Кости виска у динозавров и людей формировались под влиянием способа питания

У большинства наземных позвоночных, будь то человек или рептилия, в черепе есть большое отверстие в височной области. У большинства рептилий таких отверстий два. Учёные ищут объяснение этому уже 150 лет.

Команда исследователей из Тюбингенского университета и Рурского университета в Бохуме показала, что силы, действующие на череп, меняются в зависимости от того, как и где пища удерживается, захватывается и пережёвывается. За миллионы лет эти факторы приводят к формированию соединений и отверстий в черепе. Это знание облегчает реконструкцию образа жизни вымерших животных. Исследование опубликовано в журнале The Anatomical Record.

«Разнообразие форм черепа и костей было подробно описано палеонтологами и зоологами, но происхождение перекладин и отверстий в виске и то, что они говорят нам о биологии и родстве наземных позвоночных, до сих пор не получило убедительного объяснения», — говорит PD д-р Ингмар Вернебург из Центра эволюции человека и палеосреды Зенкенберга при Тюбингенском университете.

«Наша модель основана на идее, что костная масса может формироваться только в местах, где есть напряжения сжатия, — говорит профессор Хольгер Пройсхофт, эмеритус функциональной морфологии Института анатомии Рурского университета в Бохуме. — Также в местах образования кости должна быть механическая стабильность. Это означает, что не должно быть движения, которое могло бы привести к образованию ложного сустава, псевдартроза».

У людей также есть большое височное отверстие над скуловой дугой. Через него челюстная мышца проходит к нижней челюсти. При жевании движение этой мышцы можно почувствовать рукой в области широкого височного отверстия.

У различных ископаемых рептилий, включая динозавров, эти отверстия имеют очень разную форму. Учёные сравнили десятки черепов наземных позвоночных за несколько миллионов лет эволюционной истории.

Исследователи утверждают, что когда животные сильно кусают передней частью челюсти — например, с помощью клыков — большое напряжение распространяется выше и ниже глаз по направлению к шее, что приводит к образованию костных распорок в виске. У рептилий есть дополнительный эффект: они кусают в основном задней частью челюсти, где более короткое плечо рычага от сустава позволяет развить большее усилие укуса.

«Это также создаёт напряжение сжатия, требующее костной перемычки позади глаза, — говорит Вернебург. — Если она вступает в контакт с верхним напряжением сжатия от переднего укуса, обе силы частично перенаправляются, и может сформироваться вторая скуловая дуга».

В более ранних работах Хольгер Пройсхофт продемонстрировал влияние этих сил на черепа современных видов животных, а также испытал нагрузку, при которой кости ломаются. Текущее исследование впервые применяет эти выводы к эволюционной истории позвоночных.

Когда животное трясёт добычу или срывает листья с растения, возникают дополнительные боковые сдвигающие силы, которые приводят к дальнейшим изменениям височной области. С помощью челюстных мышц действующие силы передаются по силовой цепи к точке приложения силы — зубам. «Иначе череп не был бы стабильным и треснул бы», — говорит Пройсхофт.