Ключ к разгадке эволюции полета кроется в мозжечке птиц и окаменелостях

ТАрхеоптерикс, небольшое животное, жившее около 150 миллионов лет назад, напоминает помесь древнего юрского динозавра и современной птицы. Имея длину около 20 дюймов от зубов до конца длинного хвоста, он имел крылья с черным оперением, и многие ученые считают, что это был один из первых видов, умеющих летать. Когда его окаменелость была впервые обнаружена в 1861 году, некоторые подумали, что это ангел.

Хотя ученые нашли некоторые доказательства того, что даже более ранние птицеподобные динозавры могли летать, сроки остаются под вопросом. И как птицы развили все функции, необходимые для полета, прежде чем они смогли получить от полета реальную пользу, до сих пор неясно. По словам птичьего палеонтолога Криса Торреса из Университета Огайо, существует давний вопрос об эволюции птиц: какая польза от половины крыла?

Вам не нужно думать о полете, ваш спинной мозг просто берет на себя управление.

Недавно исследователи нашли некоторые ключи к разгадке эволюции полета, создав первые карты активности мозга живых птиц во время полета и покоя. В лаборатории группа ученых научила восемь больших белых голубей летать взад и вперед между насестами. Затем они вводили им трассер и использовали ПЭТ-сканер для регистрации активности (метаболизма глюкозы) в разных частях мозга, когда они находились в состоянии покоя на жердочке и после короткого периода полета. Чтобы увидеть, какие области были более активными во время полета, они сравнили снимки.

Мозжечок выделялся ярко-красным цветом, говорит Эми Баланофф, доцент Университета Джонса Хопкинса и один из авторов исследования. Это ранние данные только для одного вида, и они не отслеживают активность мозга посекундно, но сканирование показало статистически значимое увеличение, которое было наиболее значительным в нескольких складках мозжечка — складках, которые, как известно, участвуют в обработке зрительной информации.

По словам исследователей, данные, скорее всего, отражают части мозга, участвующие в запуске, остановке или изменении направления во время полета, поскольку фактические взмахи крыльев во время полета, как и шаги, которые люди делают во время ходьбы, по-видимому, в большей степени контролируются спинным мозгом. . «Вам не нужно думать о ходьбе, вам не нужно думать о полете, ваш спинной мозг просто берет на себя управление», — говорит Баланофф.

Баланофф и ее соавторы пошли еще дальше, чтобы связать сигналы мозга с окаменелостями: они заглянули внутрь черепов динозавров, которые наиболее тесно связаны с современными птицами. Затем они использовали трехмерное сканирование для создания цифровых слепков этих форм, чтобы оценить размер и форму мозжечка животных.

«Мозжечок расположен в задней части мозга, как шишка», — говорит Дуглас Уайли, профессор биологических наук в Университете Альберты. «Таким образом, вы можете сделать некоторые оценки размера мозжечка относительно остального мозга».

Какая польза от половины крыла?

Летопись окаменелостей показывает, что мозжечок динозавров значительно расширился задолго до появления археоптерикса 150 миллионов лет назад, что намекает на то, что более ранние существа, такие как манираптораны, возможно, летали. Или, по крайней мере, они наслаждались улучшенным балансом и мышечной координацией, которые, вероятно, были связаны с увеличением мозжечка, и позже животные, возможно, использовали эти способности, когда они эволюционировали, чтобы летать.

«Поведение чрезвычайно сложно восстановить по летописи окаменелостей», — говорит Торрес, изучающий окаменелости птиц. «Мы работаем с крошечной частью данных, описывающих биологию птиц». Недостаточно доказательств, чтобы дать представление о каких-либо различиях между видами, поэтому у исследователей есть лишь минимальные подсказки о том, как птицы впервые взлетели.

Среди этих намеков исследователи заметили некоторые области, которые, как считалось, связаны с полетом, но на самом деле не стали больше освещаться после полета птиц. Тем не менее, поскольку в экспериментальной среде птицы особо не поворачивались и не уклонялись, активность мозга голубей может отличаться от типичного полета птиц в дикой природе, отметила Андреа Гаеде из Королевского ветеринарного колледжа Лондона, изучающая обработку визуальных движений. . И некоторые области мозга могут быть столь же активными в состоянии покоя (не проявляя увеличения скорости полета), поскольку во время отдыха они работают над другими задачами.

Торрес надеется, что подобные данные о мозговой активности помогут составить картину того, как развивались другие виды поведения. Он хочет понять, почему гуси и утки все еще здесь, а многих могущественных динозавров нет. «Единственные динозавры, которые это сделали, — единственные, о которых мы можем с уверенностью сказать, что они были способны к полету с помощью двигателя», — сказал Торрес. «Понимание истоков полета с двигателем помогает нам понять истоки современного биоразнообразия».

Главное изображение: Йети в точках / Shutterstock

• Елена Ренкен

  Опубликовано 16 февраля 2024 г.

  Елена Ренкен — научный репортер, специализирующийся на мозге и медицине. Ее работа была опубликована -, Журнал Квантаи PBS НОВА.