Эта статья была проверена в соответствии с редакционным процессом и политикой Science X. Редакторы выделили следующие атрибуты, гарантируя при этом достоверность контента:
проверенный фактами
рецензируемое издание
надежный источник
корректура
Хорошо! (A) Реконструированный каудиптерикс Кристофа Хендрикса. Используется на условиях лицензии Creative Commons (CC BY-SA 3.0). Детали лицензирования: [ (B) Robopteryx, imitating the morphology of Caudipteryx, positioned in front of a grasshopper in the field (marked by a red arrow). (C) Grasshopper tested in the experiments. Credit: Caudipteryx image (A) by Christophe Hendrickx. Used under the terms of the Creative Commons license (CC BY-SA 3.0). Photo (B) by P.G. Jablonski, Photo (C) by Jinseok Park.
× close
(A) Reconstructed Caudipteryx Christophe Hendrickx. Used under the terms of the Creative Commons license (CC BY-SA 3.0). Licensing details: [ (B) Robopteryx, imitating the morphology of Caudipteryx, positioned in front of a grasshopper in the field (marked by a red arrow). (C) Grasshopper tested in the experiments. Credit: Caudipteryx image (A) by Christophe Hendrickx. Used under the terms of the Creative Commons license (CC BY-SA 3.0). Photo (B) by P.G. Jablonski, Photo (C) by Jinseok Park.
What are the origins of wings and tails in birds? This is one of the key questions in the evolution of animals. It has long been accepted that their evolution began in feathered dinosaurs.
Some of these dinosaurs had feathers on the tails and small wing-like feathers on their forelimbs. These small wing-like structures called ‘proto-wings’ are composed of special feathers known as pennaceous feathers—the stiff feathers found in the wings and tails of birds.
The ancient form of these feathers first emerged in dinosaurs during the Jurassic Period, and these dinosaurs, called Pennaraptorans, had proto-wings made of pennaceous feathers. However, it has been known that these proto-wings were too small for powered flight. Because we cannot time-travel to observe their behavior, what dinosaurs did and how they behaved remains unanswered.
Various functions of proto-wings and tail feathers in the ancestors of birds have been considered since John Harold Ostrom proposed the first idea 50 years ago that proto-wings were used to knock down insect prey by small predatory dinosaurs living on the ground and following their prey. However, how the small ‘proto-wings’ and feathered tails helped the dinosaurian ancestors of birds in their lives has not been resolved.
A new scientific collaboration involving a team of field-biologists and integrative ecologists (Piotr G. Jablonski, Sang-im Lee, Jinseok Park, Sang Yun Bang, and Jungmoon Ha), paleontologists (Yuong-Nam Lee and Minyoung Son), and roboticists (Hyungpil Moon and Jeongyeol Park), has proposed a new idea: the ‘flush-pursue hypothesis.’ Their paper was published in Scientific Reports.
This movie illustrates three different ways in which dinosaurs with proto-wings might have flushed their prey by visual displays to subsequently pursue them. First, the grasshopper jumps/flies away in response to expanding Robotperyx’s forelimbs with protowings. Second, the grasshopper jumps/flies away in response to the folding of forelimbs with protowings. Third, the grasshopper escapes in response to upward movements of the tail. Credit: Movie by Jinseok Park, Minyoung Son, Jeongyeol Park, SangYun Bang, Jungmoon Ha, Hyungpil Moon, Yuong‑Nam Lee, Sang‑im Lee, Piotr G. Jablonski. Fragments of supplementary movie to the paper “Escape behaviors in prey and the evolution of pennaceous plumage in dinosaurs” by the above Authors in Scientific Reports DOI: 10.1038/s41598-023-50225-x
The name of the hypothesis provides a clue to its content. Some birds employ a ‘flush-pursue’ foraging strategy, using wings and/or tail displays to visually flush out hiding prey and pursue the flushed prey (e.g., Northern Mockingbird, Linzy’s Vids). The hypothesis suggests that small dinosaurs with proto-wings use a similar strategy.
The hypothesis is rooted in years of detailed field-ornithological studies on several species of insectivorous birds conducted by a co-author of the current study, Piotr Jablonski and collaborators, as well as by Ron Mumme and collaborators [for example, the Painted redstart, the Slate-throated whitestart, the Spectacled Whitestart, and the Hooded warbler].
Исследования этих птиц показали, что контрастное оперение (часто с черно-белыми пятнами) на крыльях и хвостах вызывает побег их добычи и, таким образом, повышает эффективность кормления птиц, поскольку убегающую добычу птицы преследуют и ловят.
Также изучалась нейробиология, стоящая за этой взаимосвязью. Петр Яблонский и Николас Штраусфельд, ведущий специалист по нервной системе членистоногих, предположили, что специальные нейроны у насекомых активируются простыми свойствами проявления сияния у насекомоядных птиц, преследующих смыв.
Робоптерикс заставляет кузнечиков бежать в ответ на зрительную стимуляцию, возникающую в результате складывания и раздвигания передних конечностей, снабженных проталкиваниями, а также в ответ на движения хвоста. На видео видно, что движения робота замедлились в 12 раз. Фото: Фильм: Джинсок Пак, Минён Сон, Чонёль Пак, Сан Юн Бан, Чонмун Ха, Хёнпиль Мун, Юнг-Нам Ли, Сан-им Ли и Петр Г. Яблонски — авторы статьи «Поведение добычи и эволюция». перистого оперения динозавров», опубликованной в Scientific Reports: DOI: 10.1038/s41598-023-50225-x.
