Гасторніс 1; апос; хижий птах став вегетаріанцем для науки
Гасторніс? Гігантський птах з потужним дзьобом, який пожирав ссавців на зорі третинного, здавна вважався. Помилка: колос був рослиноїдним.
Якщо ви введете слово Gastornis в Інтернеті, більшість зображень, які ви знайдете, матимуть вражаючого гігантського птаха, що люто атакує дрібних ссавців. І недарма. З часу виявлення в кінці XIX століття та на початку XX століття кількох кісток цього вимерлого виду з початку третинного періоду, реконструкція тварини представила його як жахливого журавлика, майстра землекористувача світ у палеоцені, який занепав би з появою хижих ссавців, як писав фінський палеонтолог Бьорн Куртен у 1971 р. у своїй книзі "Епоха ссавців".
Слід визнати, що сценарій хижих птахів заманливий, тим більше, що він добре вписується в історію наземної фауни. До кінця Крейдового періоду справді найбільшими наземними тваринами були динозаври. Вони мали дуже різноманітні розміри та спосіб життя, що дозволяло їх розподіляти в різних екологічних нішах. Але під час крейдо-третинної кризи 66 мільйонів років тому ці динозаври вимерли, залишивши багато континентальних екологічних ніш вільними. Таким чином, відразу після вимирання динозаврів на початку третинного періоду, єдиною великою наземною твариною був Гасторніс. Хоча ссавці не перевищували розміру великої собаки, зріст цих птахів був приблизно 1,5 метра. З'явившись в Європі в палеоцені, приблизно 60 мільйонів років тому, ці гіганти вимерли в середині еоцену, близько 42 мільйонів років тому, після колонізації Північної Америки та Азії.
Як ці птахи були спадкоємцями динозаврів у наземному середовищі після кризи? Яку екологічну нішу вони займали? Як вони жили? Незалежно від того, дієта це, спосіб пересування чи репродуктивна стратегія, ці питання довгий час залишаються без відповіді, особливо оскільки історія відкриття Гасторніса мала кілька поворотів, які переплутали сліди. Але нові дослідження щойно розкрили частину загадки завдяки мультидисциплінарним підходам, що поєднують класичну палеонтологію та нові технології. Гасторніс був би ближче до спокійного новозеландського такхе, ніж до страшного хижака.
Перша скам’янілість storасторніса була виявлена в 1855 році в конгломераті Медон, недалеко від Парижа. Цю скам’янілість, що відповідає тибіотарзе (кістці ноги), назвали Gastornis parisiensis на честь фізика Гастона Планте, її першовідкривача. Згодом Віктор Лемуан, лікар в Реймсі, захоплений палеонтологією, виявив додаткові скам'янілості Гасторніса на північному сході Франції, а з 1881 р. Запропонував реконструкцію: великий птах з довгими ногами та зменшеними крилами, довга шия та досить витягнутий купюра. За словами лікаря, на його щелепах були нарости, які можна порівняти із зубами. Отже, у той час, коли ідеї Дарвіна поширювались серед палеонтологів, Гасторніс здавався проміжним твариною між плазунами та птахами.
Діатріма проти Гасторніса
У той же час, в 1876 році в Північній Америці, палеонтолог Едвард Коуп описав нову гігантську викопну птицю, яку назвав Діатріма, вказуючи на те, що вона була близька до Гасторніса. Протягом декількох десятиліть ці дві назви співіснували, скам’янілості, знайдені в Європі, приймали ім’я Гасторніс, а в Північній Америці - Діатрима. У 1917 році, однак, два інших американських палеонтолога, Вільям Меттью і Вальтер Грейнджер, описали майже повний скелет діатріми з нижнього еоцену Вайомінгу і дозволили глобальну реконструкцію цієї птиці, що характеризується великою головою з величезною купюрою без зношених зубів міцною шиєю.
