Эволюция перьев: большая проблема для Дарвинизма
Джерри Бергман
Краткое изложение
Происхождение птиц всегда было большой проблемой для Дарвинизма, и даже сегодня не существует согласия по поводу происхождения птиц. Одни из наиболее трудных вопросов, связанных с эволюцией птиц, - вопрос эволюция перьев. Перья - это сложно спроектированные структуры, необходимые для полёта, и в настоящее время они встречаются только у птиц. Обзор литературы по вопросу эволюции птичьих перьев показал, что, несмотря на то, что перья начинают встречаються уже в Меловом периоде, включая многие хорошо-сохранившиеся образцы в янтаре, летопись окаменелостей обнаруживает полное отсутствие свидетельств эволюции перьев. Обсуждаются последствия этого большого затруднения для Дарвинизма. (См. также Перо птицы )
Только птицы и некоторые предпологаемые «тероподы» размером с индюшку обладают перьями; ни у каких других животных перьев нет.1 Птицы - “спроэктированы специальным образом для полёта”, одним из важных компонентов которого являются их перья.2 Тот факт, что птицы используют перья для полёта “фактически влияет на каждый аспект их анатомического строения”.3 Перья - это “наиболее сложные эпидермические отростки, которые можно обнаружить у животных”.4
Эти с точностью спроектированные структуры являются высоко эффективными, и при этом крайне лёгкими; перья - это изоляторы, которые созданы для того, чтобы дать птицам возможность латать. Перья птичьего крыла сами по себе являются “одной из наиболее прекрасно разработанных структур во всём мире”.5 Перья имеют такое “поразительное разнообразие размеров, форм, цветов и структур”, что в отношении гармонии цветов, яркости и мягкости с ними могут сравниться лишь немногие шедевры человеческого искусства. Люди часто копируют красивые узоры и цвета перьев, но с точностью не могут их воссоздать; о том, как их ценят, говорит тот факт, что люди по всему миру с самых древних времён использовали перья для украшений.
Источник цветов
Чёрный, коричневый и серый пигменты поступают в перья из крови птицы, а красный и жёлтый - из её жирового слоя.Липохромовые пигменты вырабатывают красный, оранжевый и жёлтый цвета, а меланин вырабатывает чёрный, коричневый, красно-коричневый и серый цвета. Радужное сияние цветов у птиц, включая синее мерцание на перьях горла и хвоста, является результатом наличия обоих пигментов и характерного рассеивания света. Относимые к структурным цветам, при этом методе используются внутренние частицы в пере для рассеивания коротковолнового излучения, потому что интенсивность рассеивания обратно пропорциональна биквадрату длины волны. Также, микроскопические гребни на перьях действуют как дифракционная решетка для рассеивания света, который падает на них всеми цветами оптического спектра. Все эти системы объединены для того, чтобы создавать весёлую радугу цветов, которую обычно демонстрируют птицы. Их цвета выполняют различные функции, включая, казалось бы, противоположные функции, такие как привлечение противоположных особей и смешивание с внешней средой. У многих птиц насчитываются тысячи перьев; у плимутрока предположительно насчитывается 8000 перьев, а у Американского Лебедя - 25000 перьев. Даже у такой маленькой птички как крапивница более 1000 перьев.7Огберн утверждает:
«Птицы являются причиной нашего глубокого восприятия природы не только потому, что их полёт, пение и цвета делают их достойными внимания и привлекательными, но также потому, что они существуют почти повсюду»8
Причина, почему они настолько вездесущи, как замечает Огберн, заключается в том, что также как и самолёт “дал возможность людям расширить сферу их влияния до самых дальних уголков планеты”, так же и перо, “шедевр” природы, дало возможность птицам cделать то же самое.
Ошеломляющее множество цветов лучше всего явно в оперении павлина.
