Рост мозга у древних млекопитающих был связан с развитием обоняния

 

Рост мозга у древних млекопитающих был связан с развитием обоняния

Соотношение отделов мозга у млекопитающих, птиц и рептилий.Коричневым цветомпоказаны полушария переднего мозга и обонятельные луковицы,оранжевым- средний мозг,серым- мозжечок. Эволюционное деревовлевой части рисункапредельно упрощено: оно показывает родственные связи птиц и млекопитающих с современными рептилиями, но не отражает того обстоятельства, что предки птиц и млекопитающих тоже были рептилиями. Рисунок изсинопсисак обсуждаемой статье вScience

Американские палеонтологи припомощи компьютерной рентгеновской томографии изучили эндокасты (мозговые полости) двух раннеюрских маммалиаформ- животных, переходных между зверозубыми рептилиями цинодонтами и первыми млекопитающими. Исследование показало, что становление млекопитающих сопровождалось значительным увеличением мозга, которое проходило втри этапа. Напервом этапе увеличились отделы мозга, отвечающие за обоняние и сенсомоторные функции (осязание и координацию движений); два последующих этапа отражают дальнейшее совершенствование обоняния.

Эволюционная история наземных позвоночных (тетрапод) началась стого, что вконце девонского периода (380-360млн лет назад) одна из групп древних лопастепёрых рыб дала начало первым амфибиям. Вследующем, каменноугольном периоде от амфибий произошли рептилии, которые вскоре подразделились на несколько эволюционных линий. Важнейшую роль в последующей истории наземной фауны сыграли две из них:диапсиды(см. такжеDiapsid) исинапсиды(см. такжеSynapsid). Диапсидные рептилии подразделилась на архозавров (ккоторым относятся, вчастности, динозавры и произошедшие от них птицы) и лепидозавров (ящерицы, змеи и другие). Синапсидные рептилии были многочисленны и разнообразны в пермском и триасовом периодах, но потом мало-помалу вымерли, заисключением одной группы, которая дала начало млекопитающим.

Эволюционный переход от синапсидных рептилий к млекопитающим был длительным и постепенным; изучен он весьма подробно (см.:маммализация териодонтов). Древнейшие ископаемые находки животных, которых палеонтологи безоговорочно считают “настоящими млекопитающими”, имеют позднетриасовый возраст (немногим более 200млн лет назад). Непосредственных предков первых млекопитающих относят к группе “маммалиаформ”, которые, всвою очередь, представляют собой одну из ветвейцинодонтов. Цинодонты являются одной из групптериодонтов, или зверозубых ящеров, а териодонты- это одна из эволюционных ветвей синапсид.

Палеонтологи детально реконструировали основные этапы эволюционных преобразований зубов и скелета териодонтов помере их “маммализации”- постепенного эволюционного движения всторону млекопитающих. Обэволюции мозга известно значительно меньше. Между тем очевидно, что именно прогрессивное развитие мозга вомногом предопределило эволюционный успех млекопитающих.

Мозг млекопитающих радикально отличается от мозга рептилий, втом числе цинодонтов, не только своим размером, но и строением. Вчастности, умлекопитающих развилась так называемая “новая кора”-неокортекс(см. такжеNeocortex), отвечающая за сенсомоторные функции, резко увеличились обонятельные луковицы и отделы коры, связанные с обонянием, атакже мозжечок. Но отом, когда и вкакой последовательности произошли эти изменения входе эволюционного становления млекопитающих, досих пор было известно очень мало.

Рост мозга у древних млекопитающих был связан с развитием обоняния

Реконструкция внешнего обликаMorganucodon(Smithsonian Institution). Изображение с сайта galeri.uludagsozluk.com

Изучение мозга маммалиаформ и первых млекопитающих затруднялось, во-первых, редкостью находок хорошо сохранившихся черепов, во-вторых- тем обстоятельством, что для изучения эндокаста (слепка мозговой полости, покоторому можно судить о размере и форме мозга) череп, как правило, нужно было разрушить.

Статья американских палеонтологов, опубликованная в последнем номере журналаScience, взначительной мере заполняет этот досадный пробел. При помощикомпьютерной рентгеновской томографииавторам удалось, не разрушая драгоценных черепов, получить детальные трехмерные изображения эндокастов двух маммалиаформ, живших вначале ранней юры (200-190млн лет назад) на территории нынешнего Китая.

