Птерозаври навчилися літати миттєво без великого мозку

Група вчених під керівництвом еволюційного біолога з Медичної школи Університету Джонса Гопкінса провела дослідження стародавніх скам'янілостей за допомогою передових методів візуалізації. Результати показали, що лінія великих рептилій, які жили ще 220 мільйонів років тому, могла здобути здатність літати відразу на початку свого існування. Ця ідея суперечить тому, що відомо про ранніх родичів сучасних птахів, які, схоже, освоювали політ поступово і за підтримки більшого мозку.

Деталі роботи, яка спиралася на передові методи візуалізації для вивчення мозкових порожнин скам'янілостей птерозаврів і отримала часткову підтримку Національного наукового фонду, були опубліковані у виданні Current Biology.

За словами Маттео Фаббрі, доктора філософії, доцента функціональної анатомії та еволюції в Медичній школі Університету Джонса Гопкінса, результати підсилюють думку про те, що збільшені мозки, присутні у сучасних птахів і які, як припускалося, існували у їхніх доісторичних попередників, не були відповідальними за те, щоб птерозаври могли літати.

«Наше дослідження показує, що птерозаври розвинули політ на ранньому етапі свого існування і що вони зробили це з меншим мозком, подібним до справжніх нелітаючих динозаврів», каже Фаббрі.

Вчений додає, що птерозаври були потужними літунами епохи динозаврів. Деякі види досягали ваги до 500 фунтів і мали розмах крил до 30 футів від кінчика до кінчика. Вони визнані найдавнішою з трьох основних груп літаючих хребетних, окрім птахів і кажанів, які розвинули керований політ незалежно один від одного.

Щоб дослідити, чи птерозаври навчилися літати інакше, ніж птахи та кажани, науковці реконструювали еволюційну історію рептилії та відстежили, як форма і розмір мозку птерозавра змінювалися з часом. Вони приділили особливу увагу оптичній частці, частині мозку, відповідальній за зір, розширення якої вважається пов'язаним з розвитком здатності літати.

Використовуючи комп'ютерну томографію та програмне забезпечення для візуалізації, яке дозволило вченим отримати інформацію про нервові системи скам'янілостей, дослідники зосередилися на найближчому родичі птерозавра, який спочатку був описаний групою дослідників у 2016 році. Це нелітаючий лагерпетид, що жив на деревах і виник у тріасовий період від 242 до 212 мільйонів років тому. У 2020 році інша група вчених охарактеризувала близьку спорідненість лагерпетида з птерозавром.

«Мозок лагерпетида вже демонстрував особливості, пов'язані з покращеним зором, включаючи збільшену оптичну частку, адаптацію, яка могла пізніше допомогти їхнім родичам птерозаврам піднятися в небо», каже співавтор дослідження Маріо Бронзаті, дослідник з Тюбінгенського університету в Німеччині.

Більша оптична частка також була присутня у птерозаврів, каже Фаббрі. Однак він зазначає, що в іншому було дуже мало подібностей у формі та розмірі мозку птерозаврів і найближчого родича літаючої рептилії, лагерпетида.

«Небагато подібностей свідчать про те, що літаючі птерозаври, які з'явилися дуже скоро після лагерпетида, ймовірно, здобули політ вибухово при своєму виникненні», каже Фаббрі. «По суті, мозок птерозаврів швидко трансформувався, набувши все необхідне для польоту з самого початку».

На відміну від цього, вважається, що сучасні птахи здобули політ поетапно, більш поступовим процесом, успадкувавши певні особливості, такі як збільшений великий мозок, мозочок і оптичні частки від своїх доісторичних родичів, а пізніше адаптувавши їх для забезпечення польоту, каже Фаббрі. Ця теорія підтверджується висновками 2024 року з лабораторії Емі Баланофф, доктора філософії, доцента функціональної анатомії та еволюції в Медичній школі Університету Джонса Гопкінса, які вказують на розширення мозочка мозку як ключ до польоту птахів. Мозочок, розташований у задній частині мозку, регулює та контролює рух м'язів серед інших функцій.

«Будь-яка інформація, яка може заповнити прогалини в тому, чого ми не знаємо про мозок динозаврів і птахів, важлива для розуміння польоту та нейросенсорної еволюції в лініях птерозаврів і птахів», каже Баланофф.

У подальших дослідженнях науковці проаналізували мозкові порожнини скам'янілостей крокодиломорфів, предків крокодилів, і ранніх вимерлих птахів, і порівняли їх з мозковими порожнинами птерозаврів.

Вони визначили, що мозок птерозавра мав помірно збільшені півкулі, подібні за розміром до інших динозаврів, включаючи двоногих птахоподібних троодонтидів, які жили в пізній юрський та пізній крейдяний періоди від 163 до 66 мільйонів років тому, і найстарішого відомого птаха, археоптерикса літографського, який існував від 150,8 до 125,45 мільйонів років тому, порівняно з мозковими порожнинами сучасних птахів.

У майбутньому Фаббрі каже, що краще розуміння того, як структура мозку птерозавра, на додаток до розміру та форми, забезпечувала політ, буде найважливішим кроком для кращого визначення основних біологічних законів польоту.