Американские ученые установили, что увеличение размеров мозга и подвижность элементов черепа сыграли важную роль в эволюции современных птиц. С помощью 3D-моделирования исследователи продемонстрировали, как изменения в строении черепа и мышц челюсти позволили птицам более эффективно использовать клюв для решения различных задач, таких как лазание, добыча пищи или манипуляции с объектами, что стало ключом к биоразнообразию. Исследование опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Птицы — прямые потомки динозавров, и их эволюция представляет собой удивительный пример того, как изменения в строении могут привести к появлению принципиально новых групп. Одним из ключевых моментов в эволюции птиц стало увеличение размеров мозга, которое повлекло за собой изменения в строении черепа. Современные птицы обладают так называемой «черепной кинетикой» — способностью двигать различными частями черепа независимо друг от друга. Это дает им значительные преимущества, позволяя использовать клюв в качестве многофункционального инструмента для добычи пищи, лазания и других задач. Однако до сих пор было не до конца понятно, как именно возникли эти изменения и как они связаны с увеличением мозга.
В новом исследовании ученые использовали компьютерную томографию для сканирования черепов современных птиц, рептилий и ископаемых динозавров. На основе этих данных они создали 3D-модели, которые позволили изучить механику черепов и челюстей в действии. Исследователи рассчитали размеры и расположение мышц, их биомеханику, а также физические силы, действующие на суставы. Чтобы понять, как мышцы взаимодействуют с костями и суставами, авторы работы применяли методы биомеханического анализа с учетом точек крепления мышц, крутящего момента и направления сил. Особое внимание они уделяли тому, как изменения в размере мозга влияли на расположение мышц и подвижность неба, что в конечном итоге привело к появлению черепной кинетики.
Результаты исследования показали, что увеличение размеров мозга у нептичьих тероподов (группа динозавров, к которой относятся предки птиц) привело к изменению положения мышц, что позволило небу стать подвижным. Эти изменения, в свою очередь, увеличили силу мышц, что стало основой для черепной кинетики у современных птиц. «Мы видим каскад изменений, которые произошли в процессе перехода от динозавров к птицам, — объясняет Кейси Холлидей, один из авторов исследования из Университета Миссури. — Большая часть этих изменений связана с тем, что у птиц развился относительно крупный мозг. Как и у людей, больший мозг вызывает множество изменений в строении черепа». Примером функциональной адаптации, ставшей возможной благодаря черепной кинетике, служит клюв попугаев, который они используют в том числе для лазания. Некоторые другие птицы, например вьюрки, используют клюв для раскалывания орехов и семян. «В некотором смысле клюв функционирует как замена рук, но способность двигать небом во время еды также критически важна для добычи пищи и выживания», — добавляет Алек Уилкен, ведущий автор исследования из Чикагского университета.
Полученные данные открывают новые возможности для понимания того, как эволюция формы и функции может привести к появлению новых видов. Черепная кинетика, возможно, является одним из ключевых различий между современными птицами и их давними предками, такими как Archaeopteryx. Дальнейшие исследования могут быть направлены на изучение того, как эти изменения повлияли на разнообразие птиц и их способность адаптироваться к различным условиям окружающей среды в процессе видообразования.
Автор: Богдан Скиба.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