Виды покровов
Все животные имеют определённый вид покрова, который сохраняет целостность их тел и защищает их от болезнетворных микроорганизмов, погоды и других неблагоприятных условий окружающей среды. Существует четыре основных типа покровных структур, которые функционируют для защиты эукариотов:
- Кожа - может быть очень тонкой, такой как кожа, покрывающая тело большинства червей, средней толщины, как кожа человека, или толстой и грубой как шкура, покрывающая тело коров и слонов.
- У многих животных имеется определённый вид волос, которые растут в коже или под кожей. Большинство млекопитающих обильно покрыты толстыми волосами (мехом) для согрева и изоляции.
- Чешуйки, как те, что покрывают тело рептилий, от тонкой, но крепкой чешуи, покрывающей змей, до толстой железоподобной чешуи, защищающей тело броненосцев. Чешуйки ложатся одна на другую подобно кровельным плиткам и функционируют во многом по тому же принципу для того, чтобы не пропускать воду и удерживать тепло организма, позволяя в то же время животному двигаться.
- Перья являются уникальной структурой, которая может быть обнаружена только у птиц. Все птицы (класс Aves), в отличие от всех других животных, имеют перья.9 Перья значительно отличаются от чешуек и всех видов кожи, тонкой и волосистой, или толстой и безволосой.
Перья, чешуйки, волосы, ногти и когти - всё это растёт из кожи, и лишено чувствительности, как волосы и ногти животных (поэтому, мы не ощущаем боли, когда ломается волосок или подрезаются ногти). И перья, и волосы, образуются в ямках, называемые сосочки, расположенные под кожей, и которые часто покрывают почти всё тело, так же как волосы и чешуйки. Каждая ямка обильно снабжается кровью, чтобы питать растущее перо. Перо - крепкая, но лёгкая структура, состоит из кератина, крепкого, но всё же гибкого белка. Большинство птиц “сбрасывают” или теряют свои перья через определённые промежутки времени, обычно один раз в год (процесс называемый линька). Линька - “это высокоорганизованный процесс”, который происходит постепенно, что не позволяет появляться голым пятнам на теле птицы. Этот процесс настолько высокоорганизован, что “маховые и рулевые перья теряются точно по парам, по одной с каждой стороны, так что сохраняетбаланс”.
Строение пера
Наиболее распространённая теория происхождения перьев предполагает, что перья развивались от чешуек рептилий. Но перед тем как рассматривать этот вопрос необходимо ознакомиться со строением пера. Анатомия перьев радикально отличается от анатомии кожи или чешуек, и наиболее схожа с волосом (но всё равно намного сложнее). Бишоп отмечает, что: «Перья могут выглядеть просто, но на самом деле они очень сложные. Каждое перо может иметь более миллиона очень маленьких частей»10Сложное анатомическое строение пера отличается, в зависимости от функции пера. Например, “сложная морфология” махового или контурного пера включает длинный стержень (обычно полый, но всегда крепкий) и опахало, которое расширяется от стержня в виде почти плоских опахал с каждой стороны.11 Стержень состоит из полой, неэластичной структуры (часто называемой очином пера или жилкой) - стебель пера, который служит как твердая, но гибкая опора для ответвлений, называемыхбородками. Стебель и бородки похожи на ствол и ветви дерева.12
Каждая параллельная бородка отклоняется диагонально от оси и имеет множество маленьких боковых ответвлений - бородочек (или опахал) различных видов, которые частично накладываются на ответвления соседних бородок по типу ёлочного узора, что напоминает миниатюрную копию всего пера.13 Маховое перо большой птицы может иметь до миллиона бородочек.14 Бородочки летающих птиц сцеплены крепко со следующим опахалом “крючочками”, называемыми крючковидными отростками, которые функционируют по типу «липучей застежки». Эти ответвления и крючковидные отростки формируют опахало, достаточно эластичное, но всё же крепкое и довольно плотное, так что когда птица летит, через промежутки может просочиваться лишь небольшое количество воздуха или воды.
