Птица ихтиорнис сохранила зубы и приобрела большой мозг
Палеонтологи изучили несколько черепов (в том числе хорошо сохранившийся экземпляр) ихтиорниса — птицы, жившей в позднем мелу. Детальная трехмерная реконструкция показала, что Ихтиорнис обладал мозгом, по размеру сопоставимым с мозгом современных птиц, а также зубами динозавровых предков. Результаты исследования опубликованы в Nature.
У современных видов птиц строение черепа сильно зависит от особенностей питания и образа жизни, но все они имеют черты, отличающие их от черепов динозавровых предков. Например, у современных птиц нет зубов, клюв покрыт роговой оболочкой, есть подвижное нёбо и челюсти. По сравнению с предками-рептилиями, мозг увеличился в размерах, а вслед за ним увеличилась и черепная коробка. Окружающие черепную коробку мышцы-аддукторы, сжимающие челюсти, наоборот уменьшились. Впрочем, как появлялись эти признаки, до сих пор изучено слабо, поскольку черепа ископаемых птиц плохо сохраняются.
Ихтиорнис (Ichthyornis dispar)
— птица из позднего мела, жившая около 100-66 миллионов лет назад в
Северной Америке.
Бхарт-Аньян Бхуллар (Bhart-Anjan Bhullar) из Йельского университета и его коллеги изучили четыре черепа ихтиорниса, не описанные ранее. Один был их собственной находкой, другие черепа палеонтологи взяли из музейных коллекций. Авторы реконструировали голову птицы с помощью трехмерного сканирования высокого разрешения, а также подробно описали и проанализировали все костные элементы.
Исследование показало, что ихтиорнис
имел переходное строение клюва. Как и у современных птиц, его клюв имел вогнутый профиль,
беззубая предчелюстная кость была заострена на конце. Нёбо было узкое и удлиненное,
а надклювье — подвижное, как и у современных птиц.
В то же время, авторы обнаружили и предкоевые особенности строения черепа. У ихтиорниса на затылочной кости оказались большие выемки для прикрепления мощных мышц-аддукторов, закрывающих челюсти, совсем как у динозавровых предков. Верхнечелюсная кость имеет примитивный вид — она крепкая, длинная и на ней расположен ряд зубов, как и на нижнечелюстной кости. Нервно-сосудистое отверстие в передней части верхнечелюстной кости указывает на то, что ороговевшим был только самый кончик клюва, а не весь клюв, как у современных птиц.
Авторы заключают, что мозг и подвижность клюва, характерные для современных птиц, по-видимому, появились до полной трансформации клюва и
уменьшения мускулатуры челюсти — ихтиорнис наглядно демонстрирует эту переходную
точку в эволюции птиц.
Многие особенности, характерные для современных птиц, появились уже около 100 миллионов лет назад. Уже тогда птицы хорошо летали, и их птенцы, как и птенцы современных птиц, развивались по-разному — среди них были как беспомощные, так и хорошо сформированные птенцы.
Александра Кочеткова
Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.
Почему у птиц нет зубов
Птичий клюв — поистине увлекательный инструмент. Они могут быть заостренными или тупыми, яркими или тусклыми, маленькими или комично большими, но все они служат определенной цели — раскалывают крепкие орехи, разрывают плоть или деликатно потягивают цветочных нектар. Однако пережевывать пищу с помощью клюва нельзя, поскольку зубов в нем нет — вместо этого он покрыт роговой оболочкой.
Ирина Слепухина
У современных птиц нет зубов, но так было не всегда. А если у вас появилось желание возразить и сказать, что зубы есть, например, у гусей, то знайте — это не зубы, а ороговевшие выросты
Современные птицы эволюционно связаны с тероподами — классом опасных динозавров с заостренными зубами.
Однако со временем получилось так, что они превратились в безобидных голубей, уток или даже колибри.
У каких птиц раньше были зубы
Последним общим предком птиц и динозавров, имевшим полный набор зубов, был археоптерикс литографика (Archaeopteryx lithographica), живший около 150 миллионов лет назад. Однако ископаемые останки более ранних видов (живших в позднем меловом периоде 93-65 миллионов лет назад), все еще показывают у них наличие зубов.
Например, род ихтиорнис (Ichthyornis dispar) имел клюв с зубами динозавровых предков. Это указывает на то, что птицы потеряли зубы около 100 миллионов лет назад, но почему это произошло и каким образом никто не знал.
Как птицы потеряли зубы
Американская исследовательская группа, возглавляемая биологами из Калифорнийского университета в Риверсайде и Государственного университета Монтклера в ходе своей работы обнаружила у 48 видов птиц общие мутации, которые инактивировали как гены, связанные с эмалью, так и гены, связанные с дентином.
