. Взлет с четырех конечностей более практичен.

«Нужно подпрыгнуть вверх, опираясь на передние конечности, словно прыгун в высоту — на свой шест», — объясняет Хабиб. Чтобы взлететь с воды, птерозавры использовали крылья на манер весел в академической гребле: отталкивались ими от поверхности. И, опять-таки, как у гребцов, у них были большие, развитые плечи, с которыми часто сочетались поразительно маленькие лапки — чтобы свести к минимуму лобовое сопротивление в полете.

Крыло птерозавра представляло собой перепонку, натянутую от плеча до лодыжки; а растягивал ее чрезвычайно длинный летательный (четвертый) палец, образующий переднюю кромку крыла. На образцах из Бразилии и Германии видно, что перепонка была пронизана тонкими мышцами и кровеносными сосудами. Дополнительную жесткость перегородке придавали «прошивавшие» ее белковые тяжи. Сегодня ученые полагают, что птерозавры могли слегка видоизменять профиль крыльев в зависимости от условий полета, сокращая мышцы либо разворачивая лодыжки внутрь или вовне.

Изменение угла наклона окостеневшего сухожилия на запястье — птероида, возможно, служило той же цели, что и разворот предкрылков у больших современных самолетов — увеличению подъемной силы на малых скоростях.

Кроме того, у птерозавров в обеспечение полета было вовлечено больше мышц и большая доля массы тела, чем у птиц. А в их мозге, как и у птиц (и даже лучше), были развиты лобные и зрительные доли, мозжечок и лабиринт: такой мозг мог быстро реагировать на изменение обстановки в полете и передавать сигналы на многочисленные мышцы, регулировавшие натяжение перепонки.

Благодаря работам Хабиба и его коллег, птерозавры предстают уже не крылатым недоразумением, а искусными авиаторами. Многие виды, похоже, были приспособлены для медленного, но очень длительного полета на большие расстояния; они могли парить над океаном, используя слабые теплые восходящие потоки воздуха (термики). Существовали и такие виды, которые Хабиб называет суперлетунами: например, у никтозавра (Nyctosaurus), похожего на альбатроса, чей размах крыльев достигал почти трех метров, планерские качества, особенно то расстояние, которое он пролетал на каждый метр снижения, были вполне сопоставимы с характеристиками современного спортивного планера.

«Ладно, с крыльями все понятно, — начал как-то после лекции Хабиба один палеонтолог. — Но что вы скажете про головы? » У кецалькоатля, например, череп мог быть трехметровой длины, тогда как тело — меньше метра. А у никтозавра из огромного черепа торчала длинная «мачта», к которой, вероятно, крепился гребень.

Отвечая на вопрос, Майкл рассказал о мозге птерозавров, масса которого, как у птиц, лишь чуть-чуть утяжеляла огромную голову, рассказал о костях, которые были полыми, тоже как у птиц, и даже легче. Толщина костных стенок иногда не превышала миллиметра, притом что костная ткань была образована многочисленными перекрещенными слоями, что придавало прочность костям (как у многослойной фанеры). А изнутри полости для пущей жесткости были пересечены перегородками. Все это позволяло птерозаврам достичь больших размеров тела без существенного увеличения массы.

Черепа, украшенные гребнями, и зияющие пасти были настолько огромны, что Хабиб, глядя на них, разработал «гипотезу Страшного Серого Волка»: «Если у тебя большая пасть, то ты больше сможешь проглотить. А выступающий гребень мог привлекать самок». Ну а возвращаясь к вопросу того палеонтолога, птерозавры, по мнению Майкла, были «огромными летающими головами-убийцами».

Цзюньчан Люй, один из ведущих палеонтологов Китая, встречает гостей на оживленной улице в центре Цзиньчжоу, крупного торгового города на северо-востоке страны, и проводит их по скудно освещенному коридору обычного, казалось бы, офисного здания. На самом деле это Палеонтологический музей Цзиньчжоу. Его директор распахивает дверь маленькой кладовки без окон, и взгляду пришедших открывается то, что в любом другом музее стало бы главной приманкой для посетителей: все полки и почти весь пол занимают образцы с удивительно полными, во всех мельчайших деталях, остатками пернатых динозавров, древнейших птиц и, конечно, птерозавров.

