Більше 99% птахів можуть літати, але деякі види з часом втратили цю здатність. Пінгвіни, страуси та ківі еволюціонували у нелітаючі форми, пристосовуючись до своїх середовищ існування. Нове дослідження, опубліковане в журналі Evolution, аналізує, як птахи переходять від польоту до нелітаючого способу життя. Дослідники порівняли пір’я та будову тіла нелітаючих птахів з їхніми найближчими літаючими родичами, визначаючи, які риси змінюються першими. Ці результати дають уявлення про еволюційні процеси та допомагають визначити, чи були вимерлі птахи здатними до польоту.
Чому деякі птахи перестають літати
Усі сучасні нелітаючі птахи походять від предків, які могли літати.
«Перетворити нелітаючу істоту на літаючу – це серйозне інженерне завдання, але відмова від польоту є значно простішою», — зазначив Еван Сайтта, науковий співробітник Полевого музею в Чикаго та провідний автор дослідження.
Птахи часто втрачають здатність літати, коли заселяють острови без хижаків. За відсутності необхідності рятуватися втечею, вони поступово пристосовуються до наземного способу життя. Іншою поширеною причиною втрати польоту є перехід до напівводного існування. Наприклад, пінгвіни «літають» під водою, використовуючи крила, що призводить до значних змін у їхньому оперенні та скелеті.
Втрата польоту у сучасних птахів
Сайтта, перш за все палеонтолог, скористався широкою колекцією птахів Полевого музею.
«Раптом у мене з’явився доступ до всіх цих сучасних птахів, і я задумався: «Що відбувається, коли птах втрачає здатність літати?»»
Вимірюючи характеристики пір’я, Сайтта порівняв збережені зразки 30 нелітаючих видів із їхніми найближчими літаючими родичами. Він також розглянув більш віддалені види, щоб розширити набір даних. Попередні дослідження показали, коли різні нелітаючі птахи відокремилися від своїх літаючих предків. Наприклад, страуси втратили політ набагато раніше, ніж фуегійська качка-стимер. Їхнє пір’я відображає цю різницю.
«Страуси не літають так давно, що їхнє пір’я вже не оптимізоване для аеродинаміки», — зазначає Сайтта. Їхні довгі, кошлаті пера виконують інші функції, наприклад, збереження тепла або демонстрацію перед партнерами.
Натомість фуегійська качка-стимер, яка втратила політ нещодавно, зберігає пір’я, подібне до літаючих качок.
Еволюція пір’я після втрати польоту
Сайтта був здивований тим, як довго нелітаючі птахи зберігають пір’я, пристосоване для польоту. Логічно було б очікувати, що непотрібні риси зникнуть швидко. Однак його науковий керівник Пітер Маковіцкі запропонував інше пояснення.
«Пітер зазначив, що, аналізуючи зовнішній вигляд сучасного птаха, не можна думати лише про природний добір. Потрібно враховувати також обмеження розвитку», — пояснив Сайтта.
Пір’я розвивається за чіткою послідовністю, змінити яку складно. Коли птах втрачає політ, його пір’яні особливості зникають у зворотному порядку їхньої еволюції.
Зміни у скелеті відбуваються першими
Команда Сайтти також виявила, що певні особливості тіла змінюються швидше за пір’я.
«Першими змінюються пропорції крил і хвоста. Ми бачимо скелетні зміни ще до того, як перо втрачає свою аеродинамічну форму», — зазначив Сайтта.
Скелет змінюється швидше за пір’я, оскільки кістки вимагають більше енергії для росту. Еволюція прагне зменшити ці витрати насамперед.
«Уявімо, що вид птахів оселяється на острові, де можна безпечно жити на землі, і потреба в польоті зникає. Першими редукуються великі, енергозатратні кістки та м’язи, а пір’я — дешеве, тож воно змінюється повільніше», — пояснив Сайтта.
Вимерлі нелітаючі птахи
Це дослідження допомагає палеонтологам, які вивчають скам’янілих птахів і пернатих динозаврів.
«Політ не еволюціонував за одну ніч, і втрата здатності літати могла відбуватися багато разів серед вимерлих видів, так само як і серед сучасних птахів. Наше дослідження показує порядок цих змін у тілі птахів», — каже Сайтта.
Скам’яніле пір’я саме по собі не є достатнім доказом, щоб визначити, чи вмів давній птах літати. Дослідники спочатку повинні аналізувати масу тіла та пропорції крил. Ці риси змінюються першими. Якщо скелет вказує на втрату польоту, асиметрія пір’я може стати додатковим підтвердженням.
Попередні дослідження втрати польоту
Дослідження Сайтти узгоджується з попередніми роботами щодо змін пір’я після втрати польоту.
«Приємно, що ми отримали результати, які узгоджуються з попередніми дослідженнями. Однак мій підхід був ширшим, що дало змогу отримати більш повне уявлення про процес», — зазначив Сайтта.
Аналізуючи одночасно зміни у скелеті та пір’ї, це дослідження дає глибше розуміння того, як і чому птахи втрачають здатність літати. Воно також надає корисні інструменти для виявлення нелітаючих видів серед вимерлих птахів, що додає ще один шар до вивчення еволюції птахів. Дослідження опубліковане в журналі Evolution.