Эмаль — это твердая ткань, покрывающая зубы, в то время как дентин — это кальцинированное вещество под ней.
Это открытие означало, что в какой-то момент эволюции общий предок птиц утратил способность образовывать зубы, в результате чего появились беззубые птицы, которых мы видим сегодня.
Интересно, что в 2006 году ученые из Манчестерского университета (Великобритания) и Висконсинского университета (США) смогли вывести цыплят с зубами. Они преодолели мутации, препятствующие образованию зубов, манипулируя генами курицы. Это подтвердило теорию теорию о том, что потеря зубов у птиц произошла из-за инактивации определенных генов в течение длительного периода эволюции.
Но почему же это произошло?
Этот вопрос годами ставил в тупик многих исследователей. И сегодня существует несколько теорий:
- Без зубов легче летать
Согласно этой популярной теории, причиной отсутствия зубов у птиц стала адаптация к условиям жизни.
- Изменения в рационе питания
В конце мезозойской эры примитивные птицы с зубами исчезли, и остались только птицы с клювами. Возможно, это связано с тем, что клювы лучше подходили для употребления пищи, подходящей птицам. Однако эта теория тоже легко поддается критике, поскольку зубы идеально подходят для перемалывания любой еды.
- Сокращение инкубационного периода
Третья и относительно новая гипотеза была выдвинута исследователями из Боннского университета (Германия). Они предположили, что потеря зубов сокращает время инкубации птичьих яиц и, следовательно, благоприятствует эволюции.
В отличие от других яйцекладущих существ, например, рептилий и рыб, птицы откладывают относительно небольшое количество крупных яиц, для вылупления которых требуется короткое время (в среднем 11-85 дней).
Этот короткий инкубационный период резко увеличивает их шансы на выживание. Это ограничивает время, в течение которого яйца уязвимы для окружающей среды и хищников, в результате чего появляется много здоровых молодых птиц.
Для сравнения, исследования показали, что их динозавры откладывали яйца, на вылупление которых уходило от трех до шести месяцев. Этот длительный инкубационный период объясняется медленным формированием зубов, поскольку их развитие является сложным процессом и составляет около 60% времени инкубации яиц. Более короткий инкубационный период, должно быть, сокращал вероятность гибели еще не вылупившихся птенцов
Есть ли у птиц зубы? (Все, что вам нужно знать)
Почему у птиц выпадают зубы?
Что у птиц вместо зубов?
Пережевывают ли птицы пищу?
Как едят птицы?
Птицы проглатывают пищу целиком?
Птицы едят досыта?
Часто задаваемые вопросы о птичьих зубах
Вы когда-нибудь задумывались, почему куриные зубы так редки? Тщательный осмотр птичьего клюва и пищеварительной системы может выявить некоторые сюрпризы, но он не обнаружит никаких зубов.
Вместо этого птицы развили сложные клювы, пищеварительную систему и поведение, чтобы сделать возможным кормление.
У птиц нет настоящих зубов, но было время в их эволюционной истории, когда они были. С тех пор птичий клюв превратился в ошеломляющее множество различных форм и размеров, уникальных для каждого вида птиц. Удивительно, но ген роста зубов все еще присутствует у современных птиц. Ученые доказали это, манипулируя куриными генами, производя курицу-мутанта с клювом, полным зубов.
Мы точно не знаем, почему современные птицы потеряли зубы, но, вероятно, это как-то связано со снижением веса и сокращением времени инкубации. Потеря зубов явно пошла на пользу птицам, которые теперь могут процветать благодаря своим специализированным клювам и пищеварительной системе. Об этом свидетельствует обилие и разнообразие птиц, наблюдаемых сегодня.
Некоторые современные птицы имеют структуры в клюве, очень похожие на зубы. Гуси, например, имеют острые зазубрины на зубах и языке, которые используются для стрижки травы и растительных остатков.
Эти структуры известны как tomia, и они действительно выполняют некоторые функции зубов. Однако томия не классифицируется как зубы, поскольку у них отсутствует дентин, эмаль и другие ткани настоящих зубов.
Продолжайте читать, пока мы узнаем больше о том, почему у птиц нет зубов и как они выживают без них.
Крупный план гусиного клюва, где можно увидеть томию
Почему у птиц выпадают зубы?
Считается, что птицы произошли от динозавров около 150 миллионов лет назад. В то время у динозавров были зубы, и они передались ранним птицам.
Исследования показывают, что птицы потеряли свои зубы около 100 миллионов лет назад. Мы точно не знаем, почему птицы потеряли зубы все эти миллионы лет назад, но были выдвинуты некоторые интересные теории.
