Руководствуясь новым методом, ученые доказали, что конфуциусорнис (слева) имел яркие рыжие, белые и черные пятна. Его дальний родственник археоптерикс (справа), напротив, был преимущественно черным
Какого окраса были динозавры — вопрос, на который палеонтологи почти не надеялись получить ответ. Но последние находки и новые методы исследования дают ученым шанс
Вы помните, какого цвета были динозавры в фильме «Парк юрского периода»? Мне пришлось специально его пересмотреть, чтобы вспомнить. И неудивительно, потому что с цветом у них не очень: авторы раскрасили животных в невзрачные темно-серо-коричневые тона.
Игрушечным динозаврам везет еще меньше, их красят как хотят — и в розовый, и в кислотно-зеленый. Это не потому, что у режиссеров и производителей игрушек плохие научные консультанты. Беда в том, что даже профессиональные палеонтологи еще совсем недавно не имели ни малейшего представления, каких мастей были древние пресмыкающиеся. Только в последние три года появились изящные методы, которые позволяют предположить разгадку по бесцветным отпечаткам и останкам. Эти методы породили новую волну теорий и споров.
Палеонтологи всегда изучали окаменелые кости и зубы динозавров, но по ним нельзя судить о цвете покровов. Находки, позволяющие что-то узнать о мягких тканях рептилий — коже и внутренних органах, — огромная редкость и невероятная удача. И все они, к сожалению, тоже ничего не сообщают нам об окрасе — чудом сохранившиеся окаменелые шкуры безвозвратно утратили цвет. Художники и ученые, делая реконструкции динозавров, дают моделям цвет и рисунок кожи, как у их живых родственников, в первую очередь у крокодилов и птиц. Например, сохранились отпечатки перьев некоторых пернатых динозавров . Цвет их можно предположить , только сравнивая с похожими по форме перьями современных птиц. Палеореконструкторы и дальше довольствовались бы догадками и аналогиями, если бы не одно открытие, напрямую с динозаврами не связанное.
В 2006 году палеонтолог, аспирант Йельского университета Джейкоб Винтер изучал ископаемых кальмаров. Он обратил внимание, что даже в окаменелостях чернильные мешки кальмаров за 150 миллионов лет не утратили насыщенного черного цвета. Винтер рассмотрел образцы под сканирующим микроскопом и с удивлением обнаружил там чернильные гранулы, заполненные меланином — пигментом, который придает цвет нашей коже и волосам, а также перьям многих птиц. Оказалось, что у современных головоногих моллюсков структура гранул осталась неизменной. Винтер предположил, что таким образом меланин может быть найден и в других окаменелостях, и решил проверить гипотезу на перьях древней птицы. Под электронным микроскопом он увидел в них многочисленные микроскопические частицы, которые были очень похожи на то, что он искал. Его руководитель Дерек Бриггс настаивал, что это бактерии, но Винтеру показались странными «бактерии», которые разлагают перо и при этом сосредоточены исключительно внутри него и ориентированы строго вдоль его лучей. Он продолжил свои изыскания. В 2008 году идея Винтера подтвердилась благодаря находке в Бразилии пера ископаемой птицы c черными и белыми полосками. Гранулы были хорошо видны на темных полосках, тогда как на светлых участках их обнаружить не удалось. Там, где гранул осталось много, перо имело окраску, там, где их не было, не было и пигментации. Теорию Винтера, что обнаруженные им частицы — именно меланосомы с пигментом, отвечающие за окраску, можно было считать доказанной.
Древняя птица археоптерикс (слева) была, по мнению ученых, черной от головы до кончика многопозвонкового хвоста. Его дальний родственник конфуциусорнис (справа) был черно-бело-рыжим и имел уже короткий, почти птичий хвост с очень длинными декоративными перьями
Кожа и кости
Чтобы до наших дней сохранились шкура, внутренние органы и прочие мягкие ткани динозавра, должны сойтись сразу несколько факторов: труп животного почему-то не съели падальщики, вместо разложения произошла минерализация, а затем огромный кусок окаменелости каким-то чудом избежал разрушения в течение десятков миллионов лет. Пока палеонтологам так повезло только считанные разы.
