PNAS: большой мозг и гибкие черепа привели к эволюции современных птиц

Фото из открытых источников

Современные птицы — живые родственники динозавров. Взгляните на особенности нелетающих птиц, таких как куры и страусы, которые ходят прямо на двух задних ногах, или на хищников, таких как орлы и ястребы, с их острыми когтями и острым зрением, и сходство с небольшими тероподами, такими как велоцирапторы из «Парка Юрского периода», поразительно.

Однако птицы отличаются от своих предков-рептилий во многих важных отношениях. Поворотным моментом в их эволюции стало развитие более крупного мозга, что в свою очередь привело к изменениям в размере и форме их черепов.

Новое исследование Чикагского университета и Университета Миссури показывает, как эти физические изменения повлияли на механику движения птиц, а также на то, как они используют клювы для еды и исследования среды обитания — адаптации, которые помогли им превратиться в необычайно разнообразных крылатых существ, которых мы видим сегодня. Исследование было опубликовано в Proceedings of the National Academy of Sciences.

Современные птицы, а также другие животные, такие как змеи и рыбы, имеют черепа с челюстями и нёбом, которые не являются жёсткими и зафиксированными на месте, как у млекопитающих, черепах или нептичьих динозавров. Алек Уилкен, аспирант интегративной биологии в Чикагском университете и ведущий автор нового исследования, называет этот тип гибкого черепа «шевелящимся». Он говорит, что эта характеристика значительно усложняет понимание того, как части работают вместе.

«Если у вас там есть сустав, это не значит, что вы знаете, как он движется», — сказал Уилкен. «Так что вам также нужно подумать о том, как мышцы будут тянуть сустав, какой у них крутящий момент и как другие суставы в голове ограничивают подвижность».

Команда начала с проведения КТ-сканирования различных ископаемых и скелетов современных птиц и родственных рептилий, таких как аллигаторы. Используя данные из этих изображений, они затем построили 3D-модели для расчета механики черепов и челюстей в действии — размеров и расположения мышц, их движений и физики, задействованной в том, как они все соединяются вместе.

Одно из ключевых отличий современных птиц от других животных заключается в том, что у них есть то, что называется «краниальный кинезис»: способность двигать различными частями черепа независимо друг от друга. Это дает птицам эволюционное преимущество, буквально расширяя их нёбо, чтобы есть разные виды пищи или использовать клювы как многофункциональный инструмент.

«Наличие такой шевелящейся головы действительно дает им массу эволюционных преимуществ», — сказал Уилкен. Попугаи, например, могут использовать свои клювы для лазания; дополнительный крутящий момент помогает другим птицам колоть орехи и семена. В некотором смысле клюв выполняет функцию суррогатной руки, но возможность двигать нёбом во время еды также имеет решающее значение для добычи пищи и выживания».

Когда команда проанализировала данные 3D-моделей, они увидели, что по мере увеличения размеров мозга и черепа у нептичьих тероподовых динозавров мышцы смещались в разные положения, что позволяло нёбу разделяться и становиться подвижным. Эти изменения, в свою очередь, увеличивали мышечную силу, которая обеспечивает краниальный кинез у большинства современных птиц.

«Мы видим этот каскад изменений, который произошел во время перехода от динозавра к птице», — сказал Холлидей. «Большая часть этого зависит от того, когда у птиц развился относительно большой мозг. Так же, как у людей, больший мозг вызывает множество изменений в черепе».

По мере того, как палеонтологи узнают все больше подробностей о динозаврах, граница между ними и современными птицами становится все более размытой (да, технически птицы являются динозаврами, но мы говорим здесь в общих чертах).

Ученые раньше думали, что перья были ключом, но теперь мы знаем, что у многих настоящих динозавров тоже были перья. Полет также эволюционировал не один раз, и, конечно, многие известные классические динозавры также могли летать.

Однако гибкие черепа и нёбо появились позже, чем у переходных динозавров/птиц, таких как археоптерикс, и Холлидей считает, что это может стать ключевым отличием. «Краниальный кинез может быть одной из чётких разделительных линий между современными птицами и их более динозавроподобными предками-птицами».