С давних пор исследователи пытались узнать, как происходила эволюция организмов и почему животные стали такими, какими мы их видим сейчас. И особое внимание биологов всегда привлекали формы, крайне адаптированные к какому-либо образу жизни. Из млекопитающих это киты, кроты и другие землекопы, летучие мыши. Что касается птиц, то становление их черт в эволюции до сих пор остается предметом острых научных дискуссий. Но и среди самих птиц есть группы, чья эволюционная история остается полной загадкой – это, например, проводящие почти всю жизнь в полете стрижи или дятлы – непревзойденные специалисты по долблению древесины и лазанию по стволам деревьев. Лазанье у дятлов сочетается с очень необычным устройством лапы, что также издавна привлекало пристальное внимание исследователей.
Существует, по крайней мере, две метода реконструкции эволюционной истории организмов. Первый – палеонтологический, довольно простой. Зная предков современных животных, мы можем реконструировать их образ жизни и понять, какие адаптации привели к формированию той или иной особенности в строении ныне живущих потомков. Примеров удачного применения этого метода не так много, но они есть. Так, орнитологи давно заметили, что американские кондоры и некоторые аисты охлаждают свое тело, выделяя на лапы мочевую кислоту – явление, не известное больше ни у кого из птиц. Потом было показано сходство аистов и кондоров по ДНК. И тут на помощь пришла палеонтология – оказалось, что одна из групп аистов пошла по эволюционному пути поедания падали – к этому склонны и некоторые современные их представители (например, марабу). Специализировавшись к подобному образу жизни, упомянутые аисты быстро превратились в кондоров, которые когда-то (около 50 миллионов лет назад) жили и в Европе. Но подобная схема выяснения эволюционной истории работает не всегда, да и предковые формы для многих быстро эволюционирующих групп (а таковы все специализированные формы) найти не получается. Кроме того, зачастую мешает тот факт, что так называемые «ископаемые предшественники» относятся к боковым ветвям эволюции, и по их строению мало что можно сказать о современных группах.
Здесь на помощь должен прийти другой метод – неонтологический, метод функциональной морфологии, связывающий строение органов современных форм с их функцией. С помощью этого метода мы можем не только объяснять, как работает тот или иной орган, на зачастую и узнать о прошлом этого органа. Дело в том, что структура не может эволюционировать спонтанно – то, как она изменяется, продиктовано требованиями организма к выполняемой этой структурой функцией. Поэтому в строении органа записано также и то, какие функции он выполнял в прошлом. Хороший пример – лапа птиц, в которой первый палец (самый короткий) повернут назад. Такое строение говорит о том, что когда-то лапа имела обхватывающую функцию (точно так же, как наша рука с противопоставленным первым пальцем говорит о том, что наши предки обхватывали ветви деревьев). И теперь, даже если вымрут все птицы, кроме, скажем, чаек, мы сможем, изучив их, сказать, что их предки прошли стадию обитания в лесах.
Точно также и лапа дятлов, устроенная сложным и необычным образом, хранит в себе следы прежних адаптаций. Если посмотреть на ворону или курицу, то можно увидеть, что у этих птиц три пальца направлены вперед, а один назад. У дятлов же назад повернуто два пальца – внутренний короткий (как у всех птиц), а также наружный палец. Такая стопа называется зигодактильной, и характерна не только для дятлов, но также для кукушек и попугаев. Правда, и кукушки, и попугаи имеют совсем другую эволюционную историю, и зигодактильная лапа у них возникла совсем другим путем. Однако причины возникновения подобной лапы кажутся очевидными – два пальца, направленные назад, хорошо противодействуют передним пальцам, что позволяет птице надежно обхватить ветвь для того, чтобы легче дотягиваться до пищевых объектах в кронах деревьев. Неясно только то, каким образом в эволюции происходил поворот пальца, и что инициировало такое эволюционное новшество.
Ответ на этот вопрос нам может дать лапа дятлов. Она не похожа на лапу других лазающих птиц – пищух, американских древолазов или африканских древесных удодов, и ее возникновение в эволюции нельзя однозначным образом связывать с лазающим образом жизни.
Однако среди дятлов есть формы, которые живут в пустынях, делают гнезда в трещинах или пустотах между камней и никогда практически не видят деревьев. Оказывается, именно у таких дятлов наружный палец повернут назад, в то время, как у всех лазающих по стволам дятлов наружный палец направлен гораздо более вбок. Это кажется логичным, ведь с помощью направленного вбок наружного пальца птица обхватывает ствол дерева, на котором сидит. Изменения в скелете лапы хорошо соответствуют такой разнице в положении наружного пальца. И эти особенности скелета говорят нам о том, что когда-то предки современных дятлов отказались от лазания по стволам деревьев и были обычными лесными птицами, похожими на родственников дятлов – туканов. Предки этих птиц, в свою очередь, хорошо освоили лазание по стволам деревьев, в результате чего приобрели специализированную лапу. Значит, из скелета лапы дятлов следует, что их предки как минимум дважды осваивали лазание, а потом отказывались от него! Сколько таких этапов было на самом деле – неизвестно, поскольку большее число переходов уже не фиксируется в строении лапы.
Данные по современным дятлам показывают, что, в действительности, эти птицы часто заселяют районы со скудной древесной растительностью и отказываются от лазающего образа жизни. Именно такое чередование лазающего / нелазающего образов жизни должно было произойти и в прошлом, приведя к формированию специализированной лапы дятлов. И распознать это помогло только лишь строение лапы современных птиц, поскольку палеонтологическая летопись дятловых птиц мало что дает для нашего знания об эволюции этой интересной группы.
Post Scriptum
Публикация исследования, которое легло в основу настоящей статьи: Зеленков Н.В. Строение и возможный путь эволюционного формирования лапы дятлов // Палеонтологический журнал. - 2007. - № 3. - С. 56-63.
Никита Зеленков
