Еволюційне походження пір’я

Відкриття останніх років повністю спростували традиційні уявлення про еволюцію пера.
Пір'я виникли у двоногих хижих динозаврів задовго до того, як з'явилися птахи. Розвиток пера у сучасній птиці проливає світло на еволюцію пір'я у тварин в далеку доісторичну епоху. Вивчення індивідуального розвитку організму для розуміння його еволюції породило нову галузь науки - еволюційну біологію розвитку.
Відповідно до пропонованої теорії походження пір'я, їх еволюція включала кілька стадій. На кожній стадії виникало якесь нововведення, пов'язане з ростом пір'я, яке потім було основою для виникнення наступного.
Пропонована теорія підкріплюється останніми відкриттями в різних областях біології та палеонтології.
"Еволюційні" скептики давно вже використовують пір'я як доказ неспроможності теорії еволюції. Сьогодні, за іронією долі, пір'я розглядаються нами як зразкового прикладу того, як слід вивчати походження еволюційного нововведення.

Як виникли пір'я, ці неймовірно міцні, легкі і складно влаштовані придатки, що покривають шкіру деяких тварин? Звідки вони взялися? Всього лише п'ять років тому вчені наблизилися до розгадки цієї таємниці і прийшли до несподіваного висновку: вперше пір'я з'явилися у динозаврів, коли птахів ще не було і в помині.
Помилкові гіпотези довго гальмували вивчення цього питання. Наприклад, припущення, що примітивні пір'я виникли в результаті подовження і розгалуження луски рептилій або що вони з'явилися в процесі еволюції для виконання певних функцій (можливо, літальних), тільки заплутували ситуацію. Положення погіршувало і повна відсутність копалин примітивних пір'я. Довгі роки найдавнішої викопної птахом вважався Archaeopteryx. жив на Землі в пізньому юрському періоді - 148 млн. років тому. Але його пір'я майже нічим не відрізнялися від пір'я сучасних птахів.
Однак недавні відкриття підтвердили припущення про те, що еволюцію анатомічних ознак того чи іншого виду можна краще зрозуміти в результаті вивчення онтогенетичного розвитку організму - складної сукупності механізмів, завдяки яким особина досягає своїх остаточних розмірів і форми. До того ж в Китаї палеонтологи знайшли цілу «колекцію» оперених динозаврів, чиї пір'я набагато примітивніше, ніж пір'я сучасних пернатих і навіть археоптерикса.
Ці відкриття привели вчених до революційного висновку: вперше пір'я з'явилися у хижих двоногих динозаврів з підряду Theropoda. перш ніж виникли птиці.

Як ростуть пір'я

Коли вчені поглянули на перо по-новому і вивчили його розвиток у сучасних пернатих, перед ними постала вражаюча картина. Подібно волоссю, нігтям і лусці, пір'я - похідні шкіри, які формуються в результаті збільшення числа клітин в епідермісі, що виробляють білки кератину. Типове перо складається з головного стовбура, або стрижня (див. Малюнок), від якого відходять тонкі гілочки - борідки. Від стовбура кожної борідки (Рамуса) по обидва боки тягнуться ще більш тонкі нитки - бородочкі. Широка нижня частина стрижня (очин) - порожниста і позбавлена ​​борідок; підставу очина занурене в шкіру і знаходиться в пір'яний сумці. Незважаючи на величезну різноманітність, більшість пір'я завдяки особливостям будови можна віднести до одного з двох класів. Типове контурне перо має добре виражені стрижень і борідки, що утворюють опахало. Борідки в опахалі зчеплені один з одним за допомогою бородочек, забезпечених гачками, фіксованими в жолобках (виїмки) сусідніх бородочек. Такі пір'я покривають тіло птаха, а їх щільно зімкнуті опахала створюють аеродинамічну поверхню. Для пухових ж пір'я характерні слабо розвинений, короткий стрижень і пухкий пучок борідок з довгими бородочка-ми, яким вони і зобов'язані своєю легкістю і чудовими теплоізоляційними якостями.

Основний структурний елемент всіх пташиного пір'я - трубка, порожнина якої заповнена живильної дермальной пульпою. Хоча перо і нагадує на вигляд гіллясте дерево, з пір'яний сумки воно виростає на зразок волосся. Як же відбувається цей процес?
Зростання пера починається з потовщення (плакоди) епідермісу, яке потім витягується в трубку - зачаток пера (див. Рис. Нижче). В результаті проліферації клітин, що утворюють кільце навколо зачатка, формується циліндричне поглиблення - пір'яна сумка. Зростаючі кератиноцити, що знаходяться в епідермальному шарі сумки (комірці), витісняють старі клітини вгору. Так поступово, в результаті чітко скоординованої послідовності подій і народжується одне з чудес природи - перо.

