В ответ на пост @Bioluh. ;)

Птерозавры - первые позвоночные асы планеты. Я уже много писал об этих прекрасных созданиях мезозойской эры, но никогда не затрагивал тему механизма их полёта. Как летали те самые колоссы весом в пару центнеров? Как летали знаменитейшие птеранодоны с размахом крыльев в семь метров? Бросались с обрывов? Использовали восходящие потоки воздуха? Сегодня вы это узнаете. Я продолжаю тему гигантских летающих рептилий, начатую @Bellatrisa и заодно отвечу на вопрос @Reshetov. Садимся удобнее, Марти возвращается к истокам, к летающей фауне мезозоя.

В мезозойской эре  жили такие исполины, что скорее напоминали жирафа, нежели летающую "птаху". К примеру, тот же кетцалькоатль из поста Беллатрисы, что имел размах крыльев до 10 метров. Как такой монстр мог летать, если сегодня крупнейшее летающее животное имеет всего лишь 3 метра в размахе и 15 кг веса? Ведь ни сила притяжения, ни плотность воздуха не менялись. Что помогало махине весом, по самым скромным оценкам, в центнер летать?

Орнитохейр с размахом крыльев 5 метров

Равняя полёт птерозавров под птиц, люди не учитывают один очень важный момент, а именно количество опорных конечностей. Птерозавры имели короткие задние лапы, и опирались в основном на мощнейшие крылья. В этом и кроется секрет их взлёта. Возьмём для сравнения жирафа и любого крупного аждархида. Имея схожие габариты: высота 5 метров, мощные передние лапы и более короткие задние, длинная шея, отсутствующий хвост - их вес кардинально отличался. Жираф при похожем телосложение и размерах весит тонну, а тот же хацегоптерикс - до двух центнеров. При этом жираф с лёгкостью бегает со скоростью 50 км/ч. По некоторым оценкам учёных аждархиды были способны на подобную скорость. Отталкиваясь от земли преимущественно крыльями, они очень быстро разгонялись до 13-15 м/с (50км/ч) и далее на полёт уже работала огромнейшая площадь крыла. Всего несколько секунд и 150 кг уже летит.

Сравнительные размеры крупнейшего птеродактиля с человеком и жирафом

"Но как же полёт?" спросите вы. Неужели такое огромное крыло и вес могло управляться такими скромными мышцами? У птиц с активным полётом большая часть веса сосредоточена в маховом оперении и грудных мышцах, что позволяет делать медленные взмахи с завидной подъёмной силой. Конечно же птерозавры подошли к полёту иначе. Сегодня животных с такой же механикой взмаха нет. Даже рукокрылые летают иначе, ведь они в сотню раз меньше. Можно было бы сказать, что птерозаврам помогал тёплый воздух. Но тогда зачем я тут перед вами распинаюсь? Мезозойские гиганты подготовили нам маленький сюрприз в виде очень интересного подхода к машущему полёту.

Четырёхметровый волжский дракон

Имея такие впечатляющие размеры, крылья птерозавров весили слишком много, чтобы управляться исключительно мышечными усилиями. Нужна колоссальная сила, чтобы ими взмахнуть, и ещё больше усилий, чтобы их остановить. Но при этом птерозавры использовали именно активный полёт. Секрет активного полёта таких титанов как кетцалькоатль можно найти в строение крыла. Всё что нужно огромным ящерам, это обеспечить себе взлёт мощнейшей подъёмной силой. Для этого необходимы жёсткая передняя кромка и "загребающая" воздух мембрана. Оперённое крыло не способно создать такую динамику взлёта для такой массы.

Мизинец крыла создавал необходимую жёсткую кромку, а упругая перепонка загребала воздух, словно ковш - воду

После разбега и мощных пару взмахов полёт становился простым. Сухожилия и мышцы начинали работать на резонансе: крыло опускается => спинные сухожилия натягиваются => крыло поднимается => грудные сухожилия натягиваются. Работать системе помогала шея. Качая головой, птерозавр помогал своим крыльям. Несколько секунд усилий и далее всё работает на "автомате". У животных с маленьким телом, короткой шеей и большими крыльями такой полёт невозможен, так как вместе с крыльями бы смещалось и тело из-за отсутствия противовеса. Аждархиды же сбалансировали всё массивной шеей и головой так, что тело не смещается и активный полёт становится "автоматическим". Знай себе, поворачивай иногда, да шеей качай.