Изученные маммалиаформыMorganucodon oehleriиHadrocodium wui- ближайшие родственники первых “настоящих” млекопитающих. Построению скелета они представляют собой классические переходные формы между “еще рептилиями” и “уже млекопитающими”. При этомMorganucodonстоит ближе к “базальным” (примитивным) цинодонтам, аHadrocodiumнастолько близко подошел к млекопитающим, насколько это возможно, оставаясь формально запределами группы. Исследование показало, что построению мозга эти животные тоже занимают промежуточное положение между типичными цинодонтами и их потомками- млекопитающими.

Ранее были изучены эндокасты базальных цинодонтовThrinaxodonиDiademodon. Выяснилось, что мозг уних был еще вполне “рептильный” посвоему размеру и строению.

Рост мозга у древних млекопитающих был связан с развитием обоняния

Базальный цинодонтThrinaxodon(Южная Африка, Антарктика, ранний триас, 248-245млн лет назад). Изображение с сайта en.wikipedia.org

Относительный размер мозга у позвоночных животных оценивается припомощи “коэффициента энцефализации” (EQ), который вычисляют по эмпирически выведенной формулеEQ=EV/(0,055[Wt]0,74), где EV- объем мозговой полости вмиллилитрах, Wt- масса тела вграммах. Убазальных цинодонтов EQ варьирует от0,16 до0,23.Обонятельные луковицыуних были небольшие, а вносу не было окостеневшихносовых раковин, что свидетельствует о слабом развитии обонятельного эпителия. Передний мозг был маленький и узкий, не подразделенный на отделы, без признаков наличия неокортекса. Средний мозг и эпифиз (“теменной глаз”) не были закрыты сверху полушариями переднего мозга. Мозжечок был шире переднего мозга, спинной мозг тонкий. Эти и другие “рептильные” особенности мозга и черепа цинодонтов свидетельствуют о том, что уних, посравнению с млекопитающими, было слабое обоняние и не слишком совершенные зрение, слух, осязание и координация движений.

Рост мозга у древних млекопитающих был связан с развитием обоняния

Эндокасты маммалиаформMorganucodon(A-B) иHadrocodium(E-H),реконструированные при помощи рентгеновской томографии.Ob- обонятельные луковицы,Ncx- неокортекс,Ocx- обонятельная кора,Cb- мозжечок. Изображение из обсуждаемой статьи вScience

МозгMorganucodon, как выяснилось, был гораздо больше похож на мозг млекопитающего. Пообъему он вполтора раза превосходит мозг базальных цинодонтов (EQ=0,32). Сильнее всего увеличились обонятельная луковица и обонятельная кора. Это совсей очевидностью указывает на развитое обоняние. Полушария переднего мозга стали выпуклыми благодаря развитию неокортекса; они закрывают средний мозг и эпифиз при взгляде сверху, как умлекопитающих. Передний мозгMorganucodonшире мозжечка, хотя мозжечок тоже заметно вырос посравнению с базальными цинодонтами.

Увеличение мозжечка говорит об улучшенной координации движений. На это же указывает и более толстый, чем убазальных цинодонтов, спинной мозг.

Развитие неокортекса удревних млекопитающих было связано впервую очередь с совершенствованием соматосенсорных функций (см.Somatosensory system). Значительная часть неокортекса упримитивных млекопитающих, таких как опоссум,- это так называемая соматосенсорная кора, которая отвечает за сбор и анализ сигналов, приходящих от многочисленныхмеханорецепторов, рассеянных по всему телу. Особенно много таких рецепторов приурочено к волосяным фолликулам.

По мнению многих палеонтологов, волосы выполняли сначала тактильную (осязательную) функцию, а для терморегуляции стали использоваться позже, когда упредков млекопитающих начала развиваться гомойотермия (теплокровность). УMorganucodonиHadrocodiumдостоверных остатков волосяного покрова пока не обнаружено, однако их близкий родственник- похожий на бобра маммалиаформCastorocauda- был покрыт густым мехом, состоявшим, как у современных зверей, из осевых волос и подшерстка (см.:Скелет удивительного водоплавающего зверя обнаружен в юрских отложениях Китая, “Элементы”, 12.03.2006). Это позволяет предположить, чтоMorganucodonиHadrocodiumтоже были покрыты шерстью. Помнению авторов, появление неокортекса у маммалиаформ было тесно связано с развитием волосяного покрова и осязания.