На одному з етапів процесу комірець сумки ділиться на ряд поздовжніх стовпчиків (гребенів), з яких розвиваються борідки. Якщо перо контурне, що ростуть борідки утворюють спіраль навколо трубчастого зачатка пера і, зливаючись один з одним, утворюють стрижень. Одночасно на іншій стороні трубки виникають нові гребені борідок. Якщо ж перо пухову, спірального «руху» гребені борідок під час зростання не виявляють.

Еволюційна біологія розвитку та пір'я

Дані молекулярної біології

Головні учасники подій (палеонтологічні дані)

нові уявлення

Останні копалини знахідки і відкриття в області біології розвитку завдають нищівного удару по класичної теорії про виникнення пір'я з луски рептилій. Відповідно до нової моделі, еволюційне перетворення спочатку було пов'язано з подовженням пір'я, потім - з розвитком торочкуватих країв і, нарешті, - з виникненням бородочек, забезпечених гачками і виїмками. Але, як уже зазначалося, пір'я - трубчасті освіти; дві площини їх опахала (передня і задня) утворюються внутрішньої і зовнішньої частиною трубки тільки після того, як перо, розправляючись, з'являється з циліндричного чехлика. Навпаки, дві плоскі сторони луски розвиваються з верхньої та нижньої частини первинного епідермального розростання, що утворює луску.
Нові дані роблять неспроможною і популярну теорію про те, що пір'я виникли й еволюціонували як пристосування для польоту. Політ забезпечують тільки пір'я з асиметричним зімкнутим опахалом, які, згідно з нашою теорії, виникли тільки на стадії 5. Пов'язувати поява пір'я з виникненням польоту - все одно що пов'язувати еволюцію пальців людини з грою на піаніно. Швидше за все, пір'я «освоїли» аеродинамічну функцію тільки після того, як значно ускладнилася їх структура. Іншими словами, пір'я з'явилися і розвинулися для одних цілей, а потім стали використовуватися для інших. Можливо, спочатку пір'я відповідали за терморегуляцію, захист шкіри від пошкоджень і намокання, маскування і т.д. Згідно з нашою теорії, пір'я виникли в результаті серії еволюційних нововведень, кожне з яких мало особливе призначення. Відомо, однак, що пір'я з'явилися тільки після того, як в шкірі деяких видів сформувалися трубчастий зачаток пера і пір'яна сумка. Таким чином, який із шкіри трубчастий придаток надав твариною якесь еволюційну перевагу.
Креаціоністи і інші «еволюційні» скептики давно вже використовують пір'я як доказ неспроможності теорії еволюції. Адже аж до останнього часу ніяких перехідних структур між лускою рептилій і пір'ям ученим відомо не було. Крім того, закономірно виникало питання, для чого природному відбору, який прагнув вдосконалювати літальні якості тварин, потрібно було спочатку «розщеплювати» подовжену луску, а потім знову «вливати» її в суцільне опахало? Сьогодні, за іронією долі, пір'я розглядаються нами як зразкового прикладу того, як слід вивчати походження еволюційного нововведення: зосередитися на розумінні природи нової ознаки і простежити його онтогенетическое розвиток у сучасних організмів. Такий підхід напевно допоможе нам розгадати і багато інших таємниць природи.

Коли номер журналу був вже у пресі, прийшло повідомлення про нову сенсаційну знахідку: у Китаї знайшли динозавра з асиметричними пір'ям (тобто придатними для польоту) на передніх і задніх кінцівках. До цього єдиними істотами з подібними пір'ям вчені вважали птахів, а такі пір'я розглядали як один з унікальних ознак, що відрізняють пернатих від їхніх предків - динозаврів. Таким чином, встановлено, що не тільки пір'я як такі, але навіть махові ( «літальні») пір'я виникли раніше, ніж на Землі з'явилися птахи. Цзінь Цзу і Чжонг Чжу з Інституту палеонтології хребетних і палеоантропології Китайської академії наук повідомляють, що у виявленого ящера з роду Microraptor були сучасного виду асиметричні пір'я, що утворюють передні і задні «крила». Дебати з приводу походження пташиного польоту ведуться в основному між прихильниками двох гіпотез. На думку одних, птиці «зірвалися» з дерев, освоївши спочатку планує політ; на думку інших, птиці піднялися в повітря з землі, енергійно розмахуючи крилами під час швидкого бігу. Цзу і співробітники відзначають, що нова знахідка свідчить на користь першої гіпотези. Однак ряд істотних питань як і раніше залишається без відповіді. Наприклад, як же насправді Microraptor використовував свої чотири «крила»?

4plus5.ru