Особливо помітні відмінності між цією реконструкцією та реконструкцією Гасторні, зробленою Лемуаном понад тридцять років тому, призвели до чіткого розділення між родами Diatryma та Gastornis. Крім того, чудова збереженість американських скам’янілих тонів затьмарила відокремлені кістки гасторнісів. Ось чому з 1920-х років переважна більшість європейських зразків приписувались Діатрімі, а не Гасторнісу.
Така ситуація тривала до початку 1990-х років, коли американський палеонтолог Ларрі Мартін провів повний огляд матеріалів Гасторніса, які Лемуан зібрав для своєї реконструкції. Потім Мартін продемонстрував, що переважна більшість використаних кісток не належала Гасторнісу і навіть не птахам. Скам'янілості відповідали різним іншим тваринам, включаючи черепах, а також рибам або шампузаврам (види водних плазунів, що нагадують крокодилів). Тому основний аргумент, що відокремлює Гасторніса від Діатріми, був серйозно підданий сумніву. Потім Мартін запропонував поєднати ці два роди в одній родині: Gastornithidae.
Краще: нещодавня повторна експертиза скам’янілостей, включаючи дослідження нової нижньої щелепи Гасторніса, показала, що це один і той самий рід, який потрібно називати Гасторніс, це ім’я було запропоновано першим, а Diatryma - синонімом. Це дуже яскравий приклад того значення, яке можуть мати реконструкції для еволюції палеонтологічних інтерпретацій, оскільки без помилкового подання Гасторніса, зробленого Лемуаном, ім'я Діатрими не було б можливим.
Без зубів, але дивний дзьоб
Отже, у Гасторніса не було зубів, але питання про його екологію і, зокрема, про раціон, досі не було вирішене ... Це було не раніше 2014 року. І тут знову ж таки подання, які ми зробили про птицю, мали значне значення вплив не лише на наукові інтерпретації, а й на колективну уяву.
Насправді, щоб краще зрозуміти, як організовувались наземні екосистеми після вимирання динозаврів, одне з перших питань, яке задавали собі вчені, стосувалося раціону цих птахів. Для більшості викопних хребетних вивчення раціону харчування базується на дослідженні зубів. У разі позбавлення Gastornithidae метод був непридатний. У випадку з птахами, інша підказка зазвичай вирішує питання: форма дзьоба, яка порівнюється з формою нинішніх птахів із відомою екологією. Але Gastornithidae особливі, оскільки їхній рахунок не схожий на рахунок жодної поточної групи. Отже, ця специфіка виникла в дискусії, яка тривала понад двадцять років про дієту Гасторніса.
У 1991 році на основі біомеханічного дослідження щелеп цих птахів Лоуренс Вітмер і Кеннет Роуз з Університету Джона Хопкінса дійшли висновку, що вони були жорстокими хижаками. Через рік, у 1992 році, американський орнітолог Елісон Андорс зробив подібне дослідження на тих же скам’янілостях і зробив висновок про травоїдну дієту. Суперечність між висновками цих двох досліджень, майже одночасними, на одному і тому ж викопному матеріалі, і з дуже схожими методами, показує межі класичних порівняльних методів палеонтології.
Ігноруючи дискусію, до 2014 року в більшості виступів Гасторніса зображений страшний хижак, який переслідує дрібних ссавців, хоча навряд чи будь-яка реконструкція припускає, що це може бути рослиноїдним. Цей свідомий вибір, мабуть, мотивований більш-менш сенсаційними причинами, мав важливі наслідки для колективного іміджу дієти Гасторніса. Таким чином, навіть серйозні документальні фільми чи наукові журнали, які є якісними для широкого загалу, повністю затьмарили другу гіпотезу. Цей вибір репрезентації є джерелом великої кількості плутанин між Gastornithidae і Phorusrhacidae, гігантськими наземними хижими та бігунами птахами, відомими в Південній та Північній Америці, в Північній Африці та Європі, але останнім часом і анатомія яких сильно відрізняється від такої у Gastornithidae.