Петр Яблонский и его коллеги впервые упомянули о гипотезе стремления к успеху на Гордонской исследовательской конференции 2005 года на тему «Нейроэтология: поведение, эволюция и нейробиология», под председательством Н. Штраусфельда. С тех пор идея была развита и представлена на Международном орнитологическом конгрессе 2018 года и на ежегодном собрании Общества интегративной биологии в 2023 году.
«После проведения обширных полевых исследований на птицах и изучения нейронов их добычи я в течение многих лет безуспешно пытался убедить финансирующие организации и скептически настроенных рецензентов грантов в Польше, США и Корее поддержать исследования, оценивающие эту гипотезу, касающуюся ранних пеннарапторовых динозавров. ” комментирует полевой орнитолог Петр Яблонски.
«В конце концов, финансирование, предоставленное Сеульским национальным университетом, позволило нам начать наше совместное исследование и завершить его с некоторым дополнительным финансированием. статью, мы наконец нашли журнал, который позволил рецензировать наши результаты, что привело к ее публикации», — добавляет Петр Яблонский.
«Мы выбрали Caudipteryx как представителя ранних динозавров Pennaraptoran», — объясняет палеонтолог Юонг-Нам Ли, специалист по окаменелостям динозавров и соавтор исследования.
Команда робототехники под руководством Хюнгпила Муна, эксперта в области робототехники, сконструировала робота под названием «Робоптерикс», который по морфологии напоминает каудиптерикс. В то же время группа биологов провела всесторонний анализ разнообразия демонстраций крыльев и хвоста, используемых существующими преследующими нас птицами, чтобы визуально вызвать побег своей добычи.
Исследователи собрали ссылки на видеоролики, иллюстрирующие это разнообразие среди птиц (см. дополнительные материалы в их статье и некоторые другие ссылки на примеры, представленные ниже).
Оснащенный девятью моторами, «Робоптерикс» был запрограммирован на имитацию движений передних конечностей и хвоста птиц, добывающих наземные корма и преследующих воду, таких как большой дорожный бегун (Кэт Авила) или рыжехвостый малиновка (Nature Never Die), в пределах анатомические ограничения, определенные из палеонтологической литературы Минён Соном, экспертом по анатомии меловых динозавров.
Джинсок Пак (первый автор статьи и полевой орнитолог, специализирующийся на птичьем рационе и кормодобыче) вместе с командой полевых биологов провел испытания с «Робоптериксом», чтобы наблюдать поведенческие реакции диких кузнечиков, принадлежащих к древнему отряду. Прямокрылые, вероятно, могут встречаться одновременно с пеннарапторными динозаврами.
Результаты показали, что кузнечики убегали чаще, когда на передних конечностях присутствовали протокрылья, по сравнению с кузнечиками без протокрыльев. Кроме того, кузнечики убегали чаще, когда на протокрыльях были белые пятна, по сравнению с тем, когда они были просто черными. Более того, кузнечики чаще убегали при наличии рулевых перьев, особенно когда площадь рулевых перьев была большой.
Поскольку реакции простых нейронных цепей, участвующих в побеге насекомых-жертв, имеют решающее значение для понимания эволюции стратегии преследования у птиц, исследователи решили сравнить реакции нейронов кузнечиков с гипотетическими проявлениями динозавров.
«Я создал компьютерную анимацию (примеры приведены в дополнительных материалах к статье), имитирующую гипотетические проявления каудиптерикса, и представил ее кузнечикам в лаборатории», — объясняет Джинсок Пак.
«Я использовал доступное недорогое оборудование для записи реакций нейронов», — добавляет Джинсок. Исследователи обнаружили, что реакции нейронов, особенно пиковая скорость стрельбы, были выше в ответ на анимацию с протокрыльями, чем на анимацию без них.
Основываясь на результатах, исследователи утверждают, что добыча динозавров с большей вероятностью убежала бы, если бы присутствовали протокрылья, состоящие из перьев, особенно на концах передних конечностей и с контрастным рисунком, а также когда хвостовые перья, особенно у большой площади, использовались при гипотетических витринах.
«Мы предполагаем, что использование оперения для спугивания добычи может увеличить частоту погони после побега от добычи, тем самым усиливая важность протокрыльев и хвостов в маневрировании для успешного преследования. Это может привести к развитию более крупных и жестких перьев, поскольку это позволит более успешные занятия и более выраженные визуальные проявления», — резюмирует Санг-им Ли, эколог-интегратор, член исследовательской группы, который ранее изучал роль птичьего алулы в воздушных маневрах летающих птиц.
Больше информации:
Джинсок Пак, Побег добычи у добычи и эволюция перистого оперения у динозавров, Scientific Reports (2024). DOI: 10.1038/s41598-023-50225-x. www.nature.com/articles/s41598-023-50225-x
Информация журнала:
Научные отчеты
2024-01-25 16:26:49
1706204781
#По #мнению #биологов #динозавры #могли #использовать #перья #на #передних #конечностях #хвостах #чтобы #спугивать #добычу #преследовать #ее