Ученые давно ломают голову над тем, почему в тропиках больше ярких птиц, чем в других местах. Также исследователи задавались вопросом, как пернатые с разноцветным окрасом изначально туда попали: эволюционировали ли они в этих широтах или у них были красочные предки, которые прибыли туда откуда-то еще.

В новом исследовании ученые создали базу данных из 9409 птиц, чтобы изучить распространение цвета по всему миру. Они обнаружили, что разноцветные перья на древе жизни птиц возникали 415 раз и в большинстве случаев за пределами тропиков, и что предок всех современных птиц, вероятно, тоже имел яркий окрас.

Существует два основных способа получения цвета у животных: пигменты и структуры. Клетки вырабатывают пигменты, такие как меланин, который отвечает за черную и коричневую окраску. Также цвет может возникать из-за того, как свет отражается от различных расположений клеточных структур. Иризация, радужное мерцание, которое меняется в зависимости от того, как солнечные лучи падают на объект, является примером структурного цвета. Тропические птицы обязаны своим видом сочетанию ярких пигментов и строения оперения.

По словам ведущего автора статьи, научного сотрудника Музея имени Филда в Чикаго Чада Элиасона, исследователи хотели найти механизм, который помог бы им понять, как в окрасе птиц появились яркие цвета и как они распространились по генеалогическому древу с течением времени. Его работа сосредоточена на структурном цвете, поэтому он хотел исследовать этот элемент окраски тропических птиц. Вместе с коллегами Элиасон прочесали фотографии, видео и даже научные иллюстрации 9409 видов птиц — подавляющего большинства из 10 000 ныне живущих и известных науке. Исследователи отслеживали, у каких видов есть радужные перья, и где эти птицы встречаются.

Затем ученые объединили собранные данные об окраске и распространении птиц с уже существующим генеалогическим древом на основе ДНК, показывающим, как все известные виды связаны друг с другом. Они ввели информацию в систему моделирования, чтобы экстраполировать происхождение и распространение радужности. "По сути, мы провели много математических расчетов", — говорит Элиасон.

Учитывая, как современные виды связаны друг с другом и где они встречаются, а также общие закономерности того, как формируются виды и как со временем меняются такие черты, как цвет, программное обеспечение для моделирования определило наиболее вероятное объяснение окраски птиц, которую мы видим сегодня: яркие птицы из-за пределов тропиков часто прилетали в этот регион миллионы лет назад, а затем разветвлялись на все больше и больше разных видов. Модель также раскрыла сюрприз о предке всех современных птиц.

Для справки: птицы — это специализированная группа динозавров — самая ранняя из них, археоптерикс, жила 140 миллионов лет назад. Подгруппа, называемая веерохвостыми или новыми птицами (лат. neornithes), эволюционировала 80 миллионов лет назад, и стала единственной в своем классе пережившей массовое вымирание 66 миллионов лет назад. Все современные птицы являются их потомками. Модель, созданная Элиасоном и его коллегами, предполагает, что общий предок всех неорнитов, живший 80 миллионов лет назад, имел переливающиеся перья.

"Я был очень взволнован, узнав, что изначальное состояние всех птиц — это радужность, — говорит Элиасон. — Мы уже находили свидетельства тому и других пернатых динозавров, исследуя ископаемые перья и сохранившиеся пигментообразующие структуры в них. Поэтому мы знаем, что иризация существовала еще в меловом периоде — эти окаменелости подтверждают идею нашей модели о том, что предок всех современных птиц тоже был переливающимися".

Открытие того, что первый Neornithes, вероятно, был радужным, может иметь важные последствия для палеонтологии. "Теперь, когда мы знаем, как искать, мы, вероятно, найдем гораздо больше иризации в летописи окаменелостей", — говорит Элиасон.

Хотя это новое исследование проливает свет на то, как иризация распространялась по генеалогическому древу птиц в течение миллионов лет, остаются некоторые большие вопросы. "Мы до сих пор не знаем, почему радужность возникла изначально, — говорит Элиасон. — Такие перья могут использоваться птицами для привлечения партнеров, но иризация связана и с другими аспектами жизни пернатых. Например, древесные ласточки меняют цвет при изменении влажности, поэтому она может быть связана с окружающей средой или с другим физическим свойством перьев, например, водостойкостью. Но знание того, как в тропиках появилось так много радужных птиц, может помочь нам понять, почему возникла иризация".

Исследование опубликовано в журнале Nature Ecology and Evolution.