Введение
Палеогнаты (Palaeognathae) — инфракласс птиц, называемый палеогнатами, в классе Aves клады Archosauria. Это один из двух существующих инфраклассов птиц, другой — Neognathae, оба из которых образуют Neornithes. Палеогнаты включают пять существующих ветвей нелетающих линий (плюс два вымерших клада), известных как бескрылые птицы (ратиты), и одну летающую линию — неотропических тинаму. Недавние исследования показали, что палеогнаты монофилетичны, однако традиционное таксономическое разделение на летающих и нелетающих форм ошибочно; тинаму находятся внутри радиации ратитов, что означает, что нелетающая способность возникла независимо несколько раз в результате параллельной эволюции. Палеогнаты сохраняют некоторые примитивные морфологические признаки, но ни в коем случае не являются живыми ископаемыми, поскольку их геномы продолжали эволюционировать на уровне ДНК под действием естественного отбора со скоростью, сопоставимой с ветвью Neognathae современных птиц, хотя точные взаимоотношения между ними и другими птицами остаются предметом дискуссий. Существует также ряд других научных споров об их эволюции (см. ниже).
Palaeognathae (,/p//æ//l//i/'/ɒ//g//n//ə//θ//i/; from Ancient Greek παλαιός (palaiós) 'old') is an infraclass of birds, called paleognaths or palaeognaths, within the class Aves of the clade Archosauria. It is one of the two extant infraclasses of birds, the other being Neognathae, both of which form Neornithes. Palaeognathae contains five extant branches of flightless lineages (plus two extinct clades), termed ratites, and one flying lineage, the Neotropic tinamous. Recent research has indicated that paleognaths are monophyletic but the traditional taxonomic split between flightless and flighted forms is incorrect; tinamous are within the ratite radiation, meaning flightlessness arose independently multiple times via parallel evolution. Paleognathous birds retain some basal morphological characters but are by no means living fossils as their genomes continued to evolve at the DNA level under selective pressure at rates comparable to the Neognathae branch of living birds, though there is some controversy about the precise relationship between them and the other birds. There are also several other scientific controversies about their evolution (see below).
Происхождение и эволюция
До кайнозоя не было известно однозначно палеогнатовых ископаемых птиц (хотя птицы, иногда интерпретируемые как литорниты, встречаются в албийских аппалачских районах), но было много сообщений о предполагаемых палеогнатах, и долгое время предполагалось, что они могли развиться в меловом периоде. Учитывая расположение в северном полушарии морфологически наиболее базальных ископаемых форм (таких как *Lithornis*, *Pseudocrypturus*, *Paracathartes* и *Palaeotis*), можно сделать вывод о лавразийском происхождении группы. Нынешнее почти полностью гондванское распространение тогда было бы результатом многократной колонизации южных сухопутных масс летающими формами, которые впоследствии приобрели нелетательность, а во многих случаях – гигантизм. Одно исследование молекулярных и палеонтологических данных показало, что современные отряды птиц, включая палеогнатов, начали расходиться друг с другом в раннем меловом периоде. Бэнтон (2005) обобщил это и другие молекулярные исследования, предполагая, что палеогнаты должны были возникнуть 110–120 миллионов лет назад в раннем меловом периоде. Однако он указывает, что нет ископаемых находок до 70 миллионов лет назад, оставляя 45-миллионный пробел. Он задается вопросом, будут ли когда-нибудь найдены окаменелости палеогнатов, или же предполагаемые темпы молекулярной эволюции слишком медленны, и эволюция птиц на самом деле ускорилась во время адаптивного излучения после границы мелового и палеогенового периодов (границы K–Pg). Другие авторы подвергли сомнению монофилию Palaeognathae по различным причинам, предполагая, что они могут представлять собой смесь несвязанных птиц, сгруппированных вместе из-за случайного совпадения нелетательности. Неродственные птицы могли независимо развить анатомию, характерную для нелетающих птиц, несколько раз по всему миру в результате конвергентной