По самым смелым оценкам, двухсот килограммовый монстр мог взлетать с места вертикально. Пары взмахов крыльев-ковшей хватало, чтобы поднять тело на необходимую высоту, где крыло можно положить горизонтально и начать активный полёт.

Огромные крылья кетцалькоатля обладали колоссальной подъёмной силой и в полёте тратили минимум энергии

Полёт меловых колоссов не подлежит сомнению. Всё их тело было адаптировано именно для полёта. Но из-за того, что сегодня мы не имеем аналога подобных существ, вопрос "как это было?" стоит очень остро. С каждой новой находкой небесных титанов гипотезы совершенствуются, добавляются детали, меняются механизмы.

Уиттон и Хабиб разработали модель, согласно которой птерозавр фактически "катапультировал" себя в воздух, отталкиваясь не только и не столько задними, сколько значительно более сильными передними конечностями. Птерозавр, собираясь взлететь, приседал и сгибал крылья в суставах своих чрезвычайно длинных пальцев, поддерживавших летательную перепонку. Мышцы крыльев напрягались, затем птерозавр резко распрямлял крылья и взлетал, оттолкнувшись от земли не только ногами, но и сильными передними конечностями. Расчеты палеонтологов показывают, что таким образом в воздух могло подняться даже животное весом 200-250 килограмм.

Реконструкция взлёта с места крупного птерозавра. По расчётам подобный способ может поднять в небо до четверть тонны

Спасибо за внимание!

Всем привет! С вами MartinDont и сегодня мы разберём вторую теорию происхождения птиц. На этот раз, птицы будут не потомками динозавров, как в тероподовой теории, а предками.

На протяжении полутора сотен лет учёные спорят об эволюции птиц. Если быть точнее, об их происхождении. Я разделю всю эту кучу гипотез, теорий, мыслей и предположений на две группы (хотя так все и делают). Первую – «с земли вверх» я озвучил в посте про тероподовую теорию.Она гласит, что птицы появились в юрском периоде и являются прямыми потомками динозавров. Вторую – «с деревьев вниз» я озвучу сейчас. По ней птицы произошли от примитивных триасовых рептилий, а внешнее сходство с динозаврами – следствие конвергентной эволюции или прямое происхождение некоторых динозавров (микрораптора вам в пример) от птиц.

Открытие четырёхкрылого микрораптора было предсказано за 84 года до первой находки

В начале двадцатого столетия выдающийся британский учёный Роберт Брум высказал своё мнение о невозможности происхождения птиц от динозавров по ряду причин. И в качестве кандидата на первопредка пернатых выдвинул псевдозухиев. Тем самым, птицы исключаются из надотряда динозавров и становятся близкими родственниками крокодилов. В 1916 году Брум выпустил свою книгу, где подробно объяснил, почему предков птиц стоит искать именно среди триасовых текодонтов, а не динозавров. В 1926 году книга была переведена с оригинального датского на английский, и текодонтная теория стала самой популярной и научно обоснованной на протяжение всего двадцатого столетия.

Эупакерия, открытая Робертом Брумом. По строению скелета именно подобных животных и строится текодонтная теория

По мнению Брума, основная проблема тероподовой теории кроется в крепление передних конечностей и грудных мышц. Ведь у тероподов нет вилочки, которая есть у птиц и предков динозавров. Кратко говоря, по теории происхождения птиц от динозавров пернатые сначала лишились столь важной кости, а потом вновь её отрастили. Британский учёный и его последователи говорили о невозможности подобных эволюционных манёвров. А ведь вилочковая кость является очень важной для полёт – она амортизирует резкие движения при взмахах крыльев.

Вилочковая кость у птиц

Но как я и говорил в прошлом посте, текодонтная теория из года в год выглядела всё менее реалистичной. Палеонтологи никак не могли найти ничего птицеподобного в триасовых отложениях. Теория теряла последователей, уступая дорогу предкам птиц уже в лице тероподов. Новый и серьёзный толчок к популярности предположения о происхождение птиц от примитивных триасовых рептилий получило в 1984 году. И сразу же скажу своё личное мнение. Палеонтологи раздули из мухи слона, на спину которого можно поставить всю солнечную систему... настолько большого слона с такими никчёмными доказательствами. Но я отвлёкся. Дамы и господа, встречайте протоависа!

