鳥(niǎo)類頭骨和大腦看起來(lái)像年輕的恐龍，提供了他們獨(dú)特的進(jìn)化和現(xiàn)代成功的線索。今天發(fā)表在“自然生態(tài)學(xué)與進(jìn)化論”上的一項(xiàng)新研究表明，鳥(niǎo)類的頭骨與其親屬和祖先的進(jìn)化方式不同，而且更像是年輕的恐龍和鱷魚(yú)。

鳥(niǎo)類是羽毛恐龍群中唯一幸存的成員，并且是現(xiàn)代鱷魚(yú)(短吻鱷，鱷魚(yú)和gavials)的近親。然而，鳥(niǎo)類有獨(dú)特的骨骼，特別是它們的喙頭骨，它們具有更寬的圓頂形顱骨，以適應(yīng)比例更大的大腦和眼睛。

此前，來(lái)自帝國(guó)生命科學(xué)系的Arkhat Abzhanov博士及其同事確定，鳥(niǎo)類頭骨的形狀最像年輕的非鳥(niǎo)類(非鳥(niǎo)類)恐龍。

這種進(jìn)化現(xiàn)象被稱為“paedomorphism” - 成年人保留的特征通常只在其祖先的幼年階段(胚胎或嬰兒)中看到。Paedomorphism是由生物體發(fā)育事件的時(shí)間變化引起的 - 例如在后期生長(zhǎng)某些身體部位，較慢或根本不生長(zhǎng)。

眾所周知，它們?cè)谝恍┬挛锓N的進(jìn)化中發(fā)揮著重要作用，因?yàn)?ldquo;年輕”生物與其更“成熟”的親戚相比可以采用不同的生活方式，避免對(duì)相同資源的競(jìng)爭(zhēng)。

嬰兒臉鳥(niǎo)

為了更好地了解鳥(niǎo)類獨(dú)特頭骨在從更原始的爬行動(dòng)物進(jìn)化過(guò)程中的起源，耶魯大學(xué)的Abzhanov博士及其同事現(xiàn)在分析了大腦和頭骨之間的關(guān)系。

他們研究了兩種結(jié)構(gòu)在胚胎發(fā)育過(guò)程中如何相對(duì)于彼此在現(xiàn)代鳥(niǎo)類和它們的爬行動(dòng)物親屬中相互變化。

脊椎動(dòng)物(具有骨干的動(dòng)物)的頭骨形成為一系列較大的骨骼，對(duì)應(yīng)于大腦的特定區(qū)域。例如，額骨覆蓋前腦，而頂骨覆蓋中腦。

隨著大腦在早期胚胎中生長(zhǎng)，頭骨與大腦的形狀緊密匹配 - 新的研究表明，正面和頂葉之間的邊界與大多數(shù)脊椎動(dòng)物群體中前腦和中腦之間的邊界完全匹配。

然而，在恐龍，鱷魚(yú)和其他爬行動(dòng)物的后期發(fā)展過(guò)程中，顱骨不再像大腦一樣緊密地反映大腦的生長(zhǎng)。后來(lái)在發(fā)展中，顱肌和其他組織也開(kāi)始影響顱骨形狀。

研究小組發(fā)現(xiàn)，在鳥(niǎo)類中，大腦 - 頭骨關(guān)系的這種變化從未發(fā)生過(guò)，并且頭骨的頂部在整個(gè)發(fā)育過(guò)程中繼續(xù)與大腦形狀相匹配。換句話說(shuō)，鳥(niǎo)類將其原始的胚胎大腦和顱骨結(jié)構(gòu)保持到成年期。

Abzhanov博士說(shuō)：“鳥(niǎo)類的頭骨和大腦與成年非鳥(niǎo)類恐龍和其他爬行動(dòng)物的大腦截然不同，我們可以證明這些差異反映了鳥(niǎo)類如何進(jìn)化成為永遠(yuǎn)年輕的恐龍物種。

“我們的研究進(jìn)一步證明，成年現(xiàn)代鳥(niǎo)類與幼年(非禽類)恐龍有很多共同點(diǎn)，這一觀察結(jié)果導(dǎo)致了對(duì)其祖先胚胎發(fā)育的具體調(diào)整的啟示。”