эволюции. Макдауэлл (1948) утверждал, что сходство в анатомии нёба палеогнатов может быть проявлением неотении, то есть сохранения эмбриональных признаков. Он отметил, что есть и другие особенности черепа, такие как сохранение швов в зрелом возрасте, которые напоминают таковые у молодых птиц. Таким образом, возможно, характерное нёбо является застывшей стадией, через которую проходят эмбрионы большинства птиц-каринат в процессе развития. Сохранение ранних стадий развития, таким образом, могло быть механизмом, благодаря которому различные птицы стали нелетающими и приобрели сходный внешний вид. Хоуп (2002) проанализировала все известные ископаемые птицы мезозоя в поисках свидетельств происхождения эволюционного излучения Neornithes. Это излучение также сигнализировало бы о том, что палеогнаты уже разошлись. Она отмечает пять раннемеловых таксонов, отнесенных к Palaeognathae. Она обнаруживает, что ни один из них нельзя однозначно отнести к этой группе. Однако она находит доказательства того, что Neognathae и, следовательно, Palaeognathae разошлись не позднее раннего кампанского века мелового периода. *Vegavis* – ископаемая птица из маастрихтского яруса позднего мелового периода Антарктиды. *Vegavis* наиболее близка к настоящим уткам. Поскольку практически все филогенетические анализы предсказывают, что утки разошлись после палеогнатов, это свидетельствует о том, что палеогнаты уже существовали к тому времени. Исключительно хорошо сохранившийся образец вымершего летающего палеогната *Lithornis* был опубликован Леонардом и др. в 2005 году. Это сочлененный и почти полный ископаемый из раннего эоцена Дании, который считается обладающим наиболее хорошо сохранившимся черепом литорнитоморфных птиц, когда-либо найденным. Авторы пришли к выводу, что *Lithornis* является близким таксоном к тинаму, а не к страусам, и что литорнитоморфные птицы + тинаму являются наиболее базальными палеогнатами. Они заключили, что все нелетающие птицы (ratites), следовательно, монофилетичны, произошли от одного общего предка, который утратил способность к полету. Они также интерпретируют палеогната *Limenavis* из раннего мелового периода Патагонии как возможное свидетельство мелового и монофилетического происхождения палеогнатов. В 2007 году был проведен масштабный геномный анализ живых птиц, который противоречил результатам Леонарда и др. (2005). Было обнаружено, что тинаму не являются примитивными в пределах палеогнатов, а являются одними из самых продвинутых. Это требует множественных событий утраты способности к полету у палеогнатов и частично опровергает гипотезу викарианции Гондваны (см. ниже). В исследовании были изучены последовательности ДНК из 19 локусов у 169 видов. Были получены данные о том, что палеогнаты являются единой естественной группой (монофилетичны), и что их расхождение от других птиц является самым древним расхождением среди всех ныне существующих групп птиц. Также тинаму были помещены в группу нелетающих птиц, более производные, чем страусы или нанду, и как сестринская группа к казуарам и киви, что делает нелетающих птиц парафилетичными. Связанное исследование было посвящено исключительно филогении палеогнатов. В нем использовался молекулярный анализ и изучалось двадцать несвязанных ядерных генов. Это исследование пришло к выводу, что произошло по крайней мере три события утраты способности к полету, которые привели к появлению различных отрядов нелетающих птиц, что сходство между отрядами нелетающих птиц частично обусловлено конвергентной эволюцией, и что Palaeognathae монофилетичны, но нелетающие птицы – нет. Начиная с 2010 года, исследования ДНК показали, что тинаму являются сестринской группой к вымершим моа Новой Зеландии. Молекулярное исследование 2020 года всех отрядов птиц показало, что палеогнаты и неогнаты разошлись в позднем меловом периоде или ранее, до 70 миллионов лет назад. Однако все современные отряды палеогнатов возникли только в позднем палеоцене и позже: страусы разошлись в позднем палеоцене, нанду – в раннем эоцене, киви (и, предположительно, эпиорнисы) вскоре после этого в раннем эоцене, и, наконец, казуарообразные и тинаму (и, предположительно, моа) разошлись друг от друга в среднем эоцене.