Продолжайте читать, чтобы узнать о некоторых возможных причинах потери зубов у эволюционирующих птиц.
Одной из наиболее очевидных причин потери зубов у птиц является снижение веса. Птицы демонстрируют множество других стратегий снижения веса, которые очень важны для полета.
Зубы тяжелые, и не менее важны укрепленный череп и мощные мышцы, необходимые для жевания.
Эта теория может быть частично верна, но это далеко не все. Мы знаем это, потому что у многих ранних птиц были и зубы, и способность летать.
Еще одна интересная теория о том, почему у птиц выпадали зубы, касается развития птенцов. Идея состоит в том, что, поскольку зубы растут и развиваются долго, они увеличивают количество времени, которое родители должны защищать и инкубировать яйца.
Потеряв зубы, птицы могли повысить выживаемость как яиц, так и родительских птиц.
Краснозобый крохаль – у уток также есть томиа, которые помогают срезать траву и растительную массу
Что у птиц вместо зубов?
У птиц есть клювы, которые часто сильно зависят от их рациона и поведения. Существует ошеломляющее множество различных форм купюр, в том числе довольно замечательных форм и размеров. На некоторых птичьих клювах есть структуры, напоминающие зубы, и они известны как томия.
Гуси, например, имеют зазубренные томии, которые проходят по всей длине их клювов и помогают им срезать траву и растения, которыми они питаются. У соколов есть пара томий на верхней челюсти, которыми они убивают свою добычу.
Птенцы также имеют на клюве структуру, известную как яичный зуб. Яичный зуб вовсе не настоящий зуб, а скорее острый закаленный острие, которое вылупившаяся птица использует, чтобы вырваться из своей скорлупы.
Крупный план птенца американской малиновки с видимым яичным зубом
Пережевывают ли птицы пищу?
Мы пережевываем пищу, чтобы начать процесс пищеварения и облегчить ее проглатывание. У птиц нет зубов и сильных челюстных мышц, так как же они пережевывают пищу? Чтобы ответить на этот вопрос, нам сначала нужно заглянуть внутрь тела птицы, а не в рот.
Птицы, которые питаются твердой пищей, такой как семена, должны иметь какой-то способ расщепления пищи и сделать ее более удобоваримой. Этот процесс начинается в зобе, своего рода органе хранения пищи.
Пища в урожае не переваривается, но немного размягчается во время хранения. Пища попадает из зоба в желудок, где сильнокислые пищеварительные соки начинают ее расщеплять. Затем эта размягченная пища перемещается в желудок, где она «пережевывается».
Птичий желудок — мощный орган, выстланный жесткой грубой тканью, известной как койлин. Пища измельчается в желудке с помощью мелких камней и песка, которые птицы проглатывают.
Крупный план домашнего крапивника, поедающего жука
Как едят птицы?
Птицы используют свои клювы, языки и гравитацию для сбора пищи и подачи ее в пищеварительную систему. У них нет рук, как у нас, поэтому их специализированные клювы используются с удивительной ловкостью.
То, как птицы проглатывают целые продукты, может иметь большое значение для предотвращения удушья. По этой причине рыбоядные птицы, такие как зимородки, обычно заглатывают свою добычу головой вперед.
Птицы обычно берут кусочек пищи и запрокидывают голову, чтобы проглотить его.
Большинство птиц проглатывает пищу целиком, но семена часто приходится измельчать, а добычу крупных животных необходимо рвать на полоски.
Самец американского щегола, питающийся семенами
Птицы проглатывают пищу целиком?
Птицы питаются огромным разнообразием различных источников пищи, от жидкого нектара до крошечных семян, крупных фруктов и животных даже больше, чем они сами. Каждая из этих диет требует особой стратегии для животных без зубов!
Большинство птиц обходятся без зубов, сосредоточившись на источниках пищи, которые можно проглотить целиком. Однако некоторые птицы, такие как попугаи и хищники, способны раздавить и разорвать свою пищу на удобные порции, которые можно проглотить.
Эта способность действительно важна для птиц, питающихся крупной добычей, но способность рвать пищу не менее важна для птиц, питающихся травой или питающихся крупными плодами.
Белоголовый орлан, разрывающий лосося
Птицы едят, пока не насытятся?
Птицам ежедневно требуется удивительно большое количество пищи.
Меньшим птицам, как правило, требуется больше пищи, чем более крупным, часто до тридцати процентов их массы тела каждый день!
Птицам нужно так много еды, потому что у них от природы высокая температура тела и им требуется большое количество энергии для подпитки их полета. Птицы не пропустят трапезу, не наевшись досыта, и сохранят лишнюю пищу в зобе, прежде чем она будет переварена.
Пара самцов и самок западной синей птицы, питающихся семенами
Часто задаваемые вопросы о зубах птиц
Есть ли у кур зубы?
Куры имеют относительно неспециализированные клювы, предназначенные для сбора семян, насекомых и других мелких кусочков. У кур нет зубов. Вместо этого они используют свои мощные желудки, чтобы перемалывать пищу.
Есть ли у ворон зубы?
Вороны не имеют зубов. У этих умных птиц большие клювы «общего назначения», которые они могут использовать по-разному. На самом деле, исследования новокаледонских ворон (Corvus moneduloides) показывают, что их клювы, по крайней мере, частично приспособлены к использованию инструментов.
Есть ли у попугаев зубы?
Попугаи имеют острые и мощные клювы, которые компенсируют недостаток зубов. Их клювы узкоспециализированы и предназначены для измельчения пищи и манипулирования ею, а также для помощи птицам в лазании.
Expert Q + A
Задать вопрос
У вас есть вопрос по этой теме, на который мы не ответили? Отправьте его ниже, и один из наших экспертов ответит, как только сможет.
Почему у птиц нет зубов
(Изображение предоставлено Майклом Монзером | Shutterstock.com)У птиц, таких как муравьеды, усатые киты и черепахи, нет зубов. Но так было не всегда. Новое исследование показало, что общий предок всех ныне живущих птиц имел жемчужно-белый окрас 116 миллионов лет назад.
В ходе исследования исследователи изучили мутировавшие остатки генов зубов у современных птиц, чтобы выяснить, когда у птиц развилась «адентия» — отсутствие зубов. Древние птицы оставили лишь фрагментарную летопись окаменелостей, но изучение генов современных птиц может помочь прояснить, как менялась родословная птиц с течением времени.
«ДНК из склепа — это мощный инструмент для раскрытия секретов истории эволюции», — заявил Марк Спрингер, профессор биологии Калифорнийского университета в Риверсайде и один из ведущих исследователей исследования.
У современных птиц изогнутые клювы и плотный пищеварительный тракт помогают им перемалывать и перерабатывать пищу. Но обнаружение в 1861 году ископаемой птицы Archeopteryx в Германии позволяет предположить, что птицы произошли от предков зубастых рептилий, сказал Спрингер. И ученые теперь знают, что птицы произошли от тероподовых динозавров, плотоядных животных, таких как Tyrannosaurus rex , рот которого был полон острых зубов.
Окаменелость археоптерикса обнаружена в Германии (Изображение предоставлено: Humboldt Museum für Naturkunde Berlin) Но никто точно не знал, что произошло с зубами в эволюции этих животных с тех пор и до сих пор. «История потери зубов у предков современных птиц оставалась неясной на протяжении более 150 лет», — сказал Спрингер.
[8 продуктов для здоровых зубов]
В новом исследовании исследователи задались вопросом, потеряла ли линия птиц свои зубы в результате одного события, что означает, что у общего предка всех птиц не было зубов, или адентия произошла независимо, в разных линиях птиц на протяжении всей истории, говорят исследователи.
Чтобы выяснить это, они исследовали гены, отвечающие за образование зубов. У позвоночных в формировании зубов участвуют шесть генов, которые имеют решающее значение для образования эмали (твердой ткани, покрывающей зубы) и дентина (кальцинированного материала под ней).
Исследователи искали мутации, которые могли бы инактивировать эти шесть генов в геномах 48 видов птиц, которые представляют почти все отряды современных птиц. По словам исследователей, мутация в генах, связанных с дентином и эмалью, которая была общей для всех видов птиц, указывает на то, что их общий предок потерял способность формировать зубы.
Они обнаружили, что все виды птиц имеют одинаковые мутации в генах, связанных с дентином и эмалью.
«Наличие нескольких инактивирующих мутаций, общих для всех 48 видов птиц, позволяет предположить, что внешнее эмалевое покрытие зубов было утрачено около 116 миллионов лет назад», — сказал Спрингер.
Исследователи также обнаружили мутации в генах эмали и дентина других позвоночных, у которых нет зубов или эмали, включая черепах, броненосцев, ленивцев, трубкозубов и панголинов, которые выглядят как чешуйчатые муравьеды.
Ближайшим родственником птиц из современных рептилий является аллигатор, сказал Спрингер. «У американского аллигатора функционируют все шесть генов», — сказал Спрингер.
Этот зуб — один из многих, появившихся в результате крупномасштабных научных исследований эволюции птиц. Результаты этих усилий были опубликованы сегодня (12 декабря) в журнале Science и в нескольких других журналах.
Подписывайтесь на Лору Геггель в Твиттере @LauraGeggel . Подпишитесь на Live Science @livescience , Facebook и Google+ .