發(fā)展和進(jìn)化

為了進(jìn)行這項(xiàng)研究，該團(tuán)隊(duì)使用3D技術(shù)分析了各種爬行動(dòng)物的頭骨形狀，包括早期爬行動(dòng)物祖先的化石頭骨和滅絕的鱷魚(yú)和恐龍，以及現(xiàn)代物種的胚胎和幼體的頭骨，如短吻鱷和鳥(niǎo)類。

通過(guò)比較古代化石和現(xiàn)代爬行動(dòng)物早期生命中的大腦和頭骨，該團(tuán)隊(duì)能夠使用相同的分析方法來(lái)研究腦 - 顱骨相互作用的進(jìn)化和發(fā)育方面。

經(jīng)常發(fā)現(xiàn)胚胎體內(nèi)的結(jié)構(gòu)如何反映這些結(jié)構(gòu)在進(jìn)化過(guò)程中如何發(fā)生變化。例如，早期階段的胚胎人類看起來(lái)很像胚胎魚(yú)，后來(lái)發(fā)展成為其他哺乳動(dòng)物的胚胎，背叛了我們?cè)谶M(jìn)化樹(shù)上的起源。

頭骨的發(fā)育是一個(gè)特別復(fù)雜的過(guò)程，其中硬骨組織必須與許多其他器官相互作用，例如眼睛和大腦。通過(guò)發(fā)育，鳥(niǎo)類的頭骨看起來(lái)比其他爬行動(dòng)物的比例更大，更圓，保留了它們的胚胎特征。

進(jìn)化優(yōu)勢(shì)

鳥(niǎo)類的眼窩比恐龍或鱷魚(yú)的眼窩大，允許更大的眼睛，中腦也更大 - 這是在飛行中跟蹤運(yùn)動(dòng)的重要中心。

較大的眼睛和大腦，尤其是中腦部分，使鳥(niǎo)類能夠產(chǎn)生更好的視覺(jué)感官和視覺(jué)信息處理。即使在最早的鳥(niǎo)類中，這些特征也是顯而易見(jiàn)的，例如始祖鳥(niǎo)，與最后的恐龍一起演化 - 并且可能幫助它們?cè)谙麥缬H人的滅絕中幸存下來(lái)。

該團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在希望能夠確定控制顱骨發(fā)育和進(jìn)化的確切遺傳機(jī)制 - 大腦如何控制頭骨的大小和形狀?

Abzhanov博士說(shuō)：“進(jìn)化是對(duì)發(fā)育過(guò)程的改變的積累和選擇。研究鳥(niǎo)類是一個(gè)迷人的主題，因?yàn)樗鼈儽Ａ袅?#39;年輕'恐龍祖先的特征，同時(shí)也清楚地添加了自己的適應(yīng)性，如無(wú)牙喙和翅膀。

“鳥(niǎo)類是非常成功的生物體，在世界各地，遍布各大洲和海洋，已經(jīng)多樣化成千種生態(tài)獨(dú)特的物種。我們認(rèn)為它們的paedomorphism有助于這種成功，但只有通過(guò)了解潛在的發(fā)育過(guò)程，我們才能確定它們的獨(dú)特適應(yīng)性。實(shí)際上已經(jīng)進(jìn)化了。“

按頭骨排序

主要方法是從滅絕和現(xiàn)代物種中生成頭骨的3D計(jì)算機(jī)斷層掃描，并使用計(jì)算機(jī)軟件跟蹤其形狀的任何變化。

該團(tuán)隊(duì)對(duì)頭骨的3D建模代表了該研究中許多物種的一些最佳(在某些情況下是首先)特征。顱骨通常用于識(shí)別動(dòng)物物種，將它們分組，并通過(guò)跟蹤物種中某些骨骼的變化來(lái)確定它們的進(jìn)化過(guò)程。

Abzhanov博士說(shuō)：“這項(xiàng)來(lái)自爬行動(dòng)物進(jìn)化的頭骨調(diào)查的另一個(gè)有用結(jié)果是更好地識(shí)別個(gè)體顱骨的(經(jīng)常有爭(zhēng)議的)進(jìn)化命運(yùn)，特別是在對(duì)鳥(niǎo)類過(guò)渡的戲劇性爬行動(dòng)物期間。”