Отложения, из которых образовался этот известняк, скапливались на дне мелкой тропической лагуны, окруженной со всех сторон рифом из губок и известковых водорослей. Вода в ней стояла теплая и бедная кислородом. Связи с открытым морем не было, течений практически тоже. Известь, образуемая частично при разрушении рифа и частично в результате деятельности бактерий, оседала на дно в виде топкого ила. Мало для кого из животных такие условия были благоприятны. Те же, кто попадал сюда и погибал, оставались лежать в стоячей воде на илистом дне и постепенно оказывались погребенными медленно накапливающимися слоями отложений.
Зольнхофенский известняк добывался исстари; гладкий, мелкозернистый, он представляет собой отличный строительный материал и может служить превосходным литографским камнем. И он же оказался чистым листом, на котором природа оставляла подробнейшие отпечатки - свидетельства своей эволюции. Хорошо выветренный известняк при ударах расслаивается, растрескивается на тонкие горизонтальные слои, так что какую-нибудь отдельную плиту можно перелистать, как книгу. Когда попадаешь в Зольнхофенские каменоломни, так и хочется разбивать каждый камень - ведь то, что при этом может открыться, еще не видел глаз человека, и солнечный свет вот уже 140 млн. лет как не падал на каменные листы этой древней книги. Большинство из них, конечно, пусты, но время от времени рабочие каменоломен натыкаются на отпечатки, и притом удивительно полные и отчетливые: рыбы, у которых видны все косточки до последней и все гладкие чешуйки на боках; мечехвосты, оставшиеся лежать на том самом месте, где они когда-то копались в иле; раки, у которых отпечатались даже самые тонкие кончики усов; мелкие динозавры, ихтиозавры и птеродактили со смятым, но сохранившимся костным каркасом крыльев и отчетливо просматривающимися следами кожистых летательных перепонок. Но тогда, в 1860 году, прекрасное и загадочное перышко было первым свидетельством того, что среди всех этих существ водились еще и птицы.
Что же это была за птица, которой оно принадлежало? На основании одного-единственного пера наука дала ей название: археоптерикс, что значит "древняя птица". А год спустя в соседней каменоломне искатели обнаружили почти целый скелет пернатого существа размером с голубя. Оно плашмя лежало на камне, крылья распластаны, одна длинная нога вывихнута, другая на месте, четырехпалая, с когтями, а во все стороны расходятся бесспорные и потрясающие в своей отчетливости отпечатки перьев. Название "древняя птица" вполне подходило этому созданию, однако она безусловно во многом существенно отличалась от всех ныне живущих птиц. У нее был длинный оперенный хвост, расходящийся веером на конце, а внутри его - позвонки, продолжение спинного хребта. И еще у нее были когти - не только на задних конечностях, но и на трех пальцах передних оперенных конечностей. Собственно, это была столько же птица, сколько и рептилия, и это открытие, случившееся через два года после выхода в свет "Происхождения видов", послужило своевременным подтверждением положения Дарвина о том, что одни виды животных произошли от других через ряды промежуточных форм. Более того, Гексли, убежденный сторонник дарвиновского учения, не только заранее предсказал, что именно такое животное должно было существовать некогда на свете, но даже описал, как оно должно выглядеть. И до нашего времени не было обнаружено более убедительного примера "связующего звена".
После первого скелета в районе Зольнхофена нашли еще два археоптерикса, причем один отпечаток был даже полнее первого - с черепом. По нему удалось выяснить новую очень важную подробность: оказывается, у этого существа были костяные челюсти, унизанные рядами зубов. Четвертый экземпляр определили всего несколько лет назад среди экспонатов одного голландского музея. Этот отпечаток также поступил из Зольнхофена, притом на шесть лет раньше, чем первый признанный археоптерикс, однако перья на нем едва заметны, поэтому его ошибочно занесли в каталог как мелкого птеродактиля, - что только показывает, насколько археоптерикс близок к рептилиям, если даже специалисты могли сделать такую ошибку!
Ископаемые остатки дают нам достаточно подробные сведения об анатомии археоптерикса. Все его тело, кроме ног, головы и верхней части шеи, покрывали перья. Нет сомнения, что они его отлично согревали и тем самым разрешали проблему поддержания высокой температуры тела, причинявшую немало затруднений его родичам - летающим ящерам. В такой теплой шубе археоптерикс, вероятно, мог быстро двигаться даже в прохладное время дня.