История классификации
В истории биологии существовало множество конкурирующих таксономий птиц, теперь включаемых в Палеогнаты. Эта тема изучалась Дюбуа (1891), Шарпом (1891), Шуфельдом (1904), Сибли и Альквистом (1972, 1981) и Кракрафтом (1981). Меррему (1813) часто приписывают объединение палеогнатов в одну группу, и он ввел таксон "Ratitae" (см. выше). Однако, Линней (1758) отнес казуаров, эму, страусов и реи к роду *Struthio*. Лессон (1831) добавил киви к Ratitae. Паркер (1864) отметил сходство нёб птиц тинаму и ратитов, но Хаксли (1867) считается автором этого открытия в большей степени. Хаксли по-прежнему относил тинаму к Carinatae Меррема из-за наличия у них киля грудины и считал, что они наиболее тесно связаны с галлообразными. Пикрафт (1900) сделал значительный шаг вперед, введя термин Palaeognathae. Он отверг классификацию Ratitae Carinatae, разделявшую тинаму и ратитов. Он предположил, что безкильная, или "ратит", грудина могла легко развиться у неродственных птиц, независимо утративших способность к полету. Он также признал, что ратиты вторично утратили способность к полету. Его подразделения основывались на характеристиках нёбного скелета и других систем органов. Он выделил семь современных отрядов живых и ископаемых палеогнатов (Casuarii, Struthiones, Rheae, Dinornithes, Aepyornithes, Apteryges и Crypturi – последний его термин для тинаму, названный по роду *Crypturellus*). Палеогнаты обычно рассматриваются как надотряд, но некоторые авторы относят их к таксонам более высокого ранга, например, подклассу (Stresemann 1927–1934), или более низкого, например, отряду (Cracraft 1981 и IUCN, включающая всех палеогнатов в расширенный отряд Struthioniformes).
Описание
Палеогнаты названы по характерной, сложной архитектуре костей в костном нёбе. Кракрафт (1974) определил её по пяти признакам. Сошник (vomer) большой и сочленяется с предчелюстными костями (premaxillae) и верхнечелюстными костями-нёбными костями (maxillopalatines) спереди. Сзади сошник срастается с брюшной поверхностью крыловидной кости (pterygoid), а нёбные кости (palatines) срастаются с брюшной поверхностью этого сочленения сошника и крыловидной кости (pterygovomer articulation). Крыловидная кость (pterygoid) препятствует сочленению нёбной кости (palatine) со средней частью клиновидной кости (basisphenoid). Нёбная кость (palatine) и крыловидная кость (pterygoid) срастаются в жёсткий сустав. Место сочленения на крыловидной кости (pterygoid) для базиптеригоидного отростка (basipterygoid process) черепной основы (basicranium) расположено рядом с сочленением между крыловидной костью (pterygoid) и квадратной костью (quadrate). Сочленение между крыловидной костью (pterygoid) и квадратной костью (quadrate) сложное и включает в себя орбитальный отросток (orbital process) квадратной кости (quadrate). Палеогнаты имеют сходное строение таза. В тазу имеется большое открытое илиоишиатическое отверстие (ilio–ischiatic fenestra). Лобковая кость (pubis) и седалищная кость (ischium), вероятно, длиннее подвздошной кости (ilium), выступая из-под хвоста. Постацетабулярная часть таза длиннее преацетабулярной части. У палеогнатов наблюдается характерный рисунок борозд в роговом покрове клюва. Этот покров называется рамфотекой (rhamphotheca). У палеогнатов есть одна центральная полоса рога с длинными треугольными полосами по обе стороны. У палеогнатов самец высиживает яйца. Самец может помещать в гнездо яйца одной или нескольких самок. Он также может иметь яйца, отложенные в его гнездо самками, которые не спаривались с ним, в случаях гнездового паразитизма. Только у страусов и большого пятнистого киви самка также помогает в инкубации яиц. Между лопаткой (scapula) и ключицей (coracoid) имеется острый угол, как у всех летающих птиц. Таз имеет открытое илиоишиатическое отверстие (ilio–ischiatic fenestra), которое прорезает задний край между подвздошной костью (ilium) и седалищной костью (ischium), как у всех палеогнатов. У тинаму нет настоящего пигостиля, их хвостовые позвонки остаются несросшимися, как у нелетающих птиц (ratites). Перья тинаму похожи на перья летающих птиц тем, что имеют стержень (rachis) и опахало (vanes). Однако структура перьев тинаму уникальна тем, что их бородки (barbs) остаются соединёнными на концах. Таким образом, параллельные бородки разделены только щелями между ними. У тинаму есть копчиковая железа (uropygial glands). Нелетающие птицы (ratite birds) полностью лишены способности к полёту, и их анатомия отражает специализацию к наземному образу жизни. Термин "ratite" происходит от латинского слова ratis, означающего "плот", потому что у них плоская грудная кость (sternum) в форме плота. Эта характерная грудная кость отличается от грудной кости летающих птиц, у которых грудные мышцы непропорционально велики, чтобы обеспечить силу для взмахов крыльев, и грудная кость развивает выступающий киль (carina sterni) для закрепления этих мышц. Ключицы не срастаются в вилочку (furcula). Вместо этого, если они вообще присутствуют, каждая из них имеет форму шины и лежит вдоль медиального края ключицы (coracoid), прикреплённой к ней корокоключичной связкой (coraco–clavicular ligament). Между лопаткой (scapula) и ключицей (coracoid) имеется тупой угол, и две кости срастаются вместе, образуя лопаточно-ключичный комплекс (scapulocoracoid).