Протоавис был открыт в 1984 году. Ну как открыт... Нашли первоптицу в триасовых отложениях в массовом захоронение. По мнению Шанкра Чаттерджи, он нашёл череп и кости конечностей двух особей одного рода, молодой и старой. И эти кости были настолько непропорциональны между собой, что, скорее всего, протоавис - химера, и собран из костей разных животных. Многие палеонтологи поставили под вопрос не только принадлежность протоависа к птицам, а вовсе его реальное существование. Российский учёный Евгений Курочкин, наоборот, защищает первоптицу, а критику в сторону протоависа объясняет психологическим барьером и не способностью принять теорию происхождения птиц от текодонтов или архазавроморфов.

Таким должен быть протоавис

Следующую поддержку теория происхождения птиц ещё в триасе (на этот раз архозавроморфная, очень близкая текодонтной) получила, когда открыли микрораптора в 1999 году. Его открытие было предсказано в 1915 году палеонтологом Бибом, который подробно рассказал, что предки птиц сначала научились лазать по деревьям, после планировать и только потом освоили маховый полёт, и что одна из ступенек данной эволюционной лестницы будет представлена четырёхкрылым планирующим полётом. Микрораптор превратился из дромеозавра в птицу, похожую на дромеозавра.

В принципе, текодонтная и арховроморфная теории схожи почти во всём, разница лишь в предке. Сейчас сторонники тероподовой теории подвергают критике данные высказывания Биба и группу гипотез «с дерева вниз» (текодонтная и архозавромофная теории). Ведь планирующий полёт самодостаточен и развивать его в машущий нет смысла. С данными мыслями поспорят наши рукокрылые.

Четырёхкрылый динозавр

Последним камнем именно в текодонтную теорию стала найденная вилочка у некоторых тероподов. Знаменитого тираннозавра Бакки в 1998 году нашли в Южной Дакоте. Скелет гиганта имел вилочку. Да-да, гигантские T.Rex'ы весом в 7-8 тонн с крохотными передними лапками имел кость, которая нужна для мощных взмахов огромными крыльями. Что у нас получается? Что предки птиц и в самом деле сначала лишились вилочковой кости, а потом вновь развили её, или это мелкое хулиганство от конвергентной эволюции чтобы запутать нас?

Вероятная эволюция вилочковой кости

Картина получается такой. Птицы произошли от неопределённой группы рептилий около 230 млн лет назад и разделились с динозаврами. Пернатые поползли на деревья, имея хорошо развитые передние конечности текодонтов или кого другого, вилочковую кость и стройное длинное тело. Динозавры же бегали по земле со слаборазвитыми передними лапами и разделёнными ключицами. Птицы начали осваивать планирующий полёт по средствам развития оперения и облегчения костей. Юрские синички и воробушки уже полностью освоили машущий полёт, оставив несколько тупиковых ветвей, которые в последствие с планирующего полёта и вовсе перешли на наземный образ жизни. Представителями подобной деградации и стали микрораптор и другие мелкие дейнонихозавры. Кто-то из большой группы мелких бегающих сорванцов и в самом деле потомки триасовых динозавров, а кто-то просто на них похож, а сам является спустившийся с небес птицей, как косатка похожа на акулу. К сожалению, подтверждений всех гипотез «с дерева вниз» очень мало. Ни протоавис, ни тем более микрораптор не являются весомыми аргументами. А большая часть защиты текодонтной/архозавроморфной теории строится на критике тероподовой теории.

Покорение воздуха - интереснейшая тема, где можно наблюдать за эволюцией животных. Шаг за шагом представители земной фауны усложняют и облегчают своё тело, чтобы воспарить над землёй. До мезозойской эры воздух не поддавался позвоночным и был полностью отдан насекомым. 370 млн лет назад земноводные начали освоение суши, и только спустя более 100 млн лет архозавры добрались таки до воздуха в виде птерозавров.

Сейчас в воздухе правят родственники тех самых архозавров, птицы. А также, около 50 млн лет назад воздух покорился и млекопитающим. Так как выглядели и что из себя представляли первые летающие позвоночные? Сегодня мы это узнаем.