Однако появление перьев на крыльях археоптерикса нельзя так прямолинейно объяснять нуждами теплоизоляции. Машущий полет требует сильных мышц, которые у всех летающих птиц крепятся на киль - далеко выдающийся выступ грудины. У археоптерикса эта деталь скелета отсутствует. Вероятно, взмахи его крыльев были совсем слабыми и не способны были поднять его в воздух. Высказывалось предположение, что перья служили археоптериксу своего рода силками: растопырив крылья, он мог ловить в них насекомых. Правдоподобнее и естественнее кажется другое объяснение. Предки археоптерикса жили на деревьях; у них из чешуи развились перья отвечающие нуждам теплоизоляции, но, становясь все больше, они в конце концов позволили ему планировать с ветки на ветку, как это и сегодня проделывает ящерица летучий дракон с помощью кожных складок, натягиваемых между лапками вдоль боков. Что археоптерикс превосходно умел лазить по деревьям, совершенно очевидно. Один из четырех пальцев у него торчал назад и явно мог противопоставляться остальным, крепко захватывая ветку. Да и когти на наружном крае крыла тоже помогали ему лазить по деревьям.
Есть одна ныне живущая птица, которая дает нам наглядное представление о том, что это за способ лазанья. Называется она гоацин и обитает в болотах Гайаны и Венесуэлы. Она довольно мясистая, величиной с курицу, гнезда строит над водой, часто в мангровых рощах, просто выкладывает из прутиков небольшую площадку. Птенцы выводятся из яиц голыми и очень подвижными. Наблюдать за ними непросто. Стоит слегка задеть бортом лодки за мангровый ствол и таким образом чуть-чуть тряхнуть гнездо, как они разу же начинают карабкаться по веткам вверх. Ну, а если их потревожить вторично, тут уж приходится оставить всякую надежду их увидеть: они вдруг срываются с веток, падают в воду и торопятся уплыть под мангровые корни, куда за ними при всем желании не последуешь. Но если больше их не спугивать, то можно наблюдать, как они повисают на ветках и перебираются с одной на другую. На передней кромке крыла у них по два коготка-пережитки того времени, когда их предки-рептилии имели еще не крылья, а передние ноги с раздельными пальцами. На примере голых птенцов гоацина нетрудно надставить себе, каким образом передвигался археоптерикс в древних тропических лесах, где царили динозавры.
Подрастая, птенцы гоацина утрачивают эти рудиментарные коготки. Взрослые птицы летают плохо, с трудом, тяжело хлопая крыльями. Метров сто пролетят вдоль русла реки и падают в береговые заросли перевести дух. И однако же они, безусловно, гораздо более искусные летуны, чем археоптерикс, - ведь у них, как и у всех современных птиц, есть скелет, приспособленный за 140 млн. лет к нуждам полета.
Первая и главнейшая нужда всякого летающего существа - предельно облегчить вес. У археоптерикса, как у пресмыкающихся, кости были сплошные, массивные; у настоящих птиц они тонкие, как бумага, или же полые, пустые внутри, лишь кое-где укрепленные косыми перемычками наподобие подкосов, придающих прочность крылу самолета. Легкие птиц переходят в воздушные мешки, заполняющие всю полость тела и дающие самый низкий при данном объеме удельный вес. Тяжелый хвостовой отдел позвоночника, имевшийся у археоптерикса, уступил место перьям с особо прочным стержнем, которые не нуждаются в костной опоре. А вместо увесистых челюстей с рядами зубов, должно быть особенно затруднявших полет, так как от них голова перевешивала хвост и нарушалось необходимое равновесие, у современных птиц развилось еще одно легчайшее приспособление, состоящее, как и перья, из роговой ткани, - клюв.
Но клювом, даже самым совершенным, невозможно жевать, а птицам, как правило, необходимо размельчать пищу. Этот процесс у них совершается в специальном отделе желудка, так называемом мускульном желудке, который расположен на одной линии с крыльями, примерно в центре тяжести туловища, где он почти не влияет на равновесие при полете. Клювом же остается только собирать пищу.
