Ученые выяснили, почему птицы откладывали яйца крупнее, чем даже динозавры

Фото из открытых источников

Самое большое яйцо, когда-либо снесенное, принадлежало не динозавру. Оно принадлежало птице. Некоторые динозавры входили в число самых тяжелых животных, когда-либо обитавших на планете, однако их яйца оставались на удивление скромными по размеру. Новое объяснение связывает эту странность с чем-то неожиданным. Ответ, по-видимому, кроется внутри черепа. Результаты исследования опубликованы в журнале Royal Society Open Science.

Страусиное яйцо крупнее любого известного яйца нептичьего динозавра. На первый взгляд, эта разница кажется почти несуществующей. Многие динозавры возвышались над любой современной птицей. Однако их яйца никогда не достигали размеров самых больших птичьих яиц. Один зауропод мог весить больше целого стада слонов. Тем не менее, его яйца легко поместились бы в двух руках.

Животные придерживаются совершенно разных репродуктивных стратегий. Одни распределяют свои кладки между множеством крошечных детенышей, в то время как другие вкладывают все силы в разведение лишь немногих, наиболее ценных особей.

Синий кит рожает одного детеныша каждые два-три года. Новорожденный может весить около 2500 килограммов. Морская черепаха бисса поступает наоборот. Она может отложить примерно 158 маленьких яиц за одну кладку.

Оба подхода по-своему успешны. Они просто находятся на противоположных концах одного длинного спектра. Большинство рептилий относятся к категории «многочисленные, но мелкие». Птицы и млекопитающие, как правило, склоняются к противоположной тенденции — к категории «малочисленные, но крупные».

В более ранних работах, как правило, изучались только млекопитающие и птицы. Это затрудняло понимание того, что действительно формирует эти закономерности в рамках всего генеалогического древа.

Стефани Лечки из Принстонского университета и Роджер Бенсон из Американского музея естественной истории (AMNH) расширили горизонты исследования. Их команда собрала репродуктивные и анатомические данные по 2857 ныне живущим видам, а затем добавила 35 ископаемых динозавров.

В выборку живых организмов вошли более 500 видов птиц, более 800 видов млекопитающих и более тысячи видов рептилий. В совокупности эти группы охватывают более 300 миллионов лет эволюции.

Они использовали метод, учитывающий общее происхождение между видами. Этот шаг предотвращает искажение картины из-за близкородственных животных.

Одна закономерность повторялась снова и снова. У животных с относительно большим мозгом, как правило, было меньше потомства, потомство было крупнее, или и то, и другое. Большой мозг требует больших затрат на создание и поддержание его функционирования.

Развитие такого мозга, по-видимому, требует больших вложений в каждого отдельного потомка. Как у птиц, так и у млекопитающих, больший относительный размер мозга коррелирует с большими яйцеклетками и более крупными новорожденными.

«На первый взгляд это кажется нелогичным», — сказала Лечки. «Многие нептичьи динозавры были огромными, однако даже самые большие яйца динозавров были меньше самых больших яиц птиц. Наши результаты показывают, что ответ кроется в эволюции мозга. По мере того, как у птиц развивался более крупный мозг, у них также развивалось и более крупное потомство, что требовало более крупных яиц».

Размер мозга был не единственным подозреваемым фактором. Некоторые утверждали, что скорость метаболизма, то есть темп, с которым животное сжигает энергию, может объяснить те же закономерности.

Полученные данные практически не подтверждали эту идею. Скорость метаболизма демонстрировала слабую и непоследовательную связь с тем, как животные распределяли свои репродуктивные усилия.

Динозавры оказались полезным инструментом для проверки этого вопроса. У них был довольно высокий метаболизм, ближе к метаболизму птиц и млекопитающих, чем к метаболизму современных рептилий.

Однако их мозг оставался маленьким и напоминал мозг рептилии. Их размножение также соответствовало рептильной схеме развития, характерной для множества мелких яиц. Такое сочетание практически никогда не встречается у живых животных. Оно позволило команде отделить влияние мозга от влияния метаболизма.

Если бы размер потомства зависел от метаболизма, динозавры должны были бы выглядеть как птицы. Но они не выглядели, что прямо указывает на проблему с мозгом. Переход к более крупным яйцам произошел не мгновенно. Он постепенно продвигался по ветви дерева, ведущей к птицам. 

Нетероподные динозавры откладывали много мелких яиц относительно своего размера. Некоторые плотоядные динозавры, такие как овирапторозавры и троодонтиды, откладывали яйца несколько большего размера. Наибольшие относительные размеры яиц появились с появлением первых настоящих птиц. Их возникновение также совпало со скачком в относительном размере мозга.

«Эта работа помещает эти замечательные окаменелости в гораздо более широкий макроэволюционный контекст», — сказал соавтор исследования Роджер Бенсон.

Он объяснил, что взаимосвязь между размером мозга и размером потомства могла иметь каскадные последствия на протяжении всего периода перехода от динозавров к птицам.

«Если для большего размера мозга требовалось большее потомство, а для большего потомства — более крупные яйца, то, возможно, в ответ на это развились и другие аспекты анатомии и поведения», — объяснил Бенсон.

Снести более крупное яйцо — дело непростое. Изменения затронули и анатомию, и гнездование, и родительскую заботу. Для выхода более крупной яйцеклетки требуется более широкий проход. Со временем тазовая кость расширилась, чтобы пропустить более крупные яйцеклетки.

Кроме того, у птиц в итоге оказался единственный функционирующий яичник. Они откладывают по одному яйцу за раз, с постоянными интервалами, а не всю кладку сразу. Гнездовые привычки изменились вместе с яйцами. Более крупные яйца хуже дышат, когда зарыты в землю, что, возможно, привело к перемещению гнезд из засыпанных холмиков в открытые гнезда, которые птицы строят сегодня.

Забота о нескольких крупных птенцах также требует от родителей больших усилий. Более богатые гнезда и более пристальное внимание соответствуют генетической линии, в которой все большее внимание уделяется каждому птенцу.

Птицы были не одиноки в этом путешествии. Родословная, ведущая к млекопитающим, претерпела поразительно похожие изменения. Ранние родственники млекопитающих также перешли от производства большого количества мелких детенышей к производству меньшего количества, но более крупных. Этот сдвиг снова совпал с увеличением размера мозга.

Одна часть головоломки до сих пор остается недоступной. Ископаемые остатки редко позволяют определить, сколько раз в год животное размножалось. Этот показатель имеет значение для полной картины репродуктивного здоровья. В будущих исследованиях будет проверено, сохраняется ли та же закономерность у животных, размножающихся несколько раз в год.