Вымершая птица ихтиорнис не отличалась умом и сообразительностью

Недавнее исследование, проведенное коллективом американских ученых, называет по меньшей мере одну причину: более развитый мозг. Построив компьютерную модель окаменелого черепа ихтиорниса — зубастой морской птицы конца мелового периода, — ученые смогли восстановить форму его мозга. Оказалось, что строением мозга примитивные птицы мезозойской эры (не относящиеся к группе веерохвостых, в которую входят и современные птицы) недалеко ушли от своих ближайших родственников — хищных динозавров, и, возможно, именно поэтому вымерли вместе с ними.

Рис. 1. Пара ихтиорнисов на берегу Волжского моря, занимавшего в середине мелового периода территорию современного Поволжья.

Рисунок Андрей Атучин с сайта deviantart.com

Эволюционная история птиц началась еще в юрском периоде, когда из манирапторов (это инфраотряд в составе группы хищных динозавров — теропод) выделились паравесы — оперенные динозавры относительно небольших размеров, обладавшие многими «птичьими» чертами строения (например, ассиметричными запястьями и сильно выгнутыми локтевыми костями). При этом процесс «орнитизации» (приобретения рептилиями птичьих черт) проходил параллельно в нескольких эволюционных линиях динозавров, что, например, привело к появлению энанциорнисовых птиц и многих других «тупиковых» ветвей птичьей эволюции, которые не дошли до современности.

Ихтиорнис является одним из таких «тупиков». Но при этом он является одним из наиболее известных и ценных для науки представителей мезозойских пернатых. Впервые остатки этой птицы размером с мелкую чайку были найдены в 1870 году, благодаря чему ихтиорнис стал одним из наиболее весомых доказательств в копилке эволюционного учения (первое издание «Происхождения видов» вышло только в 1859 году): в 1880 году Чарльз Дарвин написал письмо первоописателю ихтиорниса Отниелу Чарльзу Маршу, в котором отметил, что две зубастые птицы, обнаруженные в США, — ихтиорнис и гесперорнис, — «оказали лучшую поддержку теории эволюции», продемонстрировав неоспоримую связь между беззубыми современными птицами и их зубастыми рептильными предками.

Также ихтиорнис — одна из немногих мезозойских птиц, известных по более чем одному набору окаменелостей: в настоящее время в руках ученых находятся несколько скелетов этого животного различной степени полноты. Некогда выделялось даже несколько видов ихтиорнисов, различающихся размерами и мелкими анатомическими особенностями, однако в настоящее время все они объединены в один вид — Ichthyornis dispar. В конце мелового периода эти птицы были распространены по всей западной части Северной Америки, от Техаса до южной Канады. Около 90 миллионов лет назад эти территории составляли материк Ларамидию и являлись побережьем Западного внутреннего моря.

Несмотря на внешнее сходство с нынешними морскими птицами — например, чайками, — ихтиорнис не является прямым предком современных птиц: согласно результатам проведенного в 2014 году филогенетического анализа, он, если можно так выразиться, их эволюционный «дядюшка», близкий к общему предку всех нынешних пернатых, но обладающий рядом уникальных особенностей строения, не присущими ни нынешним птицам, ни их ископаемым предкам (M. Lee et al., 2014. Morphological Clocks in Paleontology, and a Mid-Cretaceous Origin of Crown Aves). В число таких особенностей входят, к примеру, двояковыгнутые, как у рыб, позвонки (именно поэтому ихтиорниса так назвали: в буквальном переводе его имя означает «рыбоптица») и уже упомянутые многочисленные зубы. Тем не менее, изучение ихтиорниса позволяет ученым лучше понять древних «недоптиц», а также ответить на вопрос, почему из всего птичьего разнообразия мезозойской эры — всех этих энанциорнисовых, ихтиорнисовых, гесперорнисовых — уцелели только веерохвостые птицы, которые и дали начало великому разнообразию современных пернатых.

Рис. 2. Фотография исследованного черепа ихтиорниса (сверху) и его компьютерная модель (снизу, мозг выделен розовым).

Изображение из обсуждаемой статьи в Science Advances

Основой для исследования послужил череп ихтиорниса AMNH FARB 32773 возрастом около 70 миллионов лет (рис. 2): с помощью методов компьютерной томографии ученым удалось получить 3D-модель мозговой полости (рис. 3) и сравнить мозг ихтиорниса с мозгами современных птиц и некоторых нептичьих динозавров — например, алиорама из семейства тираннозаврид. Во-первых, выяснилось, что у ихтиорниса мозг гораздо больше похож на мозги нептичьих динозавров, чем на мозги нынешних птиц: различные отделы мозга — мозжечок, оптические доли и конечный мозг — расположены на одной линии, друг за другом, тогда как у современных птиц эти отделы располагаются более компактно, а оптические доли смещены относительно «оси» мозга вбок и вниз.

Рис. 3. Компьютерная модель мозга ихтиорниса в боковой проекции. Отделы мозга выделены по аналогии с современными рептилиями и птицами. Синим цветом выделен мозжечок, красным — оптические доли мозга, желтым — конечный мозг, белой стрелкой отмечено расположение гиперстриатума — функционального аналога неокортекса млекопитающих, отвечающего за высшие нервные функции — например, визуальную ориентацию в полете.

Рисунок из обсуждаемой статьи в Science Advances

Во-вторых, относительный размер конечного мозга, ответственного за высшие нервные функции — например, когнитивные способности, — у современных птиц намного больше, чем у ихтиорниса, археоптерикса или церебависа (Cerebavis) — тех трех видов мезозойских пернатых, для которых известно хоть что-то про строение мозга. Поскольку строение мозга веерохвостых птиц, современных ихтиорнису, нам пока неизвестно, авторы сравнивают мозг ихтиорниса с мозгами нынешних птиц (рис. 4), предполагая, что именно более примитивный мозг и, как следствие, менее гибкое поведение привело ихтиорнисов и других примитивных птиц к гибели во время массового вымирания.

Рис. 4. Сравнение строения мозга археоптерикса (вверху), ихтиорниса (в середине) и современных птиц на примере снегиря (внизу). У древних мезозойских птиц форма мозга примитивная и приближена к мозгам нептичьих динозавров (например, у них очень маленький конечный мозг, а зрительные доли не смещены вбок), тогда как у современных птиц конечный мозг намного больше.

Рисунок с сайта news.utexas.edu

Авторы исследования предположили, что формирование птичьего мозга современного типа происходило в несколько этапов: у теропод, не принадлежащих к эволюционной линии птиц (например, у алиорама), мозг сохранял «классическую» для динозавров линейную структуру (рис. 5). У примитивных манирапторов, не относящихся к паравесам (например, занабазара), мозжечок и конечный мозг начинают расширяться, а сама ориентация отделов мозга относительно друг друга начинает приближаться к птичьей. Более «продвинутое» расширение мозжечка наблюдается уже у паравесов, таких как живший в конце юрского периода археоптерикс, при этом зрительные доли смещаются вниз и вбок и формируется прямой контакт между мозжечком и конечным мозгом. Наконец, дальнейшее расширение конечного мозга (и сопутствующее ему развитие умственных способностей) произошло только после окончательного формирования птиц современного типа, вероятно — уже в начале кайнозойской эры.

Рис. 5. 3D-реконструкции мозга алиорама, занабазара, археоптерикса и обыкновенного нанду в боковой (верхний ряд) и дорсальной (нижний ряд) проекциях.

Рисунок из обсуждаемой статьи в Science Advances

Авторы обсуждаемой статьи предполагают, что продвинутое строение мозга является общим признаком для всех птиц, переживших массовое вымирание, тогда как динозавры и другие древние птицы, разделившие с ними примитивное строение мозга, не сумели адаптироваться к быстро изменяющимся условиям начала кайнозоя.

Источник: Christopher R.Torres, Mark A. Norell, Julia A. Clarke. Bird neurocranial and body mass evolution across the end-Cretaceous mass extinction: The avian brain shape left other dinosaurs behind // Science Advances. 2021. DOI: 10.1126/sciadv.abg7099.

Анна Новиковская, Elementy.