Италия
В 1983 году под Неаполем были найдены останки детеныша динозавра сципионикса с окаменелыми мягкими тканями. У него были выявлены некоторые черты крокодила, в частности сходство строения дыхательной и пищеварительной систем: толстая кишка, как у крокодилов, проходила очень близко к позвоночнику (у птиц она прямо посередине брюшной полости), имелся «печеночный поршень» — особое дыхательное приспособление, напоминающее диафрагму.
Разросшаяся печень полностью разделяла тело на две части. У крокодилов такая печень может двигаться взад-вперед при помощи специальной мускулатуры, прогоняя воздух через легкие. У сципионикса нашли остатки таких диафрагмальных мускулов.
Можно сделать вывод, что эти животные были холоднокровными, так как имели недостаточно эффективный способ дыхания.
Китай
В 2005 году в Китае откопали окаменелость пситтакозавра, жившего 100 млн лет назад, со следами зубов какого-то хищника на шкуре. По срезу в местах укусов палеонтологи определили, что его кожа состояла минимум из 35 слоев разнонаправленных коллагеновых волокон, что не встречается ни у одного современного животного. Ученые сравнивают пситтакозавра с самым толстокожим животным на Земле — белой акулой (толщина покрова у нее достигает 10 см). Хотя по одним лишь сохранившимся слоям коллагена невозможно сказать, какой толщины была шкура динозавра.
США
В 2000 году в Монтане нашли семиметрового брахилозавра примерно 77 млн лет от роду. Он был целиком захоронен в песчанике и потому сохранил кожу и чешую, мягкие ткани и внутренние органы, остатки плечевой мышцы, дающие дополнительную информацию о способе передвижения этих животных, когти, клюв и пищеварительный тракт с окаменевшими остатками последней трапезы — папоротники, хвойные, печеночник, магнолия, а также пыльца и споры более 40 видов растений.
В 2007 году в Северной Дакоте нашли мумию двенадцатиметрового эдмонтозавра возрастом 67 млн лет с прекрасно сохранившейся кожей, связками, сухожилиями и в некоторых местах чешуей. Рисунок чешуи говорит о том, что на хвосте у него были полосы.
Технически, правда, все эти находки нельзя назвать мумиями: сохранилась не сама плоть, а ее трехмерный каменный слепок, по которому с помощью компьютерной томографии восстанавливается структура животного. Но даже такие слепки очень редки. Ящер из Северной Дакоты, судя по всему, упал в русло реки в конце мелового периода и был быстро похоронен в богатом минералами мокром песке, который не дал бактериям уничтожить его ткани.
Меланосомы — это внутриклеточные пузырьки, в которых накапливается пигмент. Созревая, эти пузырьки мигрируют в соседние клетки — кератиноциты. Цвет кожи и ее производных, в том числе перьев, зависит от распределения меланосом в клетках. В ископаемых перьях пигмента, как правило, уже нет, но поскольку меланосомы штука консервативная и за прошедшие миллионы лет они изменялись мало, то древние должны давать тот же цвет, что и современные. На образцах современных птиц ученые установили, что цвет пера можно определить по форме и расположению меланосом в его клетках. Серый и черный цвета дают округлые пузырьки с большим количеством равномерно распределенного пигмента (эумеланина). Коричневый, рыжий и желтый оттенки дает неравномерно распределенный пигмент (феомеланин) в виде точек и вытянутых гранул. В сотрудничестве с Мэтью Шоки, специалистом по окраске оперения из Университета Акрона, Винтер разработал статистический метод, позволяющий с вероятностью 90% установить цвет пера по меланосомам. Позже Винтер с коллегами с помощью рентгеноспектроскопии сравнил гранулы ископаемого пера и пера современной птицы. Структура спектра меланосом оказалась одинаковой. Имея в руках этот метод, исследователи смогли восстановить окраску пернатых рептилий мелового периода.