Кератиновые клювы, как и кератиновая чешуя рептилий, особенно легко поддавались требованиям эволюции. Насколько они пластичны, как быстро могут изменяться, приспосабливаясь к той пище, которой питается птица, можно видеть на примере гавайских цветочниц. Предком этих птиц была, по-видимому, небольшая, с воробья, птаха с прямым коротким клювом, которая обитала на Американском континенте. Но несколько тысяч лет назад стайку этих птиц случайным ураганом унесло в открытый океан и забросило на Гавайи. Там оказалась богатая растительность и совершенно не было птиц, так как Гавайские острова вулканического происхождения и образовались сравнительно недавно. Возможность пользоваться разными видами пищи, оказавшимися к их услугам в новой среде, очень быстро привела к образованию нескольких разных видов этих птиц, причем каждый специализировался на своем особом корме и обзавелся соответственной формой клюва, наиболее приспособленной для сбора данной пищи. У одних клюв тупой и короткий, удобный для склевывания зерен, у других - крепкий, крючковатый, чтобы раздирать падаль. У одного вида клюв тоненький, вытянутый и изогнутый, им они высасывают нектар из цветков лобелии; у другого надклювье в два раза длиннее подклювья и служит для выстукивания и отдирания коры, из-под которой добываются долгоносики; еще у одного вида створки клюва скрещиваются, что позволяет доставать гусениц из цветочных бутонов. Такое же разнообразие форм клюва было отмечено у галапагосских вьюрков самим Дарвином, он считал его веским доказательством своей теории естественного отбора. А на Гавайях Дарвину побывать не довелось. Не то бы он, наверное, нашел, что здешние цветочницы еще убедительнее доказывают его правоту.
В других областях царства пернатых эволюция клюва как приспособления к некоторым особым условиям обитания достигла еще больших крайностей. Мечеклювый колибри, например, является обладателем клюва-хоботка, который в четыре раза длиннее самой птички и служит для высасывания нектара из узкогорлых цветков, произрастающих на склонах Анд. У попугая ара мощный клюв устроен наподобие щипцов для колки орехов, ими он раскалывает даже такой прочный орех, как бразильский. Дятел пользуется своим клювом, словно долотом, чтобы доставать из древесины древоточцев. Изогнутый клюв фламинго снабжен внутри частым ситом; работая глоткой, птица прогоняет сквозь это сито воду и отцеживает для еды маленьких рачков. Птица-водорез летает над самой водой, задевая поверхность опущенным подклювьем, которое у нее почти вдвое больше надклювья. Стоит ей почувствовать прикосновение рыбки, и клюв мгновенно захлопывается, захватывая добычу. Список диковинных птичьих носов воистину бесконечен, он служит наглядным примером изменчивости роговых образований.
Кстати сказать, какую бы пищу ни избирали себе те или иные виды птиц, это всегда высококалорийная пища: рыба, орехи, нектар, личинки насекомых, плоды с высоким содержанием сахара. Объясняется это тем, что полет - очень энергоемкий процесс. А для того чтобы энергия в форме тепла не расходовалась даром, крайне важна теплоизоляция. Так что перья необходимы птицам не только для придания аэродинамических свойств крыльям, но и для того, чтобы у них достало энергии ими махать.
Как теплоизоляторы перья даже действеннее шерсти. Только пернатое, пингвин, способно выжить зимой на ледяном куполе Антарктики, в этой самой холодной области земного шара. У пингвина перья служат исключительно для сохранения тепла. Они нитевидные, и воздух под ними держится неразрывным слоем вокруг всего туловища. Такое устройство да еще толстая прокладка подкожного жира позволяют теплокровному пингвину неделями стоять под ледяным ветром при температуре на 40° ниже точки замерзания и даже не поддерживать своего внутреннего жара пищей. А человек, если ему приходится посещать эти места, тоже не нашел еще лучшего средства для сохранения температуры своего тела, чем перья обитающей в Арктике утки - гагачий пух.
Перья, от которых зависит столь многое в жизни птицы, регулярно выпадают, линяют, взамен вырастают новые. Происходит это обычно раз в год. Но и все остальное время перья нуждаются в неотступном заботливом уходе. Птицы промывают их в воде, протирают пылью. Каждое оттопырившееся перышко аккуратно укладывают на место. Если перо растрепалось, если бородки на нем погнулись, птица тщательно разглаживает их клювом, прочесывает - пропускаемые сквозь тиски клюва волоконца сдавливаются вместе, бородочки снова сцепляются подобно застежке-молнии, и опять образуется ровная, прочная поверхность.
