大腦袋和靈活的頭骨是如何導(dǎo)致現(xiàn)代鳥類進化的 _大腦

鳥類、爬行動物和恐龍頭骨的比較。圖片來源：亞歷克·威爾肯，凱西·霍樂黛
據(jù)芝加哥大學(xué)：現(xiàn)代鳥類是恐龍的近親。看看像雞和鴕鳥這樣用兩條后腿直立行走的不會飛的鳥類，或者像鷹和鷹這樣有著鋒利爪子和敏銳視力的捕食者的特征，它們與《侏羅紀(jì)公園》中著名的伶盜龍等小型獸腳類恐龍的相似之處是驚人的。
然而，鳥類在許多重要方面與爬行動物祖先不同。它們進化的一個轉(zhuǎn)折點是更大的大腦的發(fā)展，這反過來又導(dǎo)致了它們頭骨大小和形狀的變化。
芝加哥大學(xué)和密蘇里大學(xué)的一項新研究表明，這些物理變化如何影響鳥類移動和使用喙進食和探索棲息地的機制——這些適應(yīng)性幫助它們進化成我們今天看到的非常多樣化的有翼生物。
這項研究發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》上，題為“鳥類顱骨運動是鳥類起源過程中腦化增加的結(jié)果” 。
“擺動”頭骨的好處
現(xiàn)代鳥類以及蛇和魚類等其他動物的頭骨上的下顎和腭不像哺乳動物、海龜或非鳥類恐龍那樣僵硬和固定。芝加哥大學(xué)綜合生物學(xué)研究生、這項新研究的主要作者亞歷克·威爾肯稱這種靈活的頭骨為“擺動的” 。他說，這種特征使得弄清楚這些部分是如何協(xié)同工作的變得更加困難。
威爾肯說：“僅僅因為你有一個關(guān)節(jié)，并不意味著你知道它是如何運動的。” 。“所以，你還必須考慮肌肉將如何拉動關(guān)節(jié)，它們有什么樣的扭矩，以及頭部的其他關(guān)節(jié)如何限制活動性。”
Wilken于2015年加入該項目，當(dāng)時他還是密蘇里大學(xué)的一名本科生。密蘇里大學(xué)病理學(xué)和解剖學(xué)副教授Casey Holliday博士研究了頭骨、下頜肌肉和進食機制在從恐龍到鳥類的過渡過程中是如何變化的，Wilken加入了他的實驗室提供幫助。
該團隊首先對現(xiàn)代鳥類和鱷魚等相關(guān)爬行動物的各種化石和骨骼進行了CT掃描。利用這些圖像中的數(shù)據(jù)，他們建立了3D模型來計算頭骨和頜骨的運動力學(xué)——肌肉大小和位置、它們的運動以及它們?nèi)绾谓Y(jié)合在一起的物理過程。
現(xiàn)代鳥類和其他動物之間的一個關(guān)鍵區(qū)別是，它們具有所謂的“顱骨運動”：能夠獨立移動頭骨的不同部分。這使鳥類具有進化優(yōu)勢，因為它們可以擴大味覺來吃不同種類的食物，或者將喙用作多功能工具。
威爾肯說：“像這樣擺動的頭真的給它們帶來了很多進化上的好處。” 。例如，鸚鵡可以用喙幫助攀爬；額外的扭矩有助于其他鳥類敲碎堅果和種子。
“在某些方面，喙的功能就像一只代理手，但在進食時能夠移動腭部也是幫助它們獲取食物和生存的關(guān)鍵。”
從恐龍到鳥類的一連串變化
當(dāng)研究小組分析3D模型的數(shù)據(jù)時，他們發(fā)現(xiàn)，隨著非鳥類獸腳類恐龍大腦和頭骨尺寸的增加，肌肉會轉(zhuǎn)移到不同的位置，使腭分離并變得可移動。這些變化反過來又增加了肌肉力量，這為大多數(shù)現(xiàn)代鳥類的顱骨運動提供了動力。
霍利迪說：“我們看到了恐龍到鳥類過渡過程中發(fā)生的一連串變化。” 。“這在很大程度上取決于鳥類何時進化出相對較大的大腦。就像人類一樣，更大的大腦會導(dǎo)致頭骨發(fā)生很多變化。”
隨著古生物學(xué)家發(fā)現(xiàn)更多關(guān)于恐龍的細節(jié)，它們與現(xiàn)代鳥類之間的分界線變得模糊（是的，鳥類在技術(shù)上是恐龍，但我們在這里說的是廣義的）。
科學(xué)家過去認(rèn)為羽毛是關(guān)鍵，但現(xiàn)在我們知道許多真正的恐龍也有羽毛。飛行也進化了不止一次，當(dāng)然，許多著名的經(jīng)典恐龍也能飛行。
然而，靈活的頭骨和腭比始祖鳥等過渡恐龍/鳥類生物出現(xiàn)得晚，Holliday認(rèn)為這可能成為一個關(guān)鍵的區(qū)別。“顱骨運動可能是現(xiàn)代鳥類與其更像恐龍的鳥類祖先之間的明確分界線之一。”