Первого такого динозавра — синозавроптерикса — нашли в 1996 году в Китае. В его останках сохранились многочисленные нитеподобные образования, которые исследователи определили как протоперья. Из них позже развилось настоящее оперение. В Северном Китае было найдено еще несколько видов мелких хищных пернатых динозавров — синорнитозавр, бейпиаозавр, каудиптерикс, дилонг, микрораптор, протархеоптерикс и шувуйя. А в конце прошлого года там же обнаружили и гигантского девятиметрового пернатого тиранозавра.
Палеонтологи уже описали окраску около 10 видов оперенных динозавров и древних птиц. Жизнь оказалась существенно богаче воображения кинематографистов: динозавры были вовсе не серо-бурыми, а яркими, как тропические птицы. Первыми цвета рептилий описала группа китайских и британских исследователей под руководством Майка Бентона из Бристольского университета. В 2009 году они установили, что конфуциусорнис имел крупные белые, черные и рыжие пятна, а у синозавроптерикса был оранжево-белый полосатый хвост. Практически в то же самое время Винтер с коллегами почти полностью воссоздали внешний вид мелкого, ростом всего 40 см, динозавра — анхиорниса, найденного в Китае. Его возраст оценивается в 155 миллионов лет. Оказалось, что крошка-анхиорнис имел полноценные длинные перья, причем на передних и задних конечностях, и яркую окраску: серое туловище, оранжевый гребень на голове и оранжевые щеки, а на крыльях — продольные бело-черные полоски.
Синозавроптерикс, по мнению ученых, отличался ярким окрасом: рыжее туловище, светлый живот и полосатый бело-рыжий хвост
Цвет в металле
В прошлом году в журнале Science вышла статья, авторы которой разработали новый метод для выявления химических следов пигментов, оставшихся в окаменелостях перьев, кожи и чешуи. Чтобы найти возможные химические остатки пигмента, авторы работы при помощи синхротронного рентгеновского метода исследовали несколько ископаемых и современных организмов и обнаружили следы металлов, присутствующих в окаменелостях в виде металлоорганических соединений, которые, вероятно, являются долгоживущими биомаркерами и могут служить индикаторами наличия пигмента и его плотности в ископаемых организмах. Медь является признаком наличия в тканях эумеланина и позволяет обнаружить его даже в том случае, если меланосомы найти не удалось. Однако этот метод еще недостаточно разработан, чтобы утверждать что-то наверняка. Пока ученые занимаются поиском характерных маркеров и для других пигментов, возможно, в будущем им удастся более точно восстановить окраску древних животных, причем не только пернатых.
«Это что-то потрясающее! — говорит Стивен Брусетт, палеонтолог из Колумбийского университета. — Когда я начал изучать палеонтологию 10 лет назад, я даже представить не мог, что мы поймем, какого цвета были динозавры. То, что мы можем сейчас сделать, показывает, как много мы узнали в течение последнего десятилетия. Определение цвета динозавров, возможно, не является самым значительным научным открытием, и все же это совершенно невероятная вещь!»
Методом Винтера ученым также удалось восстановить детали окраски археоптерикса и микрораптора. Оба животных, судя по структуре меланосом, были почти полностью черными. Микрораптор выглядел особенно эффектно — весь в черном оперении с радужным отливом, с длинными перьями на хвосте, которые он, вероятно, распушал во время брачных танцев.
Вообще в окрасе тех немногих пока динозавров, масть которых успели определить, чаще других встречается черный цвет. Почему — не ясно. Это может быть связано с условиями, в которых они жили: современные млекопитающие и птицы, обитающие в жарких влажных средах вблизи экватора, имеют больше меланина, и поэтому они темнее, чем живущие ближе к полюсам. Однако для того чтобы выводить подобные закономерности, необходима гораздо большая выборка и более обширная география — находки пернатых динозавров не только в Китае. Новые образцы ископаемых, вероятно, не только помогут понять, как выглядели динозавры, но и позволят реконструировать некоторые особенности их биологии и даже поведения, которые сейчас сложно представить. Например, Винтер и его коллеги предполагают, что перья вообще изначально возникли не для полета и не для обогрева, а как носитель окраски. Яркое оперение динозавров служило для маркировки или выполняло сигнальную функцию. Скажем, оно могло привлекать внимание противоположного пола. И хотя ученые пока далеки от единодушия в вопросе исходной функции пера, обнаружение ярко окрашенных щетинковидных перьев у заведомо нелетающих тварей придает вес этой гипотезе.