У многих птиц в коже у основания хвоста есть большая сальная железа. Из нее птица берет на клюв каплю жира и смазывает перо за пером, придавая им гибкость и водоотталкивающие свойства. Но некоторые птицы, среди прочих цапли, попугаи и туканы, таких желез не имеют. Они смазывают себе перья не салом, а особым мельчайшим, похожим на тальк порошком - пуховой пудрой; она образуется от постоянного размельчения кончиков специализированных перьев, которые растут у них иногда пучками, а иногда распределены по всему перовому покрову. А вот у бакланов и их сородичей, змеешеек, много времени проводящих под водой, перья устроены так, что насквозь промокают, но этим птицам только того и надо: теряя воздух из-под перьев, они уменьшают собственную плавучесть, и им легче нырять в погоне за рыбой. По окончании охоты они должны немного постоять на прибрежной скале и, расправив крылья, тщательно просушиться.
Кожа под перьями, естественно, привлекает блох, пухоедов, вшей и разных других паразитов. Она горячая и укрыта от глаз - настоящий рай для кровососов. Поэтому птицы время от времени растопыривают перья и выклевывают из-под них непрошеных жильцов. А сойки, скворцы, галки и некоторые другие виды приманивают к себе на кожу разных хищных насекомых, по-ви-димому используя их в борьбе с паразитами. Птица садится на муравейник, ерошит и топорщит перья, и растревоженные, сердитые муравьи обсыпают ее с головы до ног. Иногда она даже берет - осторожно, чтобы не задавить, - в клюв одного муравья и водит им по коже и по перьям. При этом обычно выбирает таких особей, которые в раздражении выбрызгивают муравьиную кислоту, безусловно смертельную для паразитов. Такое поведение птиц выработалось, вероятно, как средство гигиены, но теперь отдельные птицы делают это, насколько можно понять, чистого удовольствия ради - раздражают себе кожу с помощью ос, жуков, дыма от костра и даже тлеющих сигаретных окурков. Птица может полчаса кряду топтаться на месте, обмирая от блаженства, иной раз валясь с ног в попытках подставить под приятно раздражающее действие самые дальние и, казалось бы, неудободосягаемые участки своего тела.
На занятия туалетом у птиц уходит немалая толика времени - из того, что они проводят на земле, а не в полете. Зато в воздухе эти заботы окупаются. Старательно уложенные перья не только образуют превосходные аэродинамические профили крыльев и хвоста, но и те, что покрывают голову и туловище, выполняют не менее важную функцию - придают птице хорошо обтекаемый контур, так что рассекаемый воздух почти не создает завихрений и не препятствует полету.
Крылья птицы выполняют гораздо более сложную работу, чем крылья самолета, они не только не дают птице упасть, но и влекут ее вперед, уподобляясь своего рода воздушным веслам. И все-таки рисунок птичьего крыла подчиняется тем же самым аэродинамическим принципам, которые в конце концов открыл для себя и человек, занимаясь самолетостроением. Если знать, как действуют разной конструкции крылья самолетов, то можно угадать и особенности полета птиц со сходным устройством крыла.
Короткие тупые крылышки позволяют танагре и другим пернатым обитателям лесной чащи на полной скорости сворачивать, петлять и нырять в подлесок, как позволяли истребителям времен второй мировой войны делать резкие повороты и фигуры высшего пилотажа в воздушном бою. Современные истребители достигают более высоких скоростей, складывая в полете крылья точно так же, как их прижимает к телу сокол-сапсан, когда устремляется со скоростью 130 км/ч из поднебесья на добычу. У планеров крылья длинные и узкие; набрав высоту в восходящем потоке теплого воздуха, они потом часами парят, медленно и плавно опускаясь вниз. Точно так же альбатрос, самая крупная из летающих птиц, у которой крылья имеют такую же вытянутую форму и размах до 3 м, часами плавает в воздушных массах над океаном, не сделав крыльями ни единого взмаха. Хищные птицы и падальники-грифы медленно кружат в вышине, поддерживаемые восходящими воздушными токами, и крылья у них широкие, прямоугольные, как у самых тихоходных самолетов. Человек не научился конструировать такие крылья, которые дали бы ему возможность зависать в воздухе. Этого он достигает только с помощью горизонтального винта вертолетов или направленных вниз сопел машины вертикального взлета. Но колибри и здесь пользуются сходным приемом. Они принимают почти вертикальное положение и бьют крылышками с частотой до 80 взмахов в секунду, создавая необходимую подъемную силу. Таким образом колибри может стоять в воздухе на месте и даже двигаться назад.