Ключові відмінності роблять еволюцію неможливою. Птахи та динозаври суттєво відрізняються, і тим не менш пернаті динозаври часто розглядаються як відсутня ланка між двома видами – фізично неможливо.

Відредагований фрагмент з книги авторів «Титани Землі, моря й повітря» (Titans of the Earth, Sea, and Air), розділ 17.

Огляд

За останні 20 років з’явилася тенденція зображати динозаврів з пір’ям. Більшість еволюціоністів вважає, що сучасні птахи походять від типу динозаврів, відомого як тероподи. До цієї групи входили м’ясоїдні динозаври, наприклад T. rex, алозавр і велоцираптор, а також рослиноїдні теризинозаври.

І навпаки, динозаврів, не пов’язаних з еволюцією сучасних птахів, називають «непташиними динозаврами». Таким чином, пернаті динозаври часто розглядаються як відсутні ланки – найкращий еволюційний доказ того, що сучасні птахи походять від цих давніших істот. Деякі навіть стверджують, що, оскільки птахи класифікуються як підгрупа Dinosauria, «птахи – це динозаври» (абревіатура: BAD). Однак, якщо справжніх прикладів пернатих динозаврів не існує, що здається ймовірним, це стає для них величезною проблемою.

Птахи та динозаври мають відмінні особливості. До унікальних конструктивних особливостей птахів належать пір’я, м’язи, що забезпечують політ, блоки, унікальна система легень та унікальний розподіл маси. Динозаври також мають унікальні особливості, такі як скелетна та м’язова анатомія їхніх ніг і хвоста. У них також є повністю відкрита кульшова западина (кульшовий суглоб), якої немає у птахів.

Особливості птахів

Літальні апарати, важчі за повітря, повинні долати силу тяжіння. Особлива форма крил птахів створює необхідну врівноважувальну силу, спрямовану вгору. У птахів, а тепер і в літаків, крила мають аеродинамічний профіль, який відхиляє повітря вниз, забезпечуючи рух вперед. Під ротором вертольота відчувається сильний потік повітря, спрямований вниз, – по суті, обертове крило.

Потік повітря, спрямований вниз, створює силу, спрямовану вгору (підйомну силу), відповідно до третього закону руху.¹ Креаціоніст і вчений сер Ісаак Ньютон відкрив цей закон: усякій дії є рівна й протилежно спрямована протидія.

Рух вперед потребує двигуна в літаків і махів крил у птахів. Нахилені махові пера змушують повітря рухатися назад, просуваючи птаха вперед відповідно до третього закону Ньютона.

Система блоків

Для махового польоту крила повинні підніматися, щоб підготуватися до наступного маху вниз. Сучасні птахи здійснюють це за допомогою складної системи блоків. Надкоракоїдний м’яз тягне за своє сухожилля, яке огинає «блок», утворений коракоїдною та ключичною кістками. Сухожилля прикріплене до плечової кістки (кістки верхньої частини крила).

Птахи все ще можуть літати з перерізаним цим сухожиллям, але зліт із землі при цьому значно ускладнений.² За відсутності надкоракоїдного м’яза інші м’язи повинні компенсувати підйом крила вгору. В археоптерикса ця система була відсутня, тому, ймовірно, він був пристосований для зльоту з гілок. У викопному літописі немає свідчень існування перехідних напівсистем блоків. Чи була б взагалі якась користь від такого напівблока?³ Без функціональної переваги природний добір не став би «відбирати» цей механізм.

Пір’я

Палеоорнітолог Алан Федуччіа (нар. 1943) пояснює: «Пір’я – майже ідеальне пристосування для польоту». Це тому, що воно легке, міцне, має аеродинамічну форму та складну структуру з борідок і гачечків. Ця структура робить його водонепроникним. ШвидкеМалюнок 1. Борідки пера, збільшені у 200 разів. David Menton розправлення дзьобом знову надає прим’ятому пір’ю повністю аеродинамічної форми.⁴ Махові пера часто асиметричні в профілі. На відміну від них, немахові пера, такі як пух, або пера нелітаючих птахів бувають або пухнастими, або симетричними.

