Палеонтологи СПбДУ вперше в світі описали всі структури в мозковій коробці черепа сучасних крокодилів і присвоїли єдину назву кожній її складовій. Також в ході роботи дослідникам вдалося знайти нові еволюційні ознаки в мозковій коробці тварин і розібратися, за рахунок яких механізмів вона придбала свій нинішній вигляд. Результати були опубліковані в Journal of Anatomy.
Мозкова коробка крокодилів має особливу будову. На відміну від еволюційних родичів (птахів і ящірок), у крокодилів всі кістки мозкової коробки щільно зрощені між собою і утворюють монолітну структуру.
За рахунок цього в процесі еволюції у тварин сформувалися потужні щелепи, завдяки яким крокодили змогли розгризати твердий панцир раків і черепах, полювати на рибу і наземних тварин, включаючи динозаврів. Таким чином їм вдалося зайняти нішу хижаків і дожити до сучасності.
Сьогодні в порівнянні з іншими відділами черепа крокодилів будова мозкової коробки вивчена недостатньо добре. Все тому, що до недавнього часу у вчених не було можливості досліджувати монолітну структуру так, щоб у підсумку цінний колекційний зразок залишився цілим. Одночасно з цим у вже відомих даних існує плутанина в термінах і позначеннях - це ускладнює роботу багатьом дослідникам, зайнятим вивченням еволюції крокодилів.
Виправити цю ситуацію вирішили аспірант СПбДУ Іван Кузьмін разом з колегами з СПбДУ, Палеонтологічного інституту РАН імені О. А. Борисяка, Науково-практичного клінічного центру діагностики та телемедичних технологій департаменту охорони здоров'я міста Москви і Смітсонівського інституту (США).
Для цього за допомогою комп'ютерної томографії та спеціальної програми для тривимірної візуалізації Amira вони створили і вивчили 3D-моделі 75 мозкових коробок сучасних крокодилів. Це дозволило, не пошкоджуючи колекційні зразки, в буквальному сенсі розібрати їх по кісточках і вивчити кожну деталь. Крім того, дослідники проаналізували наукові публікації з описом будови мозкової коробки з початку XIX століття. Найбільш ранньою вивченою роботою стала стаття 1821 року.
У результаті вчені склали зведену таблицю, в якій присвоїли назву кожній структурі в мозковій коробці крокодилів. "Наша робота - перша, в якій детально описано цей відділ черепа і наведено повний впорядкований перелік усіх його деталей. Деякі терміни ми ввели вперше, наприклад назви відростків кісток в слуховій області. В одних випадках тому, що структури були названі до нас неправильно, в інших - тому що ми виявили нові ланки ", - зазначає перший автор дослідження, магістр СПбДУ Іван Кузьмін.
Під час вивчення 3D-моделей черепів дослідники знайшли раніше невідомі еволюційні ознаки. Нові дані, на думку вчених, зможуть допомогти краще розібратися в будові скелета крокодилів, а також вирішити протиріччя навколо генеалогічного древа плазунів.
Справа в тому, що вже майже 30 років молекулярні біологи і палеонтологи не можуть зійтися на думці, в якій послідовності повинні розташовуватися види крокодилів на філогенетичному дереві. Так, наприклад, молекулярні біологи на підставі досліджень генів вважають, що найбільш примітивними є алігатори, а палеонтологи, вивчаючи викопні залишки, доходять висновку, що гавіали. "Надалі ми плануємо провести філогенетичний аналіз і на підставі результатів вирішити цей конфлікт, - розповідає Іван Кузьмін. - За початковими припущеннями, швидше за все, мають рацію молекулярні біологи ".
Під час дослідження автори також з'ясували, за рахунок яких механізмів мозкова коробка крокодилів придбала монолітну будову. Дослідники порівняли еволюцію черепа у викопних родичів крокодилів з розвитком черепа у ембріонів сучасних тварин.
Вони виявили, що в районі мозкової коробки у крокодилів, на відміну від ящірок і птахів, на початковому етапі онтогенезу з'являються додаткові структури.
"Кістка у ембріона формується двома способами: ендохондральним і дермальним. У першому випадку спочатку з'являється хрящ, який згодом окостеніває. У другому кістка закладається відразу як кістка, - пояснює Іван Кузьмін.
- Велика частина мозкової коробки всіх тварин утворюється ендохондральним способом. Але у крокодилів, як з'ясувалося, все відбувається інакше. Крім структур, які формуються ендохондрально, у них з'являються нові ланки, що закладаються відразу у вигляді кісток. Тобто до хрящових структур, як у конструкторі LEGO, приєднуються нові кісткові блоки, які в інших тварин відсутні. При подальшому зростанні ембріона хрящі перетворюються на кістки, і все зростається разом в єдину структуру ".