«Инструкция» к черепу крокодила: ученые СПбГУ впервые описали все структуры мозговой коробки животного, изучив более 70 их 3D-моделей

Дата публикации: 05 июля 2021

Палеонтологи СПбГУ впервые в мире описали все структуры в мозговой коробке черепа современных крокодилов и присвоили единое название каждой ее составляющей. Также в ходе работы исследователям удалось найти новые эволюционные признаки в мозговой коробке животных и разобраться, за счет каких механизмов она приобрела свой нынешний вид. Результаты были опубликованы в Journal of Anatomy.

Мозговая коробка крокодилов имеет особое строение. В отличие от эволюционных родственников (птиц и ящериц), у крокодилов все кости мозговой коробки плотно сращены между собой и образуют монолитную структуру. За счет этого в процессе эволюции у животных сформировались мощные челюсти, благодаря которым крокодилы смогли разгрызать твердый панцирь раков и черепах, охотиться на рыбу и наземных животных, включая динозавров. Таким образом им удалось занять нишу хищников и дожить до современности.

Сегодня по сравнению с другими отделами черепа крокодилов строение мозговой коробки изучено недостаточно хорошо. Все потому, что до недавнего времени у ученых не было возможности исследовать монолитную структуру так, чтобы в итоге ценный коллекционный образец остался целым. Одновременно с этим в уже известных данных существует путаница в терминах и обозначениях — это затрудняет работу многим исследователям, занятым изучением эволюции крокодилов.

Исправить эту ситуацию решили аспирант СПбГУ Иван Кузьмин вместе с коллегами из СПбГУ, Палеонтологического института РАН имени А. А. Борисяка, Научно-практического клинического центра диагностики и телемедицинских технологий департамента здравоохранения города Москвы и Смитсоновского института (США). Для этого с помощью компьютерной томографии и специальной программы для трехмерной визуализации Amira они создали и изучили 3D-модели 75 мозговых коробок современных крокодилов. Это позволило, не повреждая коллекционные образцы, в буквальном смысле разобрать их по косточкам и изучить каждую деталь. Кроме того, исследователи проанализировали научные публикации с описанием строения мозговой коробки с начала XIX века. Самой ранней изученной работой стала статья 1821 года.

В результате ученые составили сводную таблицу, в которой присвоили название каждой структуре в мозговой коробке крокодилов. «Наша работа — первая, в которой подробно описан этот отдел черепа и приведен полный упорядоченный перечень всех его деталей. Некоторые термины мы ввели впервые, например названия отростков костей в слуховой области. В одних случаях потому, что структуры были названы до нас неправильно, в других — потому что мы обнаружили новые звенья», — отмечает первый автор исследования, магистр СПбГУ Иван Кузьмин.

В ходе изучения 3D-моделей черепов исследователи нашли ранее неизвестные эволюционные признаки. Новые данные, по мнению ученых, смогут помочь лучше разобраться в строении скелета крокодилов, а также разрешить противоречия вокруг генеалогического древа пресмыкающихся. Дело в том, что уже почти 30 лет молекулярные биологи и палеонтологи не могут сойтись во мнении, в какой последовательности должны располагаться виды крокодилов на филогенетическом дереве. Так, например, молекулярные биологи на основании исследований генов считают, что самыми примитивными являются аллигаторы, а палеонтологи, изучая ископаемые остатки, приходят к выводу, что гавиалы. «В дальнейшем мы планируем провести филогенетический анализ и на основании результатов разрешить этот конфликт, — рассказывает Иван Кузьмин. — По начальным предположениям, скорее всего, правы молекулярные биологи».

Во время исследования авторы также выяснили, за счет каких механизмов мозговая коробка крокодилов приобрела монолитное строение. Исследователи сравнили эволюцию черепа у ископаемых родственников крокодилов с развитием черепа у эмбрионов современных животных. Они обнаружили, что в районе мозговой коробки у крокодилов, в отличие от ящериц и птиц, на начальном этапе онтогенеза появляются дополнительные структуры.

«Кость у эмбриона формируется двумя способами: эндохондральным и дермальным. В первом случае сначала появляется хрящ, который впоследствии окостеневает. Во втором кость закладывается сразу как кость, — объясняет Иван Кузьмин. — Большая часть мозговой коробки всех животных образуется эндохондральным способом. Но у крокодилов, как выяснилось, все происходит иначе. Помимо структур, которые формируются эндохондрально, у них появляются новые звенья, закладывающиеся сразу в виде костей. То есть к хрящевым структурам, как в конструкторе LEGO, присоединяются новые костные блоки, которые у других животных отсутствуют. При дальнейшем росте эмбриона хрящи преобразуются в кости, и все срастается вместе в единую структуру».

Поделиться: