Александр Марков - Эволюция. Классические идеи в свете новых открытий

Яноконодон и ляоконодон, как и большинство мезозойских млекопитающих, были мелкими, невзрачными ночными зверьками. Как и любым ночным животным, им весьма пригодился бы тонкий слух. Скорее всего, ночной образ жизни первых млекопитающих способствовал эволюции органов слуха. У яноконодона и ляоконодона слуховые косточки демонстрируют ту стадию, когда молоточек и наковальня уже отделились от нижней челюсти с боков, но еще прикреплены к ней спереди посредством меккелева хряща — древней рыбьей челюсти. Совсем как на одной из эмбриональных стадий развития среднего уха у современных млекопитающих. Эти ископаемые звери стали настоящим подарком эволюционистам — яркой иллюстрацией постепенного становления сложных органов.

Нужно, однако, иметь в виду, что три слуховые косточки сами по себе еще не означают радикального улучшения слуха. Для того чтобы дальше совершенствовать эту функцию, нужно к механизму передачи звуковых колебаний подтянуть и способы обработки звуковой информации, а это тоже произошло не сразу. Например, у одного из примитивных млекопитающих Hadrocodium молоточек и наковальня уже отделены от нижней челюсти. Но строение внутреннего уха у Hadrocodium еще примитивное, такое же, как у Morganucodon . По-видимому, древние млекопитающие еще не были первоклассными слухачами. Слух совершенствовался постепенно по мере развития разных элементов системы восприятия, передачи и анализа звуковой информации.

Мозг млекопитающих (и особенно человека) нередко сравнивают со сверхсложным компьютером, способным выполнять сразу множество задач. Создать подобный компьютер и довести его до такого совершенства, чтобы он работал, не «повисая» каждую минуту, и верно служил своему обладателю всю его жизнь… ну как такое сделать! Однако природа все же справилась с этим, постепенно наращивая мощности и координируя когнитивные задачи. Начав с нервной трубки первых хордовых, естественный отбор постепенно добрался до млекопитающих с крупным мозгом и развитым неокортексом (новой корой).

Мозг млекопитающих радикально отличается от мозга рептилий не только своим размером, но и строением. В частности, у млекопитающих резко увеличились обонