Череп предка птерозавров заговорил: эволюция полёта оказалась куда резче, чем думали учёные

Резкий рост мозжечка объяснил манёвренность первых летающих рептилий — исследователи

Понимание того, как древние позвоночные осваивали небо, долгое время оставалось сложной задачей для палеонтологов. Новые данные о внутреннем строении черепа предков птерозавров позволили пересмотреть эволюционный путь этих летающих рептилий. Оказалось, что их нервная система формировалась не постепенно, как у птиц, а развивалась стремительно и одновременно с появлением крыльев. Эволюция мозга шла уникальным путём, и это открытие помогает по-новому взглянуть на происхождение активного полёта у позвоночных. Об этом сообщает Naked Science.

Как возникла идея сравнить мозг птерозавров и их наземных родственников

Птерозавры были первыми позвоночными на Земле, которые освоили активный машущий полёт. Они появились около 220 миллионов лет назад и быстро заняли верхнюю нишу воздушных хищников. Чтобы парить в небе, им были необходимы не только крылья, но и особая архитектура мозга, позволяющая удерживать равновесие, ориентироваться в пространстве и фиксировать взгляд во время манёвров.

До недавнего времени эта часть их эволюции оставалась скрытой. Черепа ранних птерозавров крайне хрупкие, поэтому в окаменевшем виде почти не сохраняются. Учёные знали лишь общий внешний облик, но не могли заглянуть внутрь черепной коробки. Сравнение с птицами давало лишь приблизительные ответы: предки птиц — динозавры-манирапторы — меняли строение мозга постепенно, задолго до того, как обрели перья и научились взлетать. Это называется экзаптацией: когда организм использует уже существующие структуры для новой функции.

Чтобы понять, могли ли птерозавры развиваться аналогично, учёным нужно было изучить мозг их ближайших наземных родственников — лагерпетидов. Но подходящие образцы отсутствовали до тех пор, пока в Южной Америке не нашли несколько идеально сохранившихся черепов.

Что показал анализ черепа древнего лагерпетида

Недавние находки в Аргентине и Бразилии позволили исследователям впервые детально изучить череп лагерпетида вида Ixalerpeton polesinensis. Это земные животные, не умевшие летать, но родственные будущим птерозаврам. Учёные применили компьютерную томографию и создали трёхмерную модель эндокаста — цифрового слепка мозга. Затем полученные данные сравнили с моделями мозга ранних птерозавров, динозавров и современных птиц.

Выяснилось, что строение мозга предка птерозавров было относительно примитивным: полушария оставались узкими, их ширина едва превышала ширину заднего мозга. Это резко отличает его от птерозавров и птиц, у которых полушария увеличены более чем вдвое. Но именно здесь обнаружилась важная деталь: зрительные доли лагерпетида были смещены вниз и в стороны — так же, как у животных, способных к полёту. Это указывает на повышенную роль зрения, хотя сам лагерпетид оставался наземным.

Вероятно, такая конфигурация помогала ему охотиться или перемещаться по деревьям, обеспечивая лучшую ориентацию в пространстве. Это стало первым признаком того, что эволюция органов чувств у будущих птерозавров началась ещё до их выхода в воздух.

Резкие изменения в мозге птерозавров: уникальная эволюционная траектория

Когда появились первые птерозавры, их мозг претерпел стремительную перестройку. Полушария стали крупнее, обонятельные луковицы уменьшились, общая форма мозга стала более округлой и короткой. Но самым впечатляющим открытием стало гигантское увеличение клочка — области мозжечка, отвечающей за стабилизацию взгляда при движении головы.

У птерозавров этот отдел мозга превышал по размеру зрительные доли. Такое соотношение не встречается ни у одного другого позвоночного. Почему возникла подобная особенность? Ответ кроется в устройстве крыла птерозавра. В отличие от перьевого крыла птиц, у птерозавров оно было образовано кожной мембраной, пронизанной чувствительными волокнами и мышцами. Мембрана работала как огромный орган осязания, улавливающий малейшие изменения воздушных потоков.

Чтобы мгновенно реагировать на эти сигналы, организм требовал мощного центра обработки сенсорных импульсов. Рост клочка позволял эффективно управлять полётом, компенсировать колебания и удерживать взгляд на цели. В результате птерозавры сформировали уникальный нейроанатомический комплекс — не наследовали, а создали его в процессе эволюционной адаптации к полёту.

Почему эволюция птерозавров отличается от пути птиц

Сравнение этих линий развития показывает разительный контраст. Птицы получили основу для полёта ещё до появления крыльев: их предки совершенствовали зрение, координацию и мозг постепенно. Полёт стал возможен благодаря уже подготовленной нервной системе.

У птерозавров всё произошло иначе. Они выработали необходимые структуры "здесь и сейчас", параллельно с формированием крыльев и изменением скелета. Это говорит о том, что эволюция нервной системы может идти не только пошагово, но и скачкообразно, если условия среды требуют быстрых адаптаций.

Такой вывод расширяет представления о том, как позвоночные осваивали новые способы движения, и указывает на существование нескольких сценариев эволюционной изобретательности.

Сравнение эволюции птерозавров и птиц

Чтобы лучше понять различия между двумя группами, полезно сравнить ключевые параметры их развития.

Наследование функций
• птицы использовали уже существующие структуры мозга;
• птерозавры формировали их заново.

Скорость изменений
• птицы развивались постепенно;
• птерозавры — скачкообразно и быстро.

Строение крыла
• перья птиц передают меньше тактильных сигналов;
• кожная мембрана птерозавров требовала более мощной сенсорной обработки.

Степень вовлечённости мозжечка
• у птиц он развит, но не доминирует;
• у птерозавров отдельные его отделы достигали рекордных размеров.

Такое сравнение подчёркивает уникальность эволюционного пути летающих рептилий.

Плюсы и минусы новой гипотезы об эволюции мозга птерозавров

Преимущества нового подхода очевидны. Он объединяет анализ нескольких видов, использует новейшие методы 3D-томографии, впервые учитывает строение черепа лагерпетидов и позволяет создать целостную картину возникновения полёта. Эти данные помогают понять связь между сенсорной системой и строением крыла, что важно для реконструкции поведения древних животных.

Однако ограничений тоже немало. Количество хорошо сохранившихся черепов лагерпетидов остаётся небольшим, а ранние птерозавры представлены фрагментарно. Кроме того, данные томографии требуют осторожного толкования, поскольку эндокаст отражает форму мозга лишь приблизительно. Несмотря на это, исследование создаёт прочную основу для дальнейших открытий.