Палеонтологи обнаружили уникальные лёгкие птицы возрастом 120 миллионов лет

Вид Archaeorhynchus spathula в представлении художника. Эти птицы обитали на Земле около 120 миллионов лет назад.

Иллюстрация Brian Choo.

Окаменелые останки Archaeorhynchus spathula.

Фото Wang et al./PNAS.

В состоянии покоя дыхание птицы осуществляется путём расширения и сжатия грудной клетки.

Иллюстрация L. Shyamal/Wikimedia Commons.

Палеонтологи, изучающие останки древних животных, опираются в основном на окаменелые кости, зубы или раковины, то есть на твёрдые составляющие организма. Между тем мягкие ткани, сохранившиеся в течение миллионов лет, – это ещё более редкая и, соответственно, ценная находка.

Именно о таком открытии рассказали учёные из Института палеонтологии позвоночных и палеоантропологии Китайской академии наук. Команда под руководством Цзинмай О'Коннор (Jingmai O'Connor) признаётся, что была ошеломлена, обнаружив окаменелые лёгкие древней птицы.

Возраст находки оценивается в 120 миллионов лет, что делает её одним из древнейших подобных образцов, которые на сегодняшний день доступны для изучения.

Окаменелость была найдена в раннемеловой геологической формации Цзюфотан на северо-востоке Китая. Когда палеонтологи впервые её исследовали, то отметили прекрасно сохранившиеся перья и отдельно описали уникальное строение хвоста, которое ранее не наблюдалось ни у одной из известных птиц мелового периода, однако присуще современным пернатым.

Было установлено, что древняя птица по размеру походила на голубя и не имела зубов. По этим и другим признакам удалось определить её видовую принадлежность: это представитель Archaeorhynchus spathula, пятый из изученных специалистами.

Эти данные привели команду в восторг, однако при дальнейшем изучении останков была сделана ещё более любопытная находка, рассказывает О'Коннор. В грудной клетке окаменелой птицы учёными были обнаружены структуры, очень напоминавшие лёгкие. Они разделены на две части (то есть это был парный орган) и представляли собой светлые пятнистые области на более равномерно окрашенной окаменелости.

Эксперты поясняют: вряд ли эти останки могли быть содержимым желудка птицы, поскольку такие фрагменты обычно имеют чёрный цвет из-за карбонизации. А окаменелые ткани печени имеют красноватый оттенок из-за высокого содержания в них железа (также идентифицированы в данной окаменелости).

Таким образом, лёгкие – это наиболее вероятное объяснение, заключает О'Коннор и её команда.

Окаменелые останки Archaeorhynchus spathula.
Окаменелые останки Archaeorhynchus spathula.
Фото Wang et al./PNAS.

Она отмечает, что "лёгочная структура" A. spathula весьма удивила исследователей ещё и тем, что очень напоминает лёгкие современных птиц.

Поясним, что для полёта птицам необходимо большое количество кислорода, поэтому у них сформировалась уникальная и, пожалуй, самая эффективная система, обеспечивающая непрерывное дыхание (кислород поступает в кровь как при вдохе, так и при выдохе).

Вентиляция лёгких происходит за счёт работы воздушных мешков, изменяющих свой объём при вдохе (увеличивается при подъёме крыльев) и при выдохе (снижается при опускании). Воздушные мешки сами по себе не насыщают кровь кислородом, но хранят воздух и действуют как своего рода меха, которые позволяют лёгким не менять объём, а грудной клетке птицы, соответственно, не подниматься и опускаться. Это важно, чтобы у двигающихся в полёте крыльев была постоянная точка опоры.

Чтобы при этом через лёгкие непрерывно протекало большое количество свежего воздуха, природа и придумала воздушные мешки. При вдохе только 25% воздуха остаётся непосредственно в лёгких, а 75% проходит через них и попадает в воздушные мешки. При выдохе накопленный в них воздух опять проходит через лёгкие, но уже наружу.

Напомним, что у млекопитающих дыхательная система двунаправленная, из-за чего происходит смешение богатого кислородом (вдыхаемого) и бедного кислородом (выдыхаемого) воздуха. Такая система недостаточно обогащает кровь кислородом и потому не подходит для полёта.

В состоянии покоя дыхание птицы осуществляется путём расширения и сжатия грудной клетки.
В состоянии покоя дыхание птицы осуществляется путём расширения и сжатия грудной клетки.
Иллюстрация L. Shyamal/Wikimedia Commons.

По всей видимости, дыхание A. spathula обеспечивалось за счёт такого же, как и у современных птиц, однонаправленного потока воздуха.

Примечательно, что современные крокодилы имеют похожую дыхательную систему, и потому палеонтологи полагали, что она досталась земноводным и птицам по наследству от их общих предков. Однако доказательств того, что подобная система присутствовала у древних птиц, ранее у специалистов не было.

В интервью порталу Live Science О'Коннор пояснила, что уникальные образцы её команда изучала, в том числе, при помощи растрового электронного микроскопа. Поскольку палеонтолог специализируется на изучении анатомических особенностей скелетов древних существ, то для экспертной оценки найденных фрагментов она пригласила в свою команду Джона Майну (John Maina), профессора зоологии Университета Йоханнесбурга в Южной Африке, который является экспертом в изучении лёгких живых птиц.

Он заключил, что ткани A. spathula содержат структуры, напоминающие тончайшие капилляры-парабронхи, которые поглощают кислород для обеспечения обмена веществ при полёте. Кроме того, им были обнаружены паренхимальные клетки – мельчайшие полости, составляющие ткань, которая является основой лёгких (в том числе у современных птиц).

Если учесть особенности строения хвоста (как уже упоминалось, оно оказалось близким к "современному"), то получается, что особи вида A. spathula, обитавшие на Земле более ста миллионов лет назад, имели много общего с ныне живущими пернатыми.

Исследователи полагают, что именно эти черты могут объяснить выживание некоторых птиц во время "астероидного апокалипсиса" 66 миллионов лет назад.

Эксперты заключают, что подобные редкие находки вкупе с изучением особенностей скелета дают более полное понимание того, как эволюционировали древние существа в течение миллионов лет. (К слову, авторы проекта "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) ранее подробно рассказывали об исследовании мягких тканей динозавров и не только) .

Подробный отчёт о проделанной работе команда представила на ежегодном собрании Общества палеонтологии позвоночных. Научная статья по итогам исследования будет опубликована в журнале PNAS.

Добавим, что у исследователей появляется всё больше информации о древних пернатых. Они открывают новые необычные виды и изучают редкие останки новорожденных особей, узнают о том, как эволюционировал перьевой покров, строение клювов и даже пение птиц в эпоху динозавров.