Умение летать – редкий дар в мире животных. Среди позвоночных он возникал эволюционным путем лишь трижды: у летучих мышей, птиц и вымерших птерозавров. Птерозавры стали первыми покорителями неба, поднявшись в воздух более 220 миллионов лет назад, задолго до появления предков птиц, таких как археоптерикс, около 150 миллионов лет назад. Несмотря на наличие у ученых обширных палеонтологических данных об эволюции мозга птиц для полета, история птерозавров долгое время оставалась неясной. Но теперь ситуация меняется.
В новой работе интернациональная команда биологов ученых выясняла, каким образом у птерозавров сформировались нейронные структуры, необходимые для активного полета.
«Ключом к разгадке стала находка древнего родича птерозавров, небольшого архозавра из группы лагерпетид, получившего имя Иксалерпетон, в бразильских триасовых отложениях возрастом 233 миллиона лет, – отметил Марио Бронзати, научный специалист фонда Александра фон Гумбольдта из Тюбингенского университета в Германии, ведущий автор данной работы. – Мы обладали значительным объемом данных о ранних птицах и понимали, что они унаследовали структуру мозга от своих предков – динозавров-тероподов, – добавил соавтор Лоуренс Уитмер, профессор анатомии из Колледжа остеопатической медицины Университета Огайо. – Мозг птерозавров же казался возникшим из ниоткуда. Теперь, впервые изучив раннего родственника птерозавров, мы видим, что они создавали свои собственные «бортовые компьютеры» практически с нуля».
Художественная реконструкция птерозавра (вверху) и лагерпетида (внизу) позднего триасового периода (около 215 миллионов лет назад). Фото: Матеус Фернандес
Для восстановления эволюционной истории исследователи использовали методы 3D-визуализации высокого разрешения, в том числе микроКТ-сканирование, для воссоздания формы мозга более чем трех десятков видов, включая птерозавров, их близких родичей (таких как иксалерпетон), ранних динозавров, предшественников птиц, крокодилов, птиц и разнообразных триасовых архозавров.
«Применив статистический анализ размеров и трехмерной формы их черепных эндокраниальных отпечатков, мы смогли проследить поэтапные изменения в анатомии мозга, сопровождавшие эволюцию полета», – пояснил соавтор Акинобу Ватанабэ, доцент кафедры анатомии из Колледжа остеопатической медицины Нью-Йоркского технологического института.
Полёт представляет собой сложный физиологический процесс, и долгое время считалось, что для его осуществления необходимы значительные неврологические изменения, включая увеличение объёма мозга для координации сложной сенсорной и моторной информации, необходимой для активного полёта. Ранее проведённые исследования мозга птерозавров показали, что у них действительно были некоторые неврологические характеристики, схожие с предками птиц, такими как археоптерикс. Например, наблюдалось увеличение определённых участков мозга, таких как большие полушария и мозжечок, которые играют важную роль в сенсомоторной интеграции, а также увеличение зрительных центров, включая зрительные доли.
Иксалерпетон, который является близким родственником птерозавров из группы лагерпетид, демонстрировал некоторые, но не все неврологические особенности птерозавров. Как указывает Бронзати, «лагерпетиды, вероятно, были древесными обитателями, и в их мозге уже наблюдались признаки, связанные с улучшением зрения, такие как увеличенная зрительная доля — адаптация, которая, возможно, впоследствии способствовала полёту их родственников-птерозавров, но у них всё ещё отсутствовали ключевые неврологические черты птерозавров».
Лагерпетиды, включая иксалерпетона, имели мозг, который находился между более примитивными архозаврами и птерозаврами, но сохранял большее сходство с ранними динозаврами. За исключением увеличенной зрительной доли, которая располагалась в мозге аналогично птерозаврам, птицам и их близким родственникам-тероподам, у иксалерпетона было мало признаков, указывающих на будущее птерозавров.
Одной из уникальных черт мозга птерозавров является значительно увеличенный флоккулус — часть мозжечка, вероятно, отвечающая за обработку сенсорной информации от перепончатых крыльев, что позволяет удерживать фокус на цели во время полёта. У иксалерпетона флоккулус не имел такого же расширения, как у птерозавров, а напоминал более скромный флоккулус других архозавров, включая ранних птиц и их нептичьих родственников — тероподов.
Новые исследования также показывают, что птерозавры имели относительно небольшой размер мозга.
«Несмотря на некоторые сходства между птерозаврами и птицами, их мозг на самом деле значительно отличался, особенно по размеру, — отмечает соавтор Маттео Фаббри, доцент кафедры функциональной анатомии и эволюции медицинского факультета Университета Джонса Хопкинса. — У птерозавров мозг был гораздо меньше, чем у птиц, что указывает на то, что для полёта, возможно, не требуется большой мозг».
Интересно, что общая форма мозга птерозавров больше всего напоминала мозг небольших динозавров, подобных троодонтидам и дромеозавридам, которые практически не могли летать. Тем не менее, птерозавры и птицы представляют собой два совершенно независимых пути эволюции полёта. Птицы унаследовали мозг, который уже был адаптирован от их нелетающих предков-динозавров, в то время как у птерозавров мозг, готовый к полёту, развивался одновременно с появлением крыльев.
Авторы исследования подчеркивают, что заметно увеличенный мозг у птиц, вероятно, возник позже и был связан скорее с развитием интеллекта и сложного поведения, чем с самим полётом. Основной вывод исследования заключается в том, что, по словам Уитмера, «по всей видимости, для полёта не требуется большой мозг, а более позднее увеличение мозга как у птиц, так и у птерозавров, вероятно, связано с улучшением когнитивных способностей, а не с процессом полёта».
Ещё один важный вывод заключается в том, что палеонтологические полевые исследования продолжают способствовать новым открытиям.
«Находки на юге Бразилии предоставили нам удивительные новые знания о происхождении ключевых групп животных, таких как динозавры и птерозавры», — отметил соавтор исследования Родриго Темп Мюллер, палеонтолог из Федерального университета Санта-Марии (Бразилия). «С каждой новой окаменелостью и исследованием мы получаем всё более ясное представление о том, как выглядели ранние предки этих групп, что было практически немыслимо всего несколько лет назад».
Результаты исследования опубликованы в журнале Current Biology.
Изображение: реконструкция ландшафта позднего триаса (примерно 215 миллионов лет назад). Лагерпетид, близкий родственник птерозавров, сидит на скале и наблюдает за пролетающими над ним птерозаврами. Фото: Матеус Фернандес