М'язи цесарок
Дебати щодо дієти Гасторніса закінчились лише в 2014 році новими дослідженнями, які ми провели. Не вдавшись знайти відповідь звичайними способами, ми шукали інші методи. Ми обрали два додаткові підходи: вивчення функціональної морфології та вивчення ізотопної геохімії.
Функціональна морфологія полягає у вивченні зв'язку між екологією тварини та її механічними можливостями. Таким чином, за співпраці Аніка Абурахіда та Ентоні Херреля з Національного природничого музею в Парижі ми вивчили м’язи черепа різних сучасних птахів, екологію яких ми знали, щоб з’ясувати, чи існує зв’язок між типом їжі, яку їдять ці птахи, і мускулатури їх щелепи.
Хижаки представляли хижих птахів і курей, цесарок і зябликів, рослиноїдних птахів. Після розтинання декількох черепів у цих сучасних птахів ми виміряли та зважили всі м’язи черепа. Таким чином ми показали, що у сучасних хижих птахів м'яз, що використовується для змикання щелепи (привідний м'яз), слабо розвинений, тоді як м'яз, що використовується для переміщення кінчика дзьоба (крилоподібний м'яз), дуже великий. Це пов’язано з тим, як ці тварини харчуються, відриваючи шматки м’яса кінчиком дзьоба і з’їдаючи, не роздавлюючи. Тому їм потрібна велика сила в передній частині дзьоба і низька сила шліфування при змиканні щелепи. І навпаки, у сучасних рослиноїдних птахів привідний м’яз сильно розвинений, що дозволяє їм подрібнювати тверді рослини та насіння, тоді як крилоподібний м’яз значно зменшений.
Після створення цієї моделі ми застосували її до Gastornithidae, на двох особливо добре збережених щелепах (збережених у Нью-Йоркському музеї та Музеї Тулузи) є сліди зон вставки цих двох м'язів, що дозволяє нам 'оцінити їх відносне значення. Ці сліди показують, що Гасторніс мав дуже розвинений привідний м’яз і дуже зменшений крилоподібний м’яз, і тому він мав травоїдну дієту.
Разом з цим дослідженням ми використовували другий підхід, ізотопну геохімію, для самостійного визначення раціону Гасторніса. Цей підхід заснований на ізотопному аналізі вуглецю, який присутній у кістках птахів та їх їжі, тобто на аналізі частки ізотопів вуглецю в цих елементах. Дійсно, ця частка відрізняється між рослинами та м’ясом. Це також залежить від фізіології тварини: коли тварина харчується, вона включає в свої кістки та зуби певну частку ізотопів вуглецю відповідно до свого метаболізму. Кажуть, що між мінералізованими тканинами (кістками, зубами) та їжею існує ізотопне фракціонування. Отже, якщо ми знаємо значення цього ізотопного фракціонування у тварини, ми можемо на основі ізотопного аналізу його кісток визначити частку ізотопів вуглецю в їжі, яку вона спожила, і тому повернутися до його раціону.
Рослиноїдний птах
У нинішньої тварини, харчові звички якої відомі, визначення величини фракціонування ізотопів є простим: достатньо виміряти частку ізотопів у кістках і відняти частку їжі. Отже, ми вперше провели дослідження сучасних птахів із відомою екологією: хижа модель - стерв'ятники - та рослиноїдна модель - страуси - надали нам два різних значення ізотопного фракціонування птахів відповідно до їх раціону. Завдяки цим даним та зважаючи на те, що птахи третинного класу мали фізіологію, дуже близьку до фізіології нинішніх птахів, ми визначили раціон харчування Gastornis.
Дійсно, ізотопні вимірювання вуглецю Gastornis дали змогу підрахувати, що якщо ці птахи були хижими, їм доводилося споживати м'ясо тварин, які харчувались лише рослинами типу С4 (рослинами, пристосованими до сухого середовища). Однак в історії Землі цей тип рослин з’явився набагато недавно. Отже, Gastornithidae не могли бути хижими. І навпаки, гіпотеза про травоїдну дієту підтверджується, оскільки ізотопні пропорції споживаних рослин, які потім виводяться, узгоджуються з тими, що були відомі для рослин того часу. Тому Гасторніс був не запеклим хижаком, який полює на нещасних маленьких третинних коней, а скоріше рослиноїдним птахом.