Размеры
Живые представители Palaeognathae достигают до 9 футов (3 м) в длину, а их вес может составлять от… Страусы являются крупнейшими представителями отряда Struthioniformes (струтиониформами), с длинными ногами и шеей. Их рост варьируется от… и вес от… Они эволюционировали после вымирания на границе мелового и палеогенового периодов из нескольких летающих предков на разных континентах по всему миру. Эта гипотеза подтверждается исследованиями молекулярной филогенетики и согласуется с палеонтологическими данными, но ослабляется морфологическими филогенетическими исследованиями. Обе гипотезы неоднократно поддерживались и опровергались многочисленными исследованиями разных авторов. Геологические анализы показали, что Новая Зеландия могла быть полностью покрыта водой еще 28 миллионов лет назад, что делало невозможным выживание нелетающих птиц. Однако обнаружение окаменелости Sphenodon, датируемой ранним миоценом (19–16 млн лет назад), ставит под вопрос, была ли островная масса полностью затоплена. Эта находка предоставляет дополнительные доказательства того, что древние виды Sphenodon обитали на части суши с момента отделения от Гондваны примерно 82 миллиона лет назад. Свидетельства повышения уровня моря, затопившего значительную часть Новой Зеландии, общеприняты, но ведутся споры о масштабах затопления. Выживание вида Sphenodon на остаточной части острова позволяет предположить, что могли выжить и более крупные виды. В конечном счете, самые ранние известные палеогнаты – летающие, предположительно плезиоморфные литорнитиды, обнаруженные, возможно, еще в позднем меловом периоде в Северной Америке. Гипотеза викариантности основывается на предположении, что южные суши имели большее значение для эволюции крысообразных птиц (ратитов), чем северные.
Гипотеза о третичном излучении
Федуччиа (1995) подчеркнул событие вымирания на границе мелового и палеогенового периодов как вероятный двигатель диверсификации в неорнитах, предполагая, что выжила лишь одна или очень немногие линии птиц после окончания мелового периода. Он также отметил, что птицы по всему миру приобрели анатомию, схожую с анатомией ратитов, когда стали нелетающими, и считал родство современных ратитов, особенно киви, неоднозначным. В своем акценте на кайнозойский, а не на меловый период, как время базальных расхождений между неорнитами, он следует за Олсоном. Хоуд показал, что литорнитиформы – группа летающих птиц, распространенных в кайнозое северного полушария – также являются палеогнатами. Он утверждает, что птица *Paleotis* из отряда литорнитиформ, известная по ископаемым из Дании (северное полушарие), обладает уникальными анатомическими особенностями черепа, которые позволяют отнести ее к тому же отряду, что и страусы. Он также утверждал, что киви не могли достичь Новой Зеландии, отделившейся от материка в раннем меловом периоде, если их предки были нелетающими; это утверждение, по крайней мере, было подтверждено открытием, возможно, летающего *Proapteryx*. Таким образом, он предположил, что предки литорнитиформ могли достичь южных континентов около 30–40 миллионов лет назад и дали начало бескрылым формам, которые сегодня являются ратитами. Эта гипотеза противоречит некоторым более поздним молекулярно-генетическим исследованиям, но поддерживается другими. В настоящее время ратитов, таких как страус, разводят на фермах и иногда даже содержат в качестве домашних животных. Ратиты играют значительную роль в человеческой культуре: их разводят, употребляют в пищу, используют в скачках, охраняют и содержат в зоопарках.