Одним из самых древних и при этом одним из самых маленьких птерозавров у нас является петейнозавр (летающий ящер). Несмотря на плохо сохранившиеся останки, мы смело можем ставить галочку, что 212 млн лет назад воздух уже был освоен рептилиями. Хоть крылья петейнозавра очень маленькие, относительно тела, и летал он плохо, это всё-таки уже крылья, приспособленные под машущий, а не планирующий, полёт. Сам ящер был крошечных размеров: размах крыльев 60 сантиметров и весом 150 грамм. Петейнозавр ещё интересен и тем, что всё его тело было покрыто мелкими ворсинками. То есть рептилии начали отращивать "пушистый" покров ещё до становления динозавров господствующим классом. Жил наш малыш-летун на территории итальянских Альп.

Клюв птерозавра был оснащён мелкими и острыми зубами.

Строение крыла петейнозавра представляло собой кожаную перепонку, натянутую между передними и задними конечностями. А длинный хвост достался в наследство от предков.

Строение скелета петейнозавра.

Другим интересным представителем летающий триасовой фауны был преондактиль. Он на 16 млн лет старше летающего ящера и был его земляком, а возможно и прямым предком. Преондактиль также обладал маленькими крыльями. А если смотреть на его длинные задние ноги, то мы можем прийти к выводу, что этот крошечный ящер, скорее всего, больше ходил, чем летал. Клюв птерозавра был усеян мелкими зубами, так что в его рацион могла входить и рыба.

Преондактиль был крошечным птерозавром: размах крыльев был до полуметра.

Скорей всего преондактиль имел пух, как и петейнозавр.

Аустриадактиль (палец из Австрии) жил примерно в то же время, что и предыдущие наши герои. Размеры же у австрийца уже сильно выросли и размах крыльев превышал метр. Внешностью аустриадактиль сильно отличался от других базальных птерозавров. Ящер обзавёлся мощным костяным наростом на морде, а кончик хвоста лишился остистых укреплений.

Внешний облик австрийского птерозавра.

Земля лишилась большой части фауны в Великом пермском вымирание 252 млн лет назад, а спустя каких-то 25 млн лет в воздухе уже летали рептилии. Их эволюцию проследить практически невозможно. Первые попытки взлететь рептилии предприняли за 15 млн лет до появления базальных птерозавров. Но кто именно их предок? Осваивали ли птерозавры сначала планирующий полёт или сразу же с земли взлетели? Пока что нам неизвестно. Но наука развивается, находок становится всё больше, а наши методы изучения ископаемых и оборудование совершенствуется.

Ниже - знаменитое грязевое озеро, одна из достопримечательностей

Я очень часто вижу вопрос, чем отличается летающие динозавры (микрораптор, чанъюйраптор) от птиц. Я сначала кратко отвечал. И вот сейчас я всё-таки решил сделать пост, что именно понадобилось изменить в себе динозаврам, что бы взлететь. Немножко не то, но сойдёт.

Пройдёмся по строению птиц и их важным эволюционным шагам, приведших к полёту. В качество сравнительных животных возьмём родственную им группу, дейнонихозавров, которые были близки к полёту, а некоторые даже умели планировать.

Картинка отредактирована paintмастером MartinDont'ом.

Крылья.

Что бы понять, где искать отличия, нужно понять разницу образа жизни бегающих динозавров и летающих птиц... погодите... Вот и ответ! Так что самое важно для полёта? Конечно же крылья! И тут сразу же можно найти несколько существенных отличий между дейнонихозаврами и птицами. Самое важно - крепление лопатки. Ни один динозавр не мог поднять передние лапы над спиной. Просто потому что так крепилась лопатка. А если даже продвинутые в плане полёта микрораптор и чанъюйраптор не могли заводить за спину свои недокрылья, значит они были не способны к маховому полёту. Для птиц же это не проблема. Второе главное отличие - пальцы передних конечностей. У дейнонихозавров отчётливо прослеживаются фаланги пальцев по формуле 2-3-4 (первый палец - 2 фаланги, второй - 3, третий - 4). У птиц же чаще встречается формула 1-2-1. Пальцы птиц утратили свою хватательную функцию, а сама конечность сильно изменилась, что увеличило площадь крыла. Нет нужды хватать пальцами, значит нет нужды и в когтях. Ещё один важный момент, это то, что перья птиц растут не только на предплечьях, но и на фалангах! И тут мы переходим ко второму важному моменту.

