Ученые из Johns Hopkins Medicine обнаружили, что гигантские рептилии – птерозавры, существовавшие 220 миллионов лет назад, могли освоить полет на самых ранних этапах своей эволюции. Это открытие противоречит представлению о предках современных птиц, которые, как считается, развивали машущий полет постепенно и имели более крупный, сложный мозг.
Подробности этого исследования, частично финансированного Национальным научным фондом США и основанного на передовых методах визуализации и изучении внутренних полостей мозга окаменелостей птерозавров, были опубликованы 26 ноября в журнале Current Biology.
Маттео Фаббри, доцент кафедры функциональной анатомии и эволюции в Школе медицины Университета Джона Хопкинса, подчеркивает, что новые данные подтверждают гипотезу: большой мозг, характерный для птиц и, вероятно, их предков, не был ключевым фактором, позволившим птерозаврам подняться в воздух.
«Наше исследование демонстрирует, что птерозавры освоили полет очень рано в своем существовании, имея при этом мозг меньшего размера, схожий с мозгом настоящих нелетающих динозавров», – поясняет Фаббри.
Птерозавры были могущественными воздушными хищниками эпохи динозавров, некоторые виды достигали веса до 227 килограммов и размаха крыльев до 9 метров. Их признают первой из трех основных групп позвоночных (наряду с птицами и летучими мышами), которые независимо развили машущий полет.
Чтобы понять, как птерозавры обрели способность к полету и чем их путь отличался от эволюции полета у птиц и летучих мышей, команда ученых проанализировала эволюционную историю этих рептилий. Они тщательно изучили изменения формы и размера мозга с течением времени, уделяя особое внимание зрительной доле – области, отвечающей за зрение и связанной с летными способностями.
Используя компьютерную томографию и специализированное программное обеспечение для цифрового моделирования окаменелых структур нервной системы, исследователи сосредоточились на ближайшем известном родственнике птерозавров – нелетающем, лазающем по деревьям лагерпетиде. Это животное, открытое в 2016 году, обитало в триасовом периоде (242–212 миллионов лет назад), а в 2020 году была подтверждена его тесная эволюционная связь с птерозаврами.
«Мозг лагерпетида уже демонстрировал черты, связанные с улучшенным зрением, включая увеличенную зрительную долю – адаптацию, которая, возможно, позже помогла их родственникам-птерозаврам подняться в небо», – говорит Марио Бронзати, соответствующий автор исследования из Тюбингенского университета в Германии.
Фаббри добавляет, что у птерозавров также были увеличенные зрительные доли. Однако, за исключением этой особенности, форма и размер их мозга значительно отличались от мозга лагерпетида.
«Немногочисленные сходства указывают на то, что летающие птерозавры, появившиеся вскоре после лагерпетидов, вероятно, приобрели полет мгновенно, в самом начале своей эволюционной истории, – объясняет Фаббри. – По сути, мозг птерозавров быстро преобразился, получив все необходимое для полета уже на старте».
В отличие от этого, современные птицы, как предполагается, развивали полет более постепенно. У них произошло наследование нескольких ключевых черт от ранних предков, включая увеличение головного мозга, мозжечка и зрительных долей, которые затем были дополнительно адаптированы для полета, отмечает Фаббри. Эту модель постепенного развития подтверждает исследование 2024 года, проведенное лабораторией Эми Баланофф из Johns Hopkins Medicine, которое подчеркивает значимость увеличения мозжечка в эволюции полета у птиц. Мозжечок, расположенный в задней части мозга, регулирует координацию движений и другие функции.
«Любая информация, способная заполнить пробелы в наших знаниях о мозге динозавров и птиц, крайне важна для понимания эволюции полета и нейросенсорных систем в линиях птерозавров и птиц», – подчеркивает Баланофф.
Команда также изучила мозговые полости крокодиломорфов (предков современных крокодилов) и ранних вымерших птиц, сравнивая эти структуры с мозгом птерозавров.
Анализ показал, что птерозавры обладали умеренно увеличенными полушариями мозга – особенностью, сравнимой с другими группами динозавров, такими как двуногие, птицеподобные троодонтиды (обитавшие в позднеюрском и позднемеловом периодах, 163–66 миллионов лет назад), а также Archaeopteryx lithographica – древнейшая известная птица (150,8–125,45 миллионов лет назад). Эти доисторические виды значительно отличаются от современных птиц, которые имеют существенно большие полости мозга.
Фаббри отмечает, что будущие исследования должны сосредоточиться на понимании того, как именно внутренняя структура мозга, а не только его размер и форма, позволила птерозаврам освоить полет. Он подчеркивает, что это крайне важно для выявления общих биологических принципов, управляющих эволюцией летных способностей.
Исследование получило финансовую поддержку от Фонда Александра фон Гумбольдта, Федерального правительства Бразилии, Палеонтологического общества, Национального агентства по содействию научным исследованиям и технологиям, Национального совета по научно-технологическому развитию, Европейского союза NextGeneration EU/PRTR, Национального научного фонда США (NSF DEB 1754596, NSF IOB-0517257, IOS-1050154, IOS-1456503) и Шведского исследовательского совета.
Помимо Фаббри и Бронзати, в исследовании приняли участие Акинобу Ватанабе из New York Institute of Technology, Роджер Бенсон из American Museum of Natural History, Родриго Мюллер из Federal University of Santa Maria (Бразилия), Лоуренс Уитмер из University of Ohio, Мартин Эскурра и М. Белен фон Бацко из Bernardino Rivadavia Museum of Natural Science, Фелипе Монтефелтро из São Paulo State University; Бхарт-Аньян Буллар из Yale University; Джулия Десохо из Universidad Nacional de La Plata (Аргентина); Фабьен Кнолл из Museo Nacional de Ciencias Naturales (Испания); Макс Лангер из Universidade de São Paulo (Бразилия); Стефан Лаутеншлагер из University of Birmingham; Мишель Стокер и Стерлинг Несбитт из Virginia Tech; Алан Тернер из Stony Brook University; и Ингмар Вернебург из Eberhard Karls University of Tübingen.