Бородочки пера должны быть крепкими, но в то же время достаточно гибкими, чтобы они не ломались ветром. Их дизайн даёт возможность птицам парить в воздушных потоках изящнее, чем самый лучший планер, когда-либо разработанный инженерами. Если крючочки отсутствуют, как например, в контурных перьях страуса, птица не способна летать. Крючочки имеют такое строение, что они могут разделятьсяпри определённых обстоятельствах, предохраняя от повреждения крыла и перья ветром, и могут легко соединяться, когда птица чистит свои перья (взъерошенные перья обычно являются причиной чистки перьев). Люди могут разгладить взъерошенное перо простым проведением пера между пальцев. Чистка перьев клювом является частью непонижаемой сложности всего дизайна пера.
Поперечный разрез бородочки пера павлина, показывающий наслаивание кератина, который отвечает за радужные цвета (по Бургессу). 82
Перья должны быть спроектированы таким образом, чтобы обеспечивать птице “подьемную силу”, заставляя воздух на верхней поверхности крыла течь быстрее, чем воздух на нижней поверхности крыла, так что давление воздуха над крылом снижено (эффект Бернулли). Для достижения этого эффекта, маховые крылья расположены ассиметрично, с меньшим опахалом на переднем крае, которое находится в прямом контакте с воздухом во время полёта. “Сложные аэродинамические принципы в основе дизайна птичьего крыла” включают механизм, который снижает неблагоприятный эффект турбулентности - главную причину крушения самолётов. Специально разработанные щели в профиле крыла птицы служат причиной того, что часть воздушного течения сглаживает воздушный поток; инженеры и авиаконструкторы воспроизвели этот механизм в современных самолётах, создав маленькие дополнительные аэродинамические поверхности в основном крыле. Птица также может менять форму крыла и особенности потока воздуха, что помогает ей взлетать, контролировать полёт и приземляться. Один из способов достижения этого - с помощью запутанной системы сухожилий, которая позволяет птице изгибать перья, чтобы изменять их сопротивление воздуху.14
Обыкновенный гракл (Quiscalus quiscula)
Части их перьев отражают свет, который выглядит зеленым или фиолетовым. Чтобы летать, птицам необходимы особенные типы перьев. Они должны быть достаточно сильными, чтобы удерживать вес птицы в полете. Внизу показаны фотографии контурного пера гракла. Фотография посередине наилучшим образом демонстрирует структуру пера. Центральная ветвь, идущая вниз, называетсястержнем. Стержень соединен с меньшими ответвлениями, называемымибородками. Далее бородки соеденены друг с другом структурами, называемымибородочками. Взаимосвязанная структура каждого пера придает ему силу. Когда птица летит, сотни контурных перьев позволяют ей отталкиваться от воздуха и продвигать себя вперед. Как вы думаете, смогла бы птица летать без перьев?
Птицам нужны перья, чтобы летать, но перья также дают птице необходимую защиту против неблагоприятной погоды, особенно холодного воздуха и воды. Расположенные в виде кровельных плиток и покрытые масляным слоем, перья защищают птицу от потери воды и тепла, также как и плитки на крыше дома помогают защищать дом. Как отмечает Петерсон:
«Перо - это чудо природной инженерии. Оно и чрезвычайно лёгкое, и в тоже время структурно прочное, намного гибче растянутой кожи летучей мыши, с помощью которой она удерживает себя во время полёта, или жёсткой конструкции крыльев самолёта, оно намного быстрее восстанавливается или заменяется при повреждении. Несмотря на то, что оно почти невесомое, оно достаточно крепкое. Прочный стержень очина пера обеспечивает жесткость, когда необходима опора, однако ближе к верхушке он становиться мягче, когда требуется гибкость при маневрировании в воздухе за считанные доли секунд. Потрогайте опахало - на ощупь оно гладкое и мягкое, но всё же прочное. Разделите бородки; соедините их снова вместе, проведя их через кончики пальцев, как это делает птица, когда чистит их своим клювом. Сложность такого дизайна можно оценить при рассмотрении пера под микроскопом.»15
Перья, соединённые воедино вместе с другими структурами, образуют оперенье. Оперенье, дермальные и субдермальные кожные мышцы, связки, мозг и органы чувств образуют “объединённую” структуру, которая должна работать как неснижаемо сложный комплекс, для того чтобы система перьев вообще могла работать. Очень важно чтобы даже такие детали, как угол, толщина, форма и конструкция всех частей перьев держались в пределах минимально допустимого отклонения.16Незначительное отклонение может привести к неработоспособности всей системы полёта. Теория эволюции перьев также должна объяснить “структуру и сложность фолликула”.17
По этой причине “нет смысла рассматривать эволюцию птичьего пера отдельно от эволюции птичьего покрова со всеми его взаимосвязанными особенностями”.18 Эволюция перьев (или любой из многих других структур необходимых для полёта) как отдельных структур маловероятно и, несомненно, привело бы к обратным результатам, потому что, возникнув как отдельные структуры, они препятствовали бы выживанию.
