Оперённым динозаврам мешали летать молекулярные ограничения

Палеонтологи открыли немало видов динозавров, которые были близки к современным птицам, имели перья и крылья, но летать не умели. Считается, что оперение таких существ служило для других целей – обогрева, привлечения партнёров. 

Что же мешало динозаврам освоить воздушную стихию?

В поиске ответа международная команда исследователей провела молекулярный анализ окаменелых перьев нескольких видов древних существ, живших в период от 160 до 75 миллионов лет назад. Для сравнения использовались перья современных птиц.

"Современные птичьи перья состоят в основном из бета-кератина, белка, который также содержится в коже, когтях и клювах рептилий и птиц. Но перья отличаются от этих тканей: их белок модифицирован особым образом, что придаёт им большую гибкость", – рассказывает соавтор работы профессор Мэри Швейцер (Mary Schweitzer) из Университета Северной Каролины в США.

По её словам, на каком-то этапе эволюции перьев один из генов, отвечающих за производство бета-кератина, подвергся делеции (хромосомной перестройке, при которой происходит потеря участка хромосомы). Из-за этого молекулы белка стали короче, утратив ряд аминокислот. Это повлияло на биофизические свойства перьев: они стали более гибкими. И это обеспечило способность к полёту.

Для определения молекулярного состава перьев специалисты использовали электронную микроскопию высокого разрешения, а также различные химические и иммунологические методы.

"Гвоздём программы" стали перья анхиорниса. Эти ящеротазовые хищные динозавры (тероподы) обитали на территории современной Азии в верхнем юрском периоде. Они были весьма миниатюрными (в длину достигали 30-40 сантиметров) и обладали четырьмя крыльями.

Оказалось, что перья анхиорниса содержали не только бета-, но и альфа-кератины. Последние присутствуют в организме всех наземных позвоночных, включая млекопитающих.

Эти данные удивили учёных, поскольку перья современных птиц содержат минимальное количество альфа-кератинов.

Также выяснилось, что гены анхиорниса уже подверглись той самой делеции, благодаря которой бета-кератины приобретают укороченную "перьевую" форму.

Возникает логичный вопрос: могли ли эти миниатюрные пернатые динозавры подниматься в воздух? Специалисты в этом сомневаются. По их словам, из-за "громоздких" альфа-кератинов перьям не хватало структурных и биомеханических свойств, обеспечивающих полёт.

Иную картину показал анализ останков ещё одного нелетающего динозавра из рода шувуйя, возраст которых оценивается в 130 миллионов лет. Перья этого существа содержали мало альфа-кератинов (как и перья современных птиц). Зато бета-кератины не были укороченными, что делало перья более жёсткими. И в этом случае полёт также был невозможен.

Отсюда следует логичный вывод: для развития полёта требовалось выполнение двух условий – усечение молекул бета-кератинов и почти полный "отказ" от альфа-кератинов.

Очевидно, что те существа, которые первыми "выполнили" оба условия, и начали осваивать воздушную стихию.

В дальнейшем учёные намерены определить по "молекулярным перьевым часам" древних существ более точное время возникновения полёта и этапы его развития.

Научная статья по итогам этой работы опубликована в журнале PNAS.