Махове перо складається з центрального стрижня, який називається рахісом, з численними прикріпленими відгалуженнями, або борідками. Самі борідки мають відгалуження, які називаються борідочками (тобто «борідками другого порядку»). На борідочках є ще дрібніші гачечки. Розгляньте дивовижне зображення борідочок пера крупним планом (мал. 1), на якому видно крихітні гачечки та жолобки (збільшення у 200 разів).⁵

Аналіз за допомогою електронного мікроскопа пояснив, чому махове перо настільки міцне та може витримувати сильні навантаження під час польоту.^{6 7} Центральний стрижень, або рахіс, складається із синцитіальних волокон борідочок з кератину, що проходять по всій його довжині [syncytial barbule fibres (SBF)]. Клейкоподібна речовина, а також гачечки й кільця утримують їх разом. Теагартен Лінгем-Солір (1949–2019), фахівець з покривів хребетних (зовнішніх шарів тіла істоти), називає це «стратегією конструкції».⁶

Однак рахіс біля основи товстіший і поступово звужується до тоншого кінця. Тому, якби SBF були повністю паралельними, сотням із них довелося б закінчуватися ще до самого кінчика. І кожен кінець створював би концентрацію напружень, яка могла б призвести до повного розриву. Як і під час розривання пластикового пакета, це набагато легше зробити, якщо спочатку прорізати (або прокусити) невеликий отвір.

Лінгем-Солір виявив, що ближче до кінчика SBF не закінчуються в рахісі. Натомість «рішенням є біомеханічно “майстерна” та нова архітектура організації волокон...».⁶ SBF через рівні проміжки відхиляються ліворуч або праворуч і входять у борідки, тому в стрижні залишається дедалі менше SBF, і він поступово звужується. Це дає змогу уникнути проблеми дефектів, подібних до тріщин, а загальна структура зміцнюється завдяки глибокому «вкоріненню» борідок у рахісі.

Малюнок 2. Анатомія контурного пера (зі стрижнем або очином). Photo by Evie Shaffer | Unsplash

Особлива проточна конструкція легень

Малюнок 3. Зафіксована стегнова кістка (стегно) всередині тіла. BIODIAC, CC BY-SA 2.5Легені птахів сильно відрізняються від легень рептилій. Легені рептилії подібні до міхів. Повітря вдихається, кров поглинає кисень і виділяє вуглекислий газ. Потім відпрацьоване повітря видихається тим самим шляхом, яким воно надійшло. Легені ссавців мають іншу внутрішню структуру, але також працюють за принципом міхів.

Легені птахів не розширюються й не стискаються, як міхи, і в них немає діафрагми. Це жорсткі структури. Натомість близько семи-дев’яти повітряних мішків у різних частинах тіла діють як повітряні насоси, забезпечуючи рух повітря. Легені складаються зі спеціальних трубок (парабронхів, в однині – парабронх) і функціонують як частина проточної односторонньої системи. Кров рухається кровоносними судинами легень у протилежному напрямку для ефективного поглинання кисню.⁸ Це називається протипотоковим обміном (counter-current exchange) або «принципом протитоку» – чудовою інженерною конструкцією.⁹

Складна система повітряних мішків птаха з’єднана зі спеціальними повітряними проходами, які пронизують його пневматичні кістки. Пневматичні кістки – це різновид порожнистих кісток, з’єднаних з дихальною системою. Вони також регулюють надлишкове тепло, що утворюється під час польоту та іншої інтенсивної метаболічної активності.

Як легені рептилій, що працюють за принципом міхів, могли б поступово еволюціонувати в легені птахів? Передбачувані проміжні стадії не могли б нормально функціонувати, а отже, бідна тварина не змогла б дихати й загинула б. Важко просувати еволюцію, коли всі ці передбачувані проміжні форми не здатні вижити та розмножитися. Перша стадія розвитку включала б діафрагмальну грижу (отвір у діафрагмі), що завдавала б шкоди тварині, тому природний добір діяв би проти цього.¹⁰

Окрім того, повітряним мішкам птахів потрібна підтримувальна, фіксована стегнова кістка. У сучасних птахів стегно знаходиться всередині тіла (мал. 3). Те, що зовні виглядає як його «коліно», насправді є щиколоткою, яка, здається, згинається назад, а не вперед. Справжнє коліно знаходиться вище, часто частково приховане біля тіла. Черевні повітряні мішки мають дуже тонкі стінки, тому стегнова та тазова кістки підтримують їх, не дозволяючи їм спадатися всередину.

Більше того, ці повітряні мішки також прикріплені до пневматичних стегнових кісток. З’єднання стегнової кістки з дихальною системою пояснює, чому птахам необхідне фіксоване стегно. Будь-яка спроба рухати таким стегном, ймовірно, розірвала б їхню дихальну систему. Однак у динозаврів стегна були рухомими, як у нас, тому вони не могли підтримувати пташину систему легень.^{8 9}

Односпрямовані легені рептилій

Деякі рептилії, включно з ігуанами, варанами та алігаторами, мають тип односпрямованого руху повітря. Їхні легені сильно відрізняються від того, що ми бачимо у птахів. Легені рептилій працюють подібно до міхів і не мають унікальної системи пневматичних кісток, характерної для птахів.

