Птерозавры стали первыми позвоночными животными на земле, которые освоили активный машущий полет. Они поднялись в небо примерно 220 миллионов лет назад.
Полет — сложный способ передвижения. Он требует не только крыльев и мощных мышц, но и особого строения нервной системы для равновесия и обработки зрительной информации. Долгое время палеонтологи не могли понять, как сформировался мозг этих летающих ящеров, поскольку черепа ранних птерозавров слишком хрупкие и плохо сохранились в летописи окаменелостей.
Ученые часто сравнивают птерозавров с птицами. Предки птиц — хищные динозавры-манирапторы — развивали мозг и хорошее зрение постепенно, задолго до первых попыток взлететь. Когда появились птицы, они использовали для полета уже подготовленный мозговой аппарат. Это явление в биологии называют экзаптацией.
Выяснить, сработал ли такой же механизм у птерозавров, не удавалось из-за отсутствия данных о строении черепа их ближайших наземных родственников — лагерпетидов. Ситуацию изменили недавние находки хорошо сохранившихся останков лагерпетидов в Бразилии и Аргентине. Это позволило исследователям заглянуть внутрь черепной коробки предков птерозавров и восстановить ход эволюционных событий.
Группа палеонтологов изучила внутреннее строение черепа лагерпетида вида Ixalerpeton polesinensis. Оказалось, путь крылатых ящеров к небу был совершенно иным, чем у динозавров и птиц. Результаты опубликованы в журнале Current Biology.
Авторы статьи применили компьютерную томографию и создали трехмерную модель эндокаста — цифрового слепка внутренней полости черепа, который повторяет форму мозга. Полученную модель сравнили с мозгом птерозавров, ранних динозавров и современных птиц.
Анализ показал, 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.
Однако у лагерпетида уже заметна одна важная особенность: зрительные доли сместились вниз и вбок. Такое положение характерно для летающих животных, хотя предок птерозавров жил на земле. Вероятно, улучшенное зрение помогало ему охотиться или лазать по деревьям.
С появлением первых птерозавров форма мозга изменилась резко и радикально. Обонятельные луковицы уменьшились, а сам мозг стал коротким и округлым из-за сильного разрастания больших полушарий. Главным новшеством было гигантское увеличение клочка — отдела мозжечка, который отвечает за стабилизацию взгляда при движении головы. У птерозавров клочок по размеру превосходил зрительные доли, чего не встречается ни у одного другого позвоночного.
Ученые связали аномальный размер мозжечка со строением крыла птерозавра. Оно представляло собой натянутую кожную мембрану, пронизанную мышцами и чувствительными волокнами. В отличие от перьев птиц, такое крыло служило огромным органом осязания и передавало в мозг массу сигналов о потоках воздуха и положении тела. Мозжечок обрабатывал эту информацию, чтобы ящер мог быстро корректировать полет и удерживать фокус зрения на добыче.
Птицы унаследовали структуру мозга от наземных динозавров и лишь немного доработали ее. Птерозавры же создали нейроанатомическую инновацию. Их мозг трансформировался под задачи полета стремительно, без долгой предварительной подготовки. Развитие нервной системы этих рептилий шло рука об руку с эволюцией скелета и крыльев, превратив их в идеальных воздушных хищников своего времени.