Нервная система птерозавров развивалась по особенному пути, существенно отличаясь от последовательного сценария эволюции птиц. У летающих ящеров структуры мозга, отвечающие за ориентацию в воздушном пространстве, сформировались параллельно с развитием крыльев, а не были унаследованы от их предков.
Птерозавры стали первыми позвоночными животными на земле, которые освоили активный машущий полет. Они поднялись в небо примерно 220 миллионов лет назад.
Передвижение по воздуху – непростой процесс. Для него необходимы не только крылья и сильные мышцы, но и специфическое устройство нервной системы, обеспечивающее равновесие и обработку зрительной информации. На протяжении длительного времени палеонтологи сталкивались с трудностями в понимании того, как развивался мозг этих летающих рептилий, поскольку черепа ранних птерозавров слишком нежные и недостаточно хорошо сохранились в ископаемых останках.
Сравнивать птерозавров с птицами – обычная практика для исследователей. Хищными были предки птиц динозавры-манирапторы — развитие мозга и хорошее зрение формировались постепенно, еще до первых попыток полета. Птицы, появившись на Земле, использовали для полета уже сформированный мозговой аппарат. В биологии это явление известно как экзаптация.
Определить, действовал ли аналогичный принцип у птерозавров, не представлялось возможным ввиду недостатка информации о строении черепа их ближайших наземных сородичей — лагерпетидов. Новые открытия, включающие хорошо сохранившиеся останки лагерпетид в Бразилии и Аргентине, существенно повлияли на понимание ситуации. Благодаря этому ученые получили возможность изучить внутреннее строение черепов предков птерозавров и проследить эволюционные изменения.
Группа палеонтологов исследовала внутреннюю структуру черепа лагерпетида определенного вида Ixalerpeton polesinensis. Выяснилось, что эволюционный путь птерозавров к полету отличался от пути динозавров и птиц. Полученные данные опубликованы в журнале Current Biology.
В рамках исследования авторы использовали компьютерную томографию для создания трехмерной модели эндокаста – цифровой копии внутренней полости черепа, повторяющей контуры мозга. Затем полученную модель сопоставили с мозгом птерозавров, ранних динозавров и современных птиц.
Анализ продемонстрировал, что мозг наземного предка Ixalerpeton имел примитивное вытянутое строение. Полушария оставались небольшими и узкими: их ширина превышала ширину заднего мозга менее чем в полтора раза. У птерозавров и птиц это соотношение всегда больше двух.
У лагерпетида уже прослеживается одна существенная черта: зрительные доли смещены вниз и в сторону. Подобная локализация характерна для летающих видов, несмотря на то, что предок птерозавров обитал на земле. Скорее всего, улучшенное зрение помогало ему добывать пищу или передвигаться по деревьям.
Появление первых птерозавров ознаменовалось существенными и значительными изменениями в структуре мозга. Обонятельные доли стали меньше, а сам мозг приобрел короткую и округлую форму, обусловленную интенсивным развитием больших полушарий. При этом ключевым изменением стало значительно большее увеличение мозжечка – области мозга, отвечающей за стабилизацию взгляда во время движения головы. У птерозавров мозжечок был больше зрительных долей, что не наблюдается ни у одного другого позвоночного животного.
Связь между необычным размером мозжечка и структурой крыла птерозавра была установлена исследователями. Оно состояло из натянутой кожной мембраны, содержащей мышцы и чувствительные волокна. В отличие от перьев птиц, подобное крыло выполняло функцию огромного органа осязания, передавая в мозг множество сигналов о воздушных потоках и положении тела. Мозжечок обрабатывал эту информацию, что позволяло ящеру оперативно корректировать полет и сохранять концентрацию взгляда на добыче.
Птицы получили структуру мозга от своих предков — наземных динозавров, внеся лишь незначительные изменения. Птерозавры, напротив, совершили нейроанатомическое открытие. Их мозг претерпел существенные изменения, необходимые для полета, причем этот процесс прошел очень быстро, без длительного подготовительного этапа. Эволюция нервной системы этих рептилий была тесно связана с развитием скелета и крыльев, что сделало их безупречными воздушными хищниками своего времени.