Как птицы начали летать?

Современные данные показывают, что птицы — живая ветвь тероподовых динозавров. Их ближайшие ископаемые родственники находятся среди пернатых манирапторовых теропод, а не среди псевдозухий. Млекопитающие возникли независимо в другой ветви амниот — синапсидах — и не происходят от динозавров или современных рептилий.

Псевдозухии (Pseudosuchia) относятся к крокодиловой ветви архозавров и не считаются предками птиц. Происхождение перьев и полёта связывают с тероподовыми динозаврами: перья появились ещё у нелетающих форм и первоначально могли выполнять теплоизоляционную, сигнальную и другие функции, прежде чем часть линий стала использовать оперение в аэродинамике.

Археоптерикс (Archaeopteryx) жил около 150 млн лет назад и сочетал признаки небольших тероподовых динозавров и ранних птиц: перьевые крылья, зубы, длинный костный хвост и когтистые пальцы передних конечностей. Его положение близко к основанию эволюционной ветви птиц, однако он не считается простой «переходной ступенью» в линейной цепочке от рептилий к современным птицам.

Закругленная форма крыла, а также длинный и широкий хвост позволяют предполагать, что археоптерикс мог пользоваться планирующим полетом на небольшие расстояния. По размерам он был немного крупнее галки.

В юрском периоде, когда обитали археоптериксы, другая группа пресмыкающихся (птерозавры) обрела полет с помощью кожистой перепонки на крыльях. В скелете птерозавров (Pterosauria) обнаруживаются черты конвергентного сходства с птицами: широкая грудина с килем, пневматичность костей, срастание черепа, крупные глазницы. Птерозавры господствовали в юрском и меловом периодах, но полностью вымерли к концу последнего.

Современные птицы образуют кроновую группу Neornithes, но многие мезозойские птицеподобные формы — в том числе Hesperornis и Ichthyornis — находятся за пределами этой современной кроны. Поэтому объединять всех ископаемых птиц, кроме археоптерикса, с современными птицами в одну группу некорректно.

Наиболее древние остатки веерохвостых птиц известны для меловых отложений (80-90 млн. лет). К ним относятся гесперорнисы (Hesperornis) и ихтиорнисы (Ichtyornis). Гесперорнисы, утратившие способность к полету, плавали и ныряли. Своим внешним обликом они напоминали крупных (более 1 м) гагар или поганок. Передние конечности и их пояс у гесперорнисов были сильно редуцированы, а грудина не имела киля. Ихтиорнисы, на против, относились к летающим формам с развитым килем и типично птичьим скелетом крыла. По размерам и особенностям биологии они приближались к крачкам. От современных птиц гесперорнисы и ихтиорнисы отличались мелкими зубами на верхней и нижней челюстях, а также крайне малым объемом мозговой полости черепа. Их принято рассматривать как боковые и специализированные ветви примитивных веерохвостых птиц.

В палеогене Северной Америки и Европы жили крупные нелетающие гасторнисы (Gastornis; старое название «диатрима»). Их рацион долго считали хищным, но строение клюва и изотопные данные поддерживают преимущественно растительноядную интерпретацию. Новозеландские моа и мадагаскарские эпиорнисы исчезли совсем недавно по геологическим меркам — в последние тысячи лет, а не сотни миллионов лет назад.

В процессе эволюции птиц благодаря морфологическим преобразованиям, затронувшим все системы органов и обеспечившим интенсивный обмен веществ, был достигнут высокий уровень жизнедеятельности и созданы биологические предпосылки для полета. Превращение передних конечностей в крылья сопровождалось перестройкой их скелета и мускулатуры, а также плечевого пояса. Одновременно произошли преобразования скелета и мускулатуры задних конечностей и тазового пояса, что обеспечило двуногое хождение по твердому субстрату или плавание. Пневматичность костей увеличила их прочность. Возникшая система воздушных мешков, связанных с легкими, способствовала интенсификации дыхания. Полное разделение большого и малого кругов кровообращения улучшило снабжение тканей кислородом и питательными веществами, а также обеспечило эффективное удаление продуктов распада. Прогрессивное развитие органов чувств и головного мозга расширило возможности ориентации в пространстве и координации сложных движений.

Крупная радиация современных линий птиц происходила в позднем мелу и особенно после мел-палеогенового вымирания около 66 млн лет назад. Точные сроки расхождения отдельных отрядов остаются предметом исследований и уточняются по ископаемым и геномным данным.

Эволюция птиц и млекопитающих протекала параллельно, но на различной морфофизиологической основе. Тем не менее общее направление эволюционных преобразований и достигнутые биологические результаты оказались в значительной мере сходными. Благодаря гомойотермии, высоко развитому головному мозгу и разнообразной заботе о потомстве, птицы и млекопитающие заселили практически весь земной шар, заняв господствующее положение не только в наземных экосистемах, но отчасти - и в водных. Глубокая специализация к полету ограничила для птиц возможность появления сугубо подземных или водных форм. Млекопитающие, не имевшие подобного ограничения, заселили почву (роющие виды), а их водные формы (китообразные и сирены) полностью утратили связь с сушей.