Окрім того, рептиліям не потрібна пташина система повітряних мішків і парабронхів. Натомість майстерно влаштована конструкція дихальних шляхів сформована та розташована під кутом таким чином, щоб створювати струмені, які забезпечують односпрямований потік повітря.¹¹ Керівниця дослідження Коллін Фармер, хоча і є прихильницею еволюції, говорить: «Геометрія цих легень дещо дивна. Не думаю, що якийсь інженер міг би додуматися до такого».¹²

Розуміння цієї конструкції породило більше еволюційних проблем, ніж вирішило, оскільки вона зустрічається у важких нелітаючих істот. Більше того, вона являє собою ще одну унікальну конструкцію дихальної системи, яка ставить під сумнів еволюційну ідею спільного походження всіх цих істот. Вона ніяк не пов’язана з добором, зумовленим енергетичними потребами польоту. Окрім того, якщо односпрямований потік повітря може відбуватися без гриж, повітряних мішків, парабронхів і фіксованого стегна, навіщо взагалі птахам знадобилося еволюціонувати їх?

Особливості динозаврів

Будова таза

Кульшова западина – це суглобова западина таза, що контактує зі стегновою кісткою. У людини вона має форму чаші («acetabulum» – латиною «маленька чашка для оцту»). Унікальною особливістю динозаврів є те, що вона повністю перфорована (відкрита), оскільки три кістки (клубова, сіднична та лобкова) утворюють «отвір» у місці свого з’єднання. Усі інші чотириногі, включно з нединозавровими рептиліями, ссавцями та птахами, мають або закриту, або частково відкриту кульшову западину.

У деяких вимерлих птахів може бути частково відкрита кульшова западина, але не повністю перфорована, як у динозаврів. Якщо існували пернаті динозаври, ми повинні були б виявити контурне пір’я, пов’язане з повністю відкритою кульшовою западиною. Однак нам не відомий жоден такий приклад.¹³ У динозаврів також був надкульшовий виступ (край у верхній частині кульшової западини, що запобігає вивиху).

Структура кісток і відмінності в рості

І динозаври, і птахи мають дуже ефективно влаштовані кістки, що оптимізують як міцність, так і легкість. Але існує важлива відмінність в тому, як кістки динозаврів і птахів справлялися з додатковою масою в міру росту тварин. Команда палеонтологів та інженерів-біомедиків виявила, що в кістках птахів наявні трабекули потовщуються, тоді як у кістках динозаврів додаються нові трабекули. Вони припускають, що більша кількість трабекул ефективніша, ніж товстіші, у масивних динозаврів.¹⁴

Малюнок 4. Зліпок скам’янілості Microraptor gui, що показує відсутність остистих відростків на хвостових хребцях.

Будова хвоста

У тероподів були високі остисті відростки для прикріплення м’язів, що забезпечували потужні та точно контрольовані рухи їхніх масивних хвостів. Однак у літаючих птахів остисті відростки зазвичай зменшені або зрощені, навіть у вимерлих птахів із довгими хвостами, наприклад у мікрораптора та археоптерикса. Таким чином, ця ознака корисна для розрізнення динозаврів і птахів у викопному літописі.

Десь вздовж передбачуваної еволюційної лінії у тероподів відбулося значне зменшення – м’язових прикріплень і маси, – що, безсумнівно, знизило контроль над хвостом. Хіба їхні родичі з повноцінними хвостами не перевершили б їх на крутих поворотах під час переслідування здобичі? Природний добір, як правило, зберігав би важку мускулатуру хвоста, замість того щоб сприяти істотам, у яких центр маси змістився вперед.Малюнок 5. Компсогнат (Compsognathus) з остистими відростками вздовж хвоста для прикріплення м’язів. Jim the Photographer from Springfield, PA, CC BY 2.0

Розподіл маси

Унікальна анатомія літаючих птахів, що забезпечує політ за допомогою передніх кінцівок, означає, що їхній центр маси розташований досить близько до крил. І навпаки, у тероподів центр маси знаходиться над кульшовими суглобами. Для великого еволюційного переходу потрібно було б змістити масу вперед для польоту. Федуччіа давно стверджував: «Біофізично неможливо, щоб політ розвинувся у таких великих двоногих тварин із вкороченими передніми кінцівками та важкими хвостами-балансирами» – це прямо протилежна анатомія тій, яка необхідна для польоту.¹⁵

Висновок

Динозаври та птахи надто сильно відрізняються в багатьох аспектах, щоб еволюція могла подолати величезні розриви між ними. Існує велика відмінність у зовнішньому покриві: пір’я проти луски. Легені та дихальна система птахів не мають аналогів серед сучасних або вимерлих рептилій. Кістки та хвости птахів (якщо вони є) сильно відрізняються від кісток динозаврів. І їхня загальна будова протилежна: розподіл маси з переважанням передньої частини проти переважання задньої частини. Усе це підтримує окреме створення птахів і динозаврів.