Конечно, несмотря на все эти впечатляющие открытия, нельзя сказать, что мы достоверно знаем, как выглядели пернатые динозавры. Кроме меланина окраску перьев современных птиц определяют и другие пигменты, например каротиноиды и порфирины, которые разлагаются после смерти животного. Метод Винтера не позволяет их обнаружить. Иногда окраску животных обуславливают вещества, попадающие в их организм с пищей (так получается розовый цвет у фламинго и желтый у канареек). Поэтому точная окраска оперенных динозавров пока все же остается для нас загадкой. К тому же подавляющее большинство динозавров перьев не имело, и метода точной реконструкции их окраски пока не придумали.
«Когда перьев нет, мы ничего не можем сказать о цвете, а возможно, никогда и не сможем, — говорит Стивен Брусетт. — В редких случаях мы находим сохранившиеся отпечатки кожи, которые пока могут рассказать нам лишь о форме и размерах отдельных чешуй. Но наши самые большие надежды на открытие цвета других динозавров связаны с изучением этих отпечатков кожи: может быть, они тоже содержат меланосомы? Насколько я знаю, пока еще никто не смотрел».
Так что первоначальный прорыв состоялся: детский вопрос, как раскрасить динозавра, стал предметом серьезных споров и изысканий, пусть ученые пока в самом начале пути. Чтобы добавить красок нашей картине Древнего мира, открытия одних меланосом недостаточно. И все же то, что еще 10 лет назад казалось фантастикой, сегодня стало обычным делом в палеонтологии. Это заставляет верить, что скоро мы сможем не только правильно рисовать полоски на шкуре ящеров, но и точно воспроизводить их брачные ритуалы. А возможно, когда-нибудь мы будем знать о них так много, что прокатчики фильма Спилберга перекрасят его кино, как сегодня раскрашивают черно-белые картины.
Авторы трилогии «Парк юрского периода» сумели убедительно воссоздать в облике динозавров все, кроме окраса. Фото: SPL/DIOMEDIA
Откуда крылья растут
После обнаружения пернатых динозавров в Китае с новой силой возобновилась дискуссия о происхождении птиц и их умения летать. Есть две точки зрения: одни ученые считают, что птицы — прямые потомки динозавров, другие выводят их из группы древних рептилий — псевдозухий.
Наличие перьев у раннемеловых китайских ящеров стало серьезным аргументом в поддержку гипотезы о происхождении птиц от динозавров. Но несогласные с теорией утверждают, что перья у динозавров и у предков птиц могли возникнуть независимо друг от друга. Ряд ученых вообще ставят под сомнение китайские находки. В их числе Алан Федуччи, известный эволюционист и палеоорнитолог, противник теории динозаврового происхождения птиц. В книге «Загадка пернатых драконов: тайные птицы в Китае» он приводит разно образные факты, опровергающие теорию Винтера. Он пишет, например, что меланосомы встречаются в тех же слоях кожи, что и коллагеновые волокна. Поэтому обнаружение их вместе с «щетинками», покрывающими тела китайских динозавров, само по себе не доказывает, что это были именно перья.
На опубликованных микрофотографиях перьев не видно, что меланосомы располагаются внутри «щетинок», как об этом пишут авторы. Кроме того, для современных рептилий феомеланосомы (красноватые и коричневатые оттенки) не характерны, а именно они найдены у синозавроптерикса. Словом, у теории Винтера есть оппоненты, и вряд ли споры на эту тему близки к завершению.