Взмах крыльями современных птиц - то, на что не были способны динозавры и первоптицы.

Эволюция крыла. [А-С] - триасовые динозавры, [D-E] - юрские тероподы, [F-G] - меловые птицы, [H-I] - современные веерохвостые птицы.

Перья.

Перо - идеальный внешний покров, когда нужно объединить водонепроницаемость, теплоизоляцию и взлётную подъёмную силу. Но динозавры же тоже были оперены! В чём отличие перьев птиц и анхиорниса, к примеру? А в сложности. Ведь у птиц не просто более сложная структура пера, но и сам перьевой покров намного прогрессивней, чем у дейнонихозавров. Самым важным элементом является асимметричное маховое опахало. Им уже оснастили себя некоторые планирующие динозавры, как тот же микрораптор Гуи, но это ещё было далеко от современных птиц по сложности. К тому же, как я сказал выше, важным шагом к полёту стало отращивание перьев на пальцах.

А - первостепенное маховое опахало, Б - второстепенное маховое опохало, В - рулевое веерообразное опахало, Г - пух.

Хвост.

Дейнонихозавры - это шустрое и бегающее надсемейство динозавров. Хвост является важным инструментом для поддержания равновесия и повышения манёвренности во время быстрого бега. Поэтому хвост динозавров - это длинный и толстый отросток, который невероятно эффективен во время бега и прыжка, но мешающий своим весом во время полёта. К тому же, хвост динозавра был малоподвижен из-за окостеневших хрящей. Это важное и интересное решение для облегчение хвоста. Ведь что бы поддерживать такую массу навесу и управлять ей, нужна огромная груда мышц. Закостеневшие хрящи упростили эту задачу, что позволило сократить мышечную массу, но ценной подвижности хвоста. Птицы срастили хвостовые позвонки в единую кость, пигостиль. Но одной костью особо не порулишь. Пришлось птицам и новые перья придумать, для руления в полёте. Так и появился лёгкий веерообразный хвост, состоящий из маленькой косточки, небольшого количества мышц и широкого и длинного оперения.

Микрораптор Гуи обладал длинным и узким хвостом с большим количеством хвостовых позвонков.

Белоголовый орлан обзавёлся веерообразным хвостом.

Голова.

Лишённые "рук" птицы остались без важного хватательного инструмента. Нет теперь ни пальцев, ни когтей. Роль и "руки", и орудия убийства и расчленения пришлось взять на себя пасти. Только вот зубастая пасть с тяжёлыми челюстями и мышцами не подходила. Поэтому птицам пришлось уменьшить её и вырастить на ней роговое покрытие. Остались зубы, которые вечно во всё впивались. Когда ваш рот выполняет функцию когтя, зубы в нём лишь мешают. Да и веса добавляют. Удаляем-с!

Сама голова птиц тоже крепится по другому из-за положения тела. Дейнонихозавры наклонены горизонтально земле и шея вытянута вперёд. Поэтому голова крепится к позвоночнику через отверстие сзади черепа. У птиц же отверстие для крепления черепа находится внизу.

Череп дейнониха крепится к позвоночнику сзади.

Череп птицы крепится к позвоночнику снизу.

Сращивание костей.

Птицы срастили не только хвостовые позвонки, но и крестцовые, образовав сложный крестец. Крестец состоит больше чем из десятка позвонков поясничного, крестцового и части хвостового отделов позвоночника. Это делает тазовую область более прочной. Сложный крестец обеспечивает неподвижность туловища в полёте, что очень важно. Также птицы срастили некоторые тазовые кости, но при этом он (таз) не имеет "дна", что бы яйца могли свободно проходить.

Сложный крестец птиц.

Киль.

Киль является крайне важным шагом к полёту. Он уже существовал у птерозавров, но его не было у бегающих дейнонихозавров из-за ненадобности. К килю крепятся мощные грудные мышцы, важные при полёте. Так что все животные, кому так важны грудные мышцы, имеют киль: летающие птицы, очаровательные рукокрылы, древние птерозавры, и некоторые землерои. И при этом у нелетающих птиц киля нет.

Наличие киля свойственно всем летающим животным.