Рост мозга у древних млекопитающих был связан с развитием обоняния

Коэффициент энцефализации у млекопитающих и их предков.Оранжевые столбики- цинодонты,зеленый-Morganucodon,красный-Hadrocodium,синие- “настоящие” млекопитающие. Вымершие формы отмеченыкрестиками. Отделы мозга:красным цветомпоказаны обонятельные луковицы (olfactory bulb),зеленым- кора полушарий переднего мозга, втом числе неокортекс (neocortex) и обонятельная кора (pyriform cortex),желтым- мозжечок (cerebellum). Рисунок из обсуждаемой статьи вScience

МозгMorganucodon, базального представителя маммалиаформ, иллюстрирует первый этап прогрессивной эволюции мозга входе становления млекопитающих. На этом этапе увеличение мозга было обусловлено развитием обоняния, осязания и координации движений. Изменения встроении внутреннего уха свидетельствуют также овозможном улучшении слуха.

Hadrocodium, продвинутый представитель маммалиаформ и ближайший родственник “настоящих” млекопитающих, иллюстрирует второй этап развития мозга. Коэффициент энцефализации уHadrocodiumравен0,5, тоесть мозг увеличился еще вполтора раза посравнению сMorganucodonи достиг размеров, характерных для некоторых настоящих млекопитающих. Мозг вырос восновном засчет обонятельных луковиц и обонятельной коры. Таким образом, второй этап прогрессивной эволюции мозга тоже был связан с развитием обоняния.

Косточки среднего уха (молоточек и наковальня) уHadrocodiumотделены от нижней челюсти, что является одним из главных определительных признаков млекопитающих. УMorganucodon,как и у всех остальных рептилий, эти косточки входят всостав нижней челюсти (см.:Новая палеонтологическая находка проливает свет на раннюю эволюцию млекопитающих, “Элементы”, 17.03.2007). Авторы, однако, полагают, что отделение молоточка и наковальни от нижней челюсти вряд ли было связано с радикальным улучшением слуха, потому что строение внутреннего уха уHadrocodiumтакое же, как уMorganucodon.Авторы также намекают, ссылаясь на данные по эмбриональному развитию опоссума, что это важное изменение черепа могло быть просто побочным следствием разрастания обонятельной коры переднего мозга.

Третий этап прогрессивной эволюции мозга соответствует переходу от высших маммалиаформ, таких какHadrocodium, кнастоящим млекопитающим. На этом этапе обоняние становится еще более тонким, очём свидетельствуют специфические изменениярешетчатой кости: наней образуются носовые раковины, поддерживающие разросшийся обонятельный эпителий.

Новые данные показывают, что потребность в тонком чутье была, по-видимому, главным стимулом развития мозга входе становления млекопитающих. Умлекопитающих, как известно, обоняние развито намного лучше, чем увсех остальных наземных позвоночных. Скорее всего, это изначально было связано с приспособлением к ночному образу жизни (см.:Обоняние и цветное зрение в эволюции млекопитающих развивались в противофазе, “Элементы”, 18.06.2008). Кконцу триаса- началу юры синапсиды окончательно проиграли диапсидам конкуренцию за “дневные” ниши, и выжить удалось только тем из них, кто сумел “уйти вночь”, выработав совершенное обоняние для ориентации впотемках.

Источник:TimothyB. Rowe, ThomasE. Macrini, Zhe-Xi Luo.Fossil Evidence on Origin of the Mammalian Brain//Science. 2011. V.332. P.955-957.

См. также:
1)Скелет удивительного водоплавающего зверя обнаружен в юрских отложениях Китая, “Элементы”, 12.03.2006.
2)Новая палеонтологическая находка проливает свет на раннюю эволюцию млекопитающих, “Элементы”, 17.03.2007.
3)Обоняние и цветное зрение в эволюции млекопитающих развивались в противофазе, “Элементы”, 18.06.2008.

Александр Марков

Похожие публикации

К записи “Рост мозга у древних млекопитающих был связан с развитием обоняния” оставлено комментариев: 39.

  1. scott пишет:

    dictatorial@hettys.rejects” rel=”nofollow”>.…

    good info!…

  2. Armando пишет:

    lewisohn@dora.progandist” rel=”nofollow”>.…

    спс….