Ще одним моментом в екології Gastornithidae, який був спотворений уявленнями, є його переміщення. На переважній більшості ілюстрацій, що зображують Гасторніс, ця птах не тільки хижа, але вона практикує активне полювання, переслідуючи свою здобич за моделлю, подібною до моделі нинішніх великих хижаків, таких як великі коти. Але чи справді Гасторніс був здатний бігти таким шляхом? Іншими словами, чи мав птах так званий курсоріальний рух (бігун), з можливістю тривалих періодів швидкого бігу, чи це був гравіпар'єр (ходок), тобто відносно повільний рух, здатний бігати, але лише короткочасно ?
Бігун або ходок ?
У 60-х роках американський орнітолог Вільям Сторер запропонував метод розрізнення цих двох способів руху, заснований на пропорціях трьох довгих кісток, що утворюють ніжку птаха: стегнової кістки, великогомілкової кістки та тарзаметатарсуса. Птах-бігун матиме довший тарсометатарсус в порівнянні з двома іншими кістками ніг, і навпаки, тарзометатарсус у ходячого птаха буде коротшим. Застосовуючи цю модель до Гасторніса, ми показуємо, що цей птах був гравіпарієром, не міг швидко і довго бігати ...
Одним з останніх елементів екології Gastornithidae, виявлених за останні роки, є репродуктивна стратегія цих птахів. Фактично до 2013 року жодної інформації з цього питання не існувало. Оскільки жодне викопне пташине яйце не можна було чітко віднести до Гасторніса, неможливо було знати, скільки яєць було відкладено за гніздо, а також чи були ці гнізда закопані чи здані на землю, чи існували переважні зони для відкладання яєць, куди приходили різні батьки щоб відкласти яйця. Відповіді на ці запитання дали зібрання сотень фрагментів яєчної шкаралупи на півдні Франції та приписування їх Гасторнісу .
Багато прикрашені мушлі
Дуже велика концентрація яєчної шкаралупи на різних третинних ділянках на півдні Франції свідчить про те, що кілька нерестів було зібрано на загальних ділянках, видах пільгових місць нересту, без сумніву, обраних з екологічних причин. Виходячи з розподілу цих місць, ці великі птахи, ймовірно, жили групами, принаймні під час розмноження, як сучасні страуси. Крім того, не було знайдено жодного цільного яйця, на відміну від багатьох нерестів динозаврів, що складаються з цілих яєць, виявлених у крейдовому періоді на півдні Франції. Тому дуже ймовірно, що гнізда Гасторніса будувались на землі, як у страусів, а не закопувались, як у динозаврів. Тоді яйця гасторнисів були б знищені до скам'янілості шляхом витоптування або негоди.
Нарешті, поверхнева орнаментація фрагментів черепашки також надає інформацію про стратегію нересту цих птахів. На фрагментах видно сліди, які можуть відповідати градієнту зносу шкаралупи, коли яйця труться одне про одне в гнізді, як це спостерігається на поверхні поточних страусиних яєць. Тому гнізда повинні містити кілька яєць.
Таким чином, Gastornithidae, наступники великих динозаврів, були не страшними хижаками, а гігантськими рослиноїдними птахами, які досить повільно рухалися в жаркому та більш-менш вологому середовищі залежно від регіонів (досить сухий на півдні Франції та більш вологий на півночі Німеччини) . Ці птахи збиралися в загальних місцях, щоб відкласти кілька яєць у гнізда, побудовані на землі, за моделлю, подібною до тієї, що спостерігається у нинішніх страусів. Із застарілого сценарію залишається лише результат. Гасторніс був, мабуть, чудовим джерелом їжі для зростаючих хижих ссавців ...