Думать как динозавр

Палеонтологи СПбГУ впервые подробно изучили строение мозга и сосудов головы анкилозавра Bissektipelta archibaldi — травоядного динозавра, внешне похожего на современного броненосца. Ученым помогла первая сделанная в России трехмерная компьютерная реконструкция эндокаста древнего ящера — виртуального «слепка» его черепной коробки. Работа позволила выяснить, что анкилозавры и, в частности, биссектипельта умели остужать мозги, обладали хорошим обонянием, слышали низкочастотные звуки, но при этом их мозг был в полтора раза меньше, чем у современных животных такого же размера. Результаты исследования опубликованы в журнале Biological Communications.

Анкилозавры появились на Земле в середине юрского периода — примерно 160 миллионов лет назад — и просуществовали вплоть до конца эпохи динозавров, завершившейся 65 миллионов лет назад.

Эти растительноядные животные внешне напоминали современных черепах или броненосцев, были покрыты мощной броней, а иногда даже обладали костяной булавой на хвосте. Ученых заинтересовали остатки анкилозавров из Узбекистана с уникальной сохранностью.

Хотя эти окаменелости были известны уже 20 лет, только сейчас выдалась уникальная возможность исследовать образцы изнутри с помощью современных методов.

В ходе исследования палеонтологи изучили три фрагмента ископаемых черепов анкилозавра Bissektipelta archibaldi, найденных во время серии международных экспедиций URBAC (Uzbek/Russian/British/American/Canadian Joint Paleontological Expeditions) в конце 1990-х — начале 2000-х годов на местонахождении Джаракудук в пустыне Кызылкум в Узбекистане.

Оно уникально тем, подчеркивают ученые, что здесь можно обнаружить многочисленные остатки разнообразных представителей древней фауны (возраст около 90 миллионов лет), включая динозавров, птерозавров, крокодилов, птиц, млекопитающих и других позвоночных животных.

«Это действительно одно из самых богатых местонахождений в мире, и на данный момент фауна Джаракудука насчитывает более 100 видов древних позвоночных, — рассказал доцент СПбГУ, специалист по мезозойским позвоночным доктор биологических наук Павел Скучас. — Конечно, такое многообразие жизни не было бы открыто без масштабных экспедиционных работ. Серия из девяти экспедиций URBAC, проведенная с 1997 по 2006 год, объединила усилия палеонтологов многих стран в поиске костей древних животных».

Материал, который был собран в то время (десятки фрагментов черепов и скелетов, сотни тысяч изолированных костей), ученые до сих пор используют в научных исследованиях и говорят, что его хватит на много лет вперед.

Сегодня три фрагмента ископаемых черепов анкилозавра из Узбекистана хранятся в Зоологическом институте РАН, но временно переданы для исследований на кафедру зоологии позвоночных СПбГУ.

100 миллионов лет прожили на планете анкилозавры.

«Благодаря развитию технологий компьютерной томографии (КТ) за последние 15–20 лет палеонтологам удается все больше узнавать о том, как был устроен мозг динозавров, — рассказал ведущий автор статьи, аспирант СПбГУ Иван Кузьмин.

— Мы решили переописать вид Bissektipelta archibaldi, смогли уточнить его место на филогенетическом дереве анкилозавров, а также сделать 3D-реконструкцию эндокаста его мозговой полости с помощью КТ. Важно понимать, что виртуальный «слепок» черепной коробки — это не совсем мозг: нужно внимательно разбираться, чтобы понять, какого размера был сам мозг, где находились его части, как проходили сосуды и нервы».

После кропотливой трехлетней работы ученым удалось узнать, что немалую часть мозга Bissektipelta archibaldi занимали обонятельные луковицы — около 60 % от размера больших полушарий.

Биссектипельта могла похвастаться хорошим обонянием, которое, вероятно, помогало ей искать пищу, сородичей противоположного пола и вовремя чувствовать приближение хищников, ведь с такой тяжелой броней и неповоротливой фигурой, как у анкилозавров, нужно знать об опасности заранее.