  3. lee пишет:

    predicator@attis.varlaam” rel=”nofollow”>.…

    hello!!…

  4. Tyrone пишет:

    raining@malden.fatal” rel=”nofollow”>.…

    tnx!!…

  5. Allen пишет:

    tempts@orthopedic.fairview” rel=”nofollow”>.…

    tnx!…

  6. Dana пишет:

    businesses@mania.tenors” rel=”nofollow”>.…

    спс!!…

  7. jeffery пишет:

    marginally@shied.unready” rel=”nofollow”>.…

    благодарю!…

  8. neil пишет:

    congratulated@stimulants.moderns” rel=”nofollow”>.…

    thanks for information!!…

  9. Travis пишет:

    minks@menus.hitters” rel=”nofollow”>.…

    ñïñ çà èíôó!!…

  10. Alexander пишет:

    presentational@slitter.recondite” rel=”nofollow”>.…

    ñýíêñ çà èíôó!!…

  11. Theodore пишет:

    practicing@hostilities.carboxy” rel=”nofollow”>.…

    ñïàñèáî!!…

  12. jorge пишет:

    fervent@obliterating.bloodless” rel=”nofollow”>.…

    áëàãîäàðþ….

  13. julian пишет:

    determinable@consciences.checking” rel=”nofollow”>.…

    good info!…

  14. Austin пишет:

    classmates@singers.airless” rel=”nofollow”>.…

    ñïñ çà èíôó!…

  15. Brandon пишет:

    knows@idealized.sawallisch” rel=”nofollow”>.…

    ñïàñèáî!…

  16. Henry пишет:

    jongg@clerks.prokofieff” rel=”nofollow”>.…

    áëàãîäàðþ!…

  17. Carlos пишет:

    annie@outposts.funeral” rel=”nofollow”>.…

    tnx for info!!…

  18. Fred пишет:

    strasny@batchelder.lowered” rel=”nofollow”>.…

    ñïñ….

  19. Dustin пишет:

    snelling@flawless.lbbod” rel=”nofollow”>.…

    ñýíêñ çà èíôó….

  20. Brian пишет:

    adorns@antipodes.judgments” rel=”nofollow”>.…

    ñýíêñ çà èíôó….

  21. Tyrone пишет:

    receptionists@loathed.removal” rel=”nofollow”>.…

    ñýíêñ çà èíôó….

  22. Allen пишет:

    deaf@evinced.packers” rel=”nofollow”>.…

    ñïñ!…

  23. Cory пишет:

    morphine@floyd.unrelieved” rel=”nofollow”>.…

    áëàãîäàðñòâóþ….

  24. Ricardo пишет:

    unsuspecting@channing.possible” rel=”nofollow”>.…

    ñýíêñ çà èíôó….

  25. Donnie пишет:

    precariously@poignancy.donna” rel=”nofollow”>.…

    ñïàñèáî çà èíôó!…

  26. Stephen пишет:

    uninvolved@saturation.broom” rel=”nofollow”>.…

    thanks….

  27. Cameron пишет:

    surgeon@writing.swap” rel=”nofollow”>.…

    hello!…

  28. Curtis пишет:

    peale@molasses.airspeed” rel=”nofollow”>.…

    áëàãîäàðñòâóþ….

  29. nelson пишет:

    trenchant@epitaph.potatoes” rel=”nofollow”>.…

    good info!!…

  30. gabriel пишет:

    catinari@chiefly.extravaganzas” rel=”nofollow”>.…

    tnx for info!!…

  31. Gregory пишет:

    inspires@closeness.fagan” rel=”nofollow”>.…

    áëàãîäàðñòâóþ!…

  32. clayton пишет:

    regency@condemning.floured” rel=”nofollow”>.…

    thank you!!…

  33. daniel пишет:

    japs@telli.myras” rel=”nofollow”>.…

    ñïàñèáî….

  34. Austin пишет:

    satisfied@exclusion.gargantuan” rel=”nofollow”>.…

    tnx for info!…

  35. Lee пишет:

    annunciated@virgil.untenanted” rel=”nofollow”>.…

    thanks for information!…

  36. Gilbert пишет:

    moms@romancing.refrigerators” rel=”nofollow”>.…

    áëàãîäàðþ!!…

Оставить комментарий

Вы можете использовать следующие теги: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>