Специальные мышцы кожи дают возможность птицам выполнять хорошо разработанные и контролируемые движения их перьев. Эта система помогает при полёте, а иногда является и средством защиты. Некоторые птицы распушают свои перья по различным причинам, например, чтобы создать впечатление большей массы тела (для отпугивания врагов), чтобы согреваться или привлекать других птиц во время сезона спаривания. Известное раскрытие перьев самца павлина является прекрасным примером как высокого уровня контроля, который птицы имеют над своими перьями, так и их индивидуального дизайна.19 Следующей проблемой является то, что перья бесполезны для полёта (или большинства других функций), если (и пока) они не расположены соответствующим образом на теле птицы. Необходима чёткая структура крыла, хвоста и других частей тела птицы.
Основные виды перьев
Существует более дюжины различных видов перьев, которые выполняют многие функции, включая не только полёт, а также передачу сигналов, ухаживание, гидроизоляцию, обтекаемость тела, защитное окрашивание, изоляцию и даже химическую защиту. И ни один из этих многих видов перьевых разновидностей не указывает на происхождение их от чешуек, как утверждали дарвинисты. Не существует ни одного доказательства переходных форм между какими-либо видами перьев. Одна из таких разновидностей известна как пуховые перья, где присутствует небольшой стержень, или его нет вовсе, а бородки сцепляются намного реже, чем в непуховых перьях.
Пудретки это пуховые перья, которые выделяют порошок похожий на тальк, что помогает перьям оставаться водонепроницаемыми и придает им металлический блеск.Нитевидные перья содержат волосоподобные выступы на конце каждого стержня, которые используются для украшения, ухаживания, сенсорного получения информации и для других целей. В других видах перьев, таких какщетинковые перья, которые можно обнаружить у мухоловки, жилка может почти или полностью отсутствовать. Однако у других видов, жилка может быть затвердевшей (как например у пингвинов). Электронный снимок махового пера. Можно чётко рассмотреть крючочки. Чистка “возвращает” эти крючочки в соответствующее положение.
Существует ещё другой вид пера - это маховые или перья крыла (remiges), часто называемые контурными перьями, и рулевые перья (rectrices), которые помогают птице управлять полётом. Существуют два основных типа маховых перьев - быстрые и медленные. Быстрый тип - это крепкие, аккуратные перья, их используют птицы, летающие на большой скорости, такие как голуби и ястребы. Медленный тип состоит из мягкой структуры с размашистыми краями и используются птицами, такими как совы, чтобы летать и парить на относительно низкой скорости. Преимущество медленных перьев заключается в том, что они создают тихий полёт по сравнению с быстрыми перьями (для совы тишина гораздо важнее, чем скорость).
Вера в эволюцию перьев должна быть подкреплена доказательством эволюции каждого вида пера (или доказательством эволюции каждого пера от самого первого пера), что требует спекуляций о “реальных требованиях отбора, производящего эволюцию перьев,” - задача, которую никому ещё не удалось выполнить.Эволюция перьев считается настолько невероятной, даже эволюционистами, что дарвинисты в большинстве случаев делают вывод, что “перья эволюционировали только однажды в истории позвоночных”.20
Существует также много спекуляций относительно первого пера - был ли это образец контурного пера, пухового пера или махового пера?21Основная проблема эволюции перьев - это то, что “трудно объяснить начальную эволюции перьев, как элементов летательного аппарата, так как трудно понять, каким образом они могли функционировать пока не достигли большого размера, наблюдаемого у Археоптерикса”.22 Другими словами:
«Основной трудностью во мнении об эволюции первых перьев является противоречие в объяснении происхождения структуры посредством продолжительной последовательности сил отбора и с помощью последовательного ряда гипотетических морфологических ступеней, которые являются функционально правдоподобными»23
Общим объяснением является убеждение в том, что сначала перья возникли для того, чтобы обеспечивать изоляцию, постепенно увеличиваясь в размере и в характеристиках протопера из чешуек. Известная как теория изоляции, эта идея получила большое внимание за последние годы.
Изоляционная функция перьев
Так как птицы теплокровные животные, чтобы выживать в холодном климате, им необходимо эффективно останавливать потерю тепла - особенно потерю тепла из-под их грудных перьев. Воздушные пространства между перьями являются высоко эффективными изоляторами для тела птицы. Эта функция настолько важна, что многие дарвинисты создали теорию о том, что первоначально перья возникли фактически как изоляционный механизм, и только позже стали помогать полёту.Поэтому, первой ступенью эволюции птиц считается развитие их способности эксплуатировать не воздух, а свет и эффективный “термостатный механизм” для поддержания постоянной температуры - одна часть этой системы позже эволюционировала в перо.24
В противовес этой гипотезе Паркс утверждает, что если “изначальная “нужда” птичьего прародителя” заключалась в «эпидермальном разрастании … полезном как механизм терморегуляции … зачем “беспокоиться о создании” чего-то настолько сложного как перо? Было бы намного проще создать волос!»26 И в самом деле, волосоподобная структура лучше для изоляции, что объясняет, почему нелетающие птицы имеют перья внешне похожие на волос.27 В некоторых случаях это можно объяснить потерей информации, обеспечивающей сложность маховых перьев, из-за уменьшения давления отбора для сохранения аэродинамической структуры,25 что так это хорошо согласуется с моделью сотворения.
Другой проблемой является то, что “примитивные” пуховые перья - это слабые средства температурного контроля (маховые перья, которые используют захваченный воздух, достигают гораздо лучшей изоляции). Дьюар сделал вывод, что теория изоляции неверна, потому что предположение о том, что хладнокровные существа стали теплокровными является проблематичным по многим причинам, включая тот факт, что переход должен был произойти в тропиках, где обе температуры достаточно постоянны и близки к температуре крови теплокровных животных (37°C).28 По этой причине, некоторые утверждают, что перья появились для того, чтобы помочь птице охлаждаться, функционируя как “солнцезащитные очки”, которые не пропускают солнце для снижения уровня теплопоглощения.29 Бок утверждает, что тепловая теория эволюции перьев является в лучшем случае всего лишь “плохо проверенной гипотезой”.30
Голубокрылый чирок (Anas discors)
Две фотографии показывают, как цвет изменяется, когда свет отражается от разных мест. Замечаете ли вы, что свет придает перьям метталический отблеск? Так как утки проводят много времени в воде, име необходима защита от холода. Пуховые перья изолилуют утку для сохранения тепла. Они более пушистые на вид, чем обычные перья, и легче весом. Другие две фотографии снизу были сделаны электронным микроскопом. Вид пухового пера очень сильно отличается от обычного контурного пера.
Окончание здесь.