Нюх анкилозавров даже можно сравнить с нюхом известного хищника тираннозавра рекса — его обонятельные луковицы были все же больше, около 65–70 % от размеров больших полушарий.

«Другое интересное умение анкилозавров, о котором мы узнали, — это способность в прямом смысле охлаждать мозги, — рассказал Иван Кузьмин. — Сеть вен и артерий в их голове оказалась очень сложная: они шли не однонаправленно, а постоянно друг с другом сообщались, как система железнодорожных путей.

-Возможно, кровь могла течь в разных направлениях и перераспределяться, сохраняя оптимальную температуру мозга животного. Например, нагрелось у анкилозавра темечко, а сосуды теплую кровь быстро отвели, создав эффект экранирования — будто бы динозавр надел панамку от солнца. К тому же устройство кровеносной системы в голове анкилозавров оказалось больше похоже на сосуды современных ящериц, чем на более близких современных родственников динозавров — крокодилов или птиц».

Еще один важный вывод касается слуха Bissektipelta archibaldi: палеонтологам удалось исследовать внутреннее ухо древнего животного — по его анатомии можно понять, звуки какой частоты мог слышать анкилозавр. Оказалось, что диапазон составляет примерно от 300 до 3000 герц, — в таком же диапазоне слышат современные крокодилы.

Это достаточно низкие частоты, которые соответствуют сравнительно крупным размерам анкилозавров. Чем крупнее современные животные, тем более низкочастотные звуки они издают и слышат. Палеонтологи предположили, что в процессе эволюции анкилозавры увеличивались в размерах, поэтому более поздние формы воспринимали звуки еще более низких частот.

«Для современных видов животных характерна определенная связь между массой тела и мозга, — объяснил Иван Кузьмин. — Если посмотреть на динозавров, то анкилозавры и их ближайшие родственники (стегозавры) были практически аутсайдерами: масса их мозга оказалась как минимум наполовину меньше того, что мы бы ожидали увидеть исходя из сравнения с современными животными, — около 26,5 грамма для трехметровой особи биссектипельты. Объем мозга можно сравнить с двумя грецкими орехами. Тем не менее анкилозавры просуществовали на планете 100 миллионов лет, были вполне успешными с точки зрения эволюции. Но, судя по размеру обонятельных луковиц, нюхали они все же чуть быстрее, чем думали».

На следующем этапе работы ученые хотели бы изучить ископаемые черепа других видов анкилозавров, чтобы проверить высказанные в статье гипотезы.

Кроме того, палеонтологи продолжают использовать компьютерную томографию и сегодня работают с виртуальными «слепками» черепов гадрозавров — утконосых динозавров, чьи остатки были найдены на том же местонахождении в Узбекистане.

Кроме Ивана Кузьмина и Павла Скучаса в исследовании приняли участие Иван Петров — старшеклассник, воспитанник эколого-биологического центра «Крестовский остров» Санкт-Петербургского городского дворца творчества юных; Александр Аверьянов — заведующий лабораторией териологии Зоологического института РАН, профессор СПбГУ; Елизавета Бойцова —выпускница СПбГУ, которая занималась визуальной частью работы, а также Ханс-Дитер Зюсс — известный палеонтолог из Смитсоновского национального музея естественной истории. К тому же петербургский специалист по 3D-печати Павел Краснов помог исследователям распечатать трехмерную модель эндокаста анкилозавра в реальном размере.

Для информации

Научная статья стала главным материалом последнего номера журнала Biological Communications — обновленного три года назад «Вестника Санкт-Петербургского университета. Серия 3. Биология», который издавался на русском языке с 1946 года.

Сегодня он превратился в англоязычный журнал широкого профиля в области биологических наук, главная цель которого — рассказывать о лучших достижениях российской биологии, в первую очередь за рубежом. Главным редактором издания после его обновления стал доцент кафедры зоологии позвоночных Петербургского университета Егор Малашичев, который ушел из жизни в конце 2018 года. Палеонтологи СПбГУ опубликовали эту статью в Biological Communications в память о своем друге и талантливом ученом.