Как большие мозги и гибкие черепа привели к эволюции современных птиц

Современные птицы — живые родственники динозавров. Однако они отличаются от своих рептильных предков. Переломным моментом в их эволюции стало развитие более крупного мозга, что, в свою очередь, привело к изменениям размера и формы их черепов.

Новое исследование Чикагского и Миссурийского университетов показывает, как эти физические изменения повлияли на механику движений птиц и использование ими клювов для питания и исследования среды. Эти адаптации помогли им эволюционировать в невероятно разнообразных крылатых существ.

Исследование «Краниальная кинезия у птиц является результатом увеличения энцефализации в процессе их происхождения» опубликовано в Proceedings of the National Academy of Sciences.

Преимущества «подвижных» черепов

У современных птиц, а также у змей и рыб, черепа с челюстями и нёбом не являются жёстко фиксированными, как у млекопитающих, черепах или нептичьих динозавров. Такой гибкий череп называют «подвижным».

Ключевое отличие современных птиц — наличие краниальной кинезии: способности двигать разными частями черепа независимо. Это даёт эволюционное преимущество, буквально расширяя их возможности для поедания разной пищи или использования клюва как многофункционального инструмента.

«Наличие такого подвижного черепа действительно даёт им много эволюционных преимуществ», — говорит Алек Уилкен, ведущий автор исследования. Например, попугаи используют клюв для лазания, а дополнительный крутящий момент помогает другим птицам раскалывать орехи и семена.

«Клюв в некотором смысле функционирует как замена руки, но способность двигать нёбом во время еды также критически важна для добычи пищи и выживания».

Каскад изменений от динозавров к птицам

Команда начала с КТ-сканирования различных окаменелостей и скелетов современных птиц и родственных рептилий, таких как аллигаторы. Используя эти данные, они построили 3D-модели для расчёта механики черепов и челюстей в действии.

Анализ данных 3D-моделей показал, что по мере увеличения размера мозга и черепа у нептичьих тероподных динозавров мышцы смещались в другие положения, что позволяло нёбу отделиться и стать подвижным. Эти изменения, в свою очередь, увеличили мышечную силу, которая обеспечивает краниальную кинезию у большинства современных птиц.

«Мы видим этот каскад изменений, произошедших в процессе перехода от динозавров к птицам, — говорит Кейси Холлидей, соавтор исследования. — Большая часть его зависит от того момента, когда у птиц развился относительно большой мозг. Как и у людей, больший мозг вызывает множество изменений в черепе».

Гибкие черепа и нёбо появились позже, чем у переходных существ типа археоптерикса. Холлидей считает, что это может стать ключевым различием: «Краниальная кинезия может быть одной из чётких разделительных линий между современными птицами и их более динозавроподобными птичьими предками».