На большой, почти по плечо Люю, каменной плите, прислоненной к стене напротив двери, виден крупный, страшный птерозавр с размахом крыльев в четыре метра и крошечными цыплячьими задними лапками — чженюаноптер (Zhenyuanopterus). Его вытянутая голова свернута вбок и, кажется, состоит из одних челюстей, а зубы становятся все длиннее и все сильнее заходят друг за друга по мере приближения к началу пасти. «Это для того, чтобы удобно было ловить рыбу, плавая на поверхности воды», — объясняет Люй. Чженюаноптер — лишь один из трех десятков видов птерозавров, которых он описал с 2001 года (многие еще только ждут изучения, лежа на полках).

Музей Цзиньчжоу — один из десяти подобных палеонтологических музеев, разбросанных по провинции Ляонин, которая является настоящим кладезем ископаемых птерозавров и одним из тех регионов, где были сделаны находки, благодаря которым Китай в последнее время оказался на переднем крае палеонтологии.

Вдобавок Ляонин — главная арена соперничества, и люди со стороны сравнивают то, что здесь происходит, не вполне, впрочем, оправданно, с «костяными войнами» которые вели друг с другом в XIX веке первопроходцы американской палеонтологии Отниел Чарлз Марш и Эдвард Дринкер Коп.

Стороны этого соперничества — Люй, представляющий Академию геологических наук КНР, и Шаолинь Ван, чей переполненный окаменелостями кабинет находится в Институте палеонтологии позвоночных и палеоантропологии в Пекине. Эти ученые мужи, подобно Маршу и Копу, в начале карьеры работали вместе, а затем их пути разошлись, и с тех пор они относятся друг к другу с враждебностью, которую, впрочем, не афишируют. «Двум тиграм не ужиться на одной горе», — усмехается их коллега Шуньсин Цзян.

За полтора десятка лет, прошедших с тех пор, Люй и Ван не раз опережали друг друга по количеству открытий, а на пару описали более 50 новых видов птерозавров — почти четверть всего, что известно на сегодня. Впрочем, некоторые из этих новых видов со временем будут признаны синонимами прежних, как это нередко случается в палеонтологии. Однако соперничающим сторонам предстоит сделать еще больше открытий в будущем. «Им пришлось бы работать лет десять все дни напролет, чтобы описать все то, что они уже откопали», — с завистью замечает один из гостей. Услышав это, Люй удивленно поднимает брови: «Думаю, десяти лет маловато будет».

Успех китайских ученых объясняется не только конкуренцией, но и тем, что они оказались в нужном месте в нужное время. Китай, наряду с Германией, Бразилией, США и Англией, одна из немногих стран мира, где было найдено 90 процентов всех ископаемых птерозавров. Случилось так не потому, что птерозавры обитали только на территориях, где сейчас расположены эти страны, — фрагменты их скелетов находят практически везде. Просто здесь их остатки полнее сохранились.

Эта исключительность очевидна на примере провинции Ляонин. В начале мелового периода, рассказывает Люй, в здешних лесах и мелких пресных озерах сложилось очень разнообразное сообщество организмов — динозавры, первые птицы, множество птерозавров и насекомых. Из-за того, что по соседству время от времени извергались вулканы, многие животные гибли под пеплом и попадали на илистое дно озер. Жертвы подобных катастроф оказывались погребенными очень быстро, иногда даже без доступа кислорода к останкам, их ткани минерализовались быстрее, чем успевали разложиться, и потому уцелели. Палеонтологи называют такие местонахождения лагерштеттами (Lagerst?tte по-немецки означает «залежь»). И все равно такие находки приходится еще месяцами препарировать — очищать от породы, чтобы все их особенности можно было разглядеть в том числе, конечно, с помощью всевозможных мощных микроскопов.

Только в таких местах, как Музей птерозавров в Бэйпяо или недавняя выставка крылоящеров в Пекинском музее естественной истории, начинаешь воспринимать окаменелости иначе — как часть былого великого разнообразия.

Вот, например, чжэхольоптер (Jeholopterus) — птерозавр с широкой пастью, похожей на лягушачью, который, как предполагают ученые, охотился на стрекоз и других насекомых. Вот икрандрако (Ikrandraco), названный в честь крылатых существ из «Аватара»: он, вероятно, летал низко над поверхностью воды и выуживал рыбу с помощью подобия киля на нижней челюсти. Вот найденный в Северном Китае джунгариптер (Dsungaripterus) с тонким загнутым вверх клювом, которым он поддевал моллюсков и других беспозвоночных, чтобы затем раздавить их раковины и панцири бугорчатыми зубами.