Ключевые различия делают эволюцию невозможной. Птицы и динозавры существенно различаются, и тем не менее пернатые динозавры часто рассматриваются как недостающее звено между двумя видами – физически невозможно.

Отредактированый фрагмент из книги авторов «Титаны Земли, моря и воздуха» (Titans of the Earth, Sea, and Air), глава 17.

Обзор

За последние 20 лет появилась тенденция изображать динозавров с перьями. Большинство эволюционистов считает, что современные птицы произошли от типа динозавров, известного как тероподы. В эту группу входили плотоядные динозавры, например T. rex, аллозавр и велоцираптор, но также и растительноядные теризинозавры.

И наоборот, динозавров, не связанных с эволюцией современных птиц, называют «нептичьими динозаврами». Таким образом, пернатые динозавры часто рассматриваются как недостающие звенья – лучшее эволюционное доказательство того, что современные птицы произошли от этих более ранних существ. Некоторые даже утверждают, что, поскольку птицы классифицируются как подгруппа Dinosauria, «птицы – это динозавры» (аббревиатура: BAD). Однако если не существует настоящих примеров пернатых динозавров, что кажется вероятным, это становится для них огромной проблемой.

Птицы и динозавры имеют отличительные особенности. К уникальным конструктивным особенностям птиц относятся перья, мышцы, обеспечивающие полет, блоки, уникальная система легких и уникальное распределение массы. Динозавры также имеют уникальные особенности, такие как скелетная и мышечная анатомия их ног и хвоста. У них также имеется полностью открытая вертлужная впадина (тазобедренный сустав), которой нет у птиц.

Особенности птиц

Летательные аппараты тяжелее воздуха должны преодолевать силу тяжести. Особая форма крыльев птиц создает необходимую уравновешивающую направленную вверх силу. У птиц и теперь у самолётов крылья имеют аэродинамический профиль, который отклоняет воздух вниз, обеспечивая движение вперед. Под ротором вертолета ощущается сильный нисходящий поток воздуха – по сути, вращающееся крыло.

Нисходящий поток воздуха создает направленную вверх силу (подъемную силу) согласно третьему закону движения.¹ Креационист и ученый сэр Исаак Ньютон открыл этот закон: всякому действию есть равное и противоположно направленное противодействие.

Движение вперёд требует двигателя у самолетов и взмахов крыльев у птиц. Наклоненные маховые перья заставляют воздух двигаться назад, продвигая птицу вперед в соответствии с третьим законом Ньютона.

Система блоков

Для машущего полёта крылья должны подниматься, чтобы подготовиться к следующему взмаху вниз. Современные птицы осуществляют это с помощью сложной системы блоков. Мышца надкоракоидной мышцы тянет за своё сухожилие, которое огибает «блок», образованный коракоидной и ключичной костями. Сухожилие прикреплено к плечевой кости (кость верхней части крыла).

Птицы всё ещё могут летать с перерезанным этим сухожилием, но взлёт с земли при этом сильно затруднен.² При отсутствии надкоракоидной мышцы другие мышцы должны компенсировать подъём крыла вверх. У археоптерикса эта система отсутствовала, поэтому, вероятно, он был приспособлен для взлёта с ветвей. В ископаемой летописи нет свидетельств существования переходных полусистем блоков. Была бы вообще какая-либо польза от такого полублока?³ Без функционального преимущества естественный отбор не стал бы «отбирать» это устройство.

Перья

Палеорнитолог Алан Федуччиа (род. 1943) объясняет: «Перья – почти идеальное приспособление для полёта». Это потому, что они лёгкие, прочные, аэродинамически сформированные и имеют сложную структуру из бородок и крючочков. Эта структура делает ихРисунок 1. Бородки пера, увеличенные в 200 раз. David Menton водонепроницаемыми. Быстрое расправление клювом снова придаёт примятым перьям полностью аэродинамическую форму.⁴ Маховые перья часто асимметричны в профиль. В отличие от них, немаховые перья, такие как пух, или перья нелетающих птиц, бывают либо пушистыми, либо симметричными.

Маховое перо состоит из центрального стержня, называемого рахисом, с множеством прикреплённых ответвлений, или бородок. Сами бородки имеют ответвления, называемые бородочками (то есть «бородки второго порядка»). На бородочках имеются ещё более мелкие крючочки. Рассмотрите удивительное изображение крупным планом (рисунок 1) бородочек пера, на котором видны крошечные крючочки и желобки (увеличение в 200 раз).⁵

Анализ с помощью электронного микроскопа объяснил, почему маховое перо настолько прочное и может выдерживать сильные нагрузки во время полёта.^{6 7} Центральный стержень, или рахис, состоит из проходящих по всей его длине синцитиальных барбульных волокон [syncytial barbule fibres (SBF)] из кератина. Клейкоподобное вещество, а также крючочки и кольца удерживают их вместе. Теагартен Лингэм-Солир (1949–2019), специалист по покрову позвоночных (наружным слоям тела существа), называет это «стратегией конструкции».⁶

Однако рахис у основания толще и постепенно сужается к более тонкому концу. Поэтому, если бы SBF были полностью параллельны, сотням из них пришлось бы заканчиваться до самого кончика. И каждый конец создавал бы концентрацию напряжений, которая могла бы привести к полному разрыву. Как и при разрывании пластикового пакета, это гораздо легче сделать, если сначала прорезать (или прокусить) маленький вырез.

Лингэм-Солир обнаружил, что по направлению к кончику SBF не заканчиваются в рахисе. Вместо этого «решением является биомеханически "искусная" и новая архитектура организации волокон...».⁶ SBF через равные промежутки отклоняются влево или вправо и входят в бородки, поэтому в стержне остаётся всё меньше SBF, и он постепенно сужается. Это позволяет избежать проблемы дефектов, подобных трещинам, а общая структура укрепляется за счёт глубокого «укоренения» бородок в рахисе.

Рисунок 2. Анатомия контурного пера (со стержнем или очином). Photo by Evie Shaffer | Unsplash

Особая проточная конструкция легких

Рисунок 3. Зафиксированная бедренная кость (бедро) внутри тела. BIODIAC, CC BY-SA 2.5Легкие птиц сильно отличаются от легких рептилий. Легкое рептилии подобно мехам. Воздух вдыхается, кровь поглощает кислород и выделяет углекислый газ. Затем отработанный воздух выдыхается тем же путем, которым он поступил. Легкие млекопитающих имеют другую внутреннюю структуру, но также работают по принципу мехов.

Легкие птиц не расширяются и не сжимаются, как мехи, и у них нет диафрагмы. Это жесткие структуры. Вместо этого около семи-девяти воздушных мешков в разных частях тела действуют как воздушные насосы, обеспечивая движение воздуха. Легкие состоят из специальных трубок (парабронхов, в единственном числе – парабронх) и функционируют как часть проточной односторонней системы. Кровь движется по кровеносным сосудам легких в противоположном направлении для эффективного поглощения кислорода.⁸ Это называется противоточным обменом (counter-current exchange) или «принципом противотока» – превосходной инженерной конструкцией.⁹

Сложная система воздушных мешков птицы соединена со специальными воздушными проходами, которые пронизывают ее пневматические кости. Пневматические кости – это разновидность полых костей, соединённых с дыхательной системой. Они также регулируют избыточное тепло, образующееся во время полёта и другой интенсивной метаболической активности.

Как могли бы легкие рептилий, работающие по принципу мехов, постепенно эволюционировать в птичьи легкие? Предполагаемые промежуточные стадии не могли бы нормально функционировать, а значит, бедное животное не смогло бы дышать и погибло бы. Трудно продвигать эволюцию, когда все эти предполагаемые промежуточные формы не способны выжить и размножиться. Первая стадия развития включала бы диафрагмальную грыжу (отверстие в диафрагме), причиняющую вред животному, поэтому естественный отбор действовал бы против этого.¹⁰

Кроме того, воздушным мешкам птиц требуется поддерживающая, фиксированная бедренная кость. У современных птиц бедро находится внутри тела (рис. 3). То, что внешне выглядит как её «колено», на самом деле является лодыжкой, которая, кажется, сгибается назад, а не вперёд. Настоящее колено находится выше, часто частично скрыто возле тела. Брюшные воздушные мешки имеют очень тонкие стенки, поэтому бедренная и тазовая кости поддерживают их, не позволяя им спадаться внутрь.

Более того, эти воздушные мешки также прикреплены к пневматическим бедренным костям. Соединение бедренной кости с дыхательной системой объясняет, почему птицам необходимо фиксированное бедро. Любая попытка двигать таким бедром, вероятно, разорвала бы их дыхательную систему. Однако у динозавров бедра были подвижными, как у нас, поэтому они не могли поддерживать птичью систему легких.^{8 9}

Однонаправленные легкие рептилий

Некоторые рептилии, включая игуан, варанов и аллигаторов, имеют тип однонаправленного движения воздуха. Их легкие сильно отличаются от того, что мы видим у птиц. Легкие рептилий работают подобно мехам и не имеют уникальной системы пневматических костей, характерной для птиц.

Кроме того, рептилиям не нужна птичья система воздушных мешков и парабронхов. Вместо этого искусно устроенная конструкция дыхательных путей сформирована и расположена под углом таким образом, чтобы создавать струи, обеспечивающие однонаправленный поток воздуха.¹¹ Руководитель исследования Коллин Фармер, хотя и является сторонницей эволюции, говорит: «Геометрия этих легких настолько странная. Не думаю, что какой-либо инженер мог бы додуматься до такого».¹²

Понимание этой конструкции породило больше эволюционных проблем, чем решило, поскольку она встречается у тяжёлых нелетающих существ. Более того, она представляет собой ещё одну уникальную конструкцию дыхательной системы, которая ставит под сомнение эволюционную идею общего происхождения всех этих существ. Она никак не связана с отбором, обусловленным энергетическими потребностями полета. Кроме того, если однонаправленный поток воздуха может происходить без грыж, воздушных мешков, парабронхов и фиксированного бедра, зачем вообще птицам понадобилось эволюционировать их?

Особенности динозавров

Строение таза

Вертлужная впадина – это суставная впадина таза, контактирующая с бедренной костью. У человека она имеет форму чаши («acetabulum» – на латыни «маленькая чашка для уксуса»). Уникальной особенностью динозавров является то, что она полностью перфорирована (открыта), поскольку три кости (подвздошная, седалищная и лобковая) образуют «отверстие» в месте своего соединения. Все остальные четвероногие, включая нединозавровых рептилий, млекопитающих и птиц, имеют либо закрытую, либо частично открытую вертлужную впадину.

У некоторых вымерших птиц может быть частично открытая вертлужная впадина, но не полностью перфорированная, как у динозавров. Если существовали пернатые динозавры, мы должны были бы обнаружить контурные перья, связанные с полностью открытой вертлужной впадиной. Однако нам не известно ни одного такого примера.¹³ У динозавров также был надвертлужный выступ (край на верхней части вертлужной впадины, предотвращающий вывих).

Структура костей и различия в росте

И динозавры, и птицы имеют очень эффективно устроенные кости, оптимизирующие как прочность, так и легкость. Но существует важное различие в том, как кости динозавров и птиц справлялись с дополнительной массой по мере роста животных. Команда палеонтологов и инженеров-биомедиков обнаружила, что в костях птиц существующие трабекулы утолщаются, тогда как в костях динозавров добавляются новые трабекулы. Они предполагают, что большее количество трабекул эффективнее, чем более толстые, у массивных динозавров.¹⁴Рисунок 4. Слепок окаменелости Microraptor gui, показывающий отсутствие остистых отростков на хвостовых позвонках.

Строение хвоста

У теропод были высокие остистые отростки для прикрепления мышц, обеспечивавшие мощные и точно контролируемые движения их массивных хвостов. Однако у летающих птиц остистые отростки обычно уменьшены или сросшиеся, даже у вымерших птиц с длинными хвостами, например у микрораптора и археоптерикса. Таким образом, этот признак полезен для различения динозавров и птиц в ископаемой летописи.

Где-то вдоль предполагаемой эволюционной линии у теропод произошло значительное уменьшение – мышечных прикреплений и массы, – что, несомненно, снизило контроль над хвостом. Разве их сородичи с полноценными хвостами не превзошли бы их на крутых поворотах во время погони за пищей? Естественный отбор, как правило, сохранял бы тяжёлую мускулатуру хвоста, вместо того чтобы благоприятствовать существам, у которых центр массы сместился вперед.

Рисунок 5. Компсогнат (Compsognathus) с остистыми отростками вдоль хвоста для прикрепления мышц. Jim the Photographer from Springfield, PA, CC BY 2.0

Распределение массы

Уникальная анатомия летающих птиц, обеспечивающая полет с помощью передних конечностей, означает, что их центр массы расположен довольно близко к крыльям. И наоборот, у теропод центр массы находится над тазобедренными суставами. Для крупного эволюционного перехода потребовалось бы сместить массу вперед для полета. Федуччиа давно утверждал: «Биофизически невозможно, чтобы полет развился у таких крупных двуногих животных с укороченными передними конечностями и тяжелыми балансирующими хвостами» – это прямо противоположная анатомия той, которая необходима для полета.¹⁵

Заключение

Динозавры и птицы слишком сильно различаются во многих отношениях, чтобы эволюция могла преодолеть огромные разрывы между ними. Существует большое различие во внешнем покрове: перья против чешуи. Легкие и дыхательная система птиц не имеют аналогов среди современных или вымерших рептилий. Кости и хвосты птиц (если они присутствуют) сильно отличаются от костей динозавров. И их общее строение противоположно: распределение массы с преобладанием передней части против преобладания задней части. Все это поддерживает отдельное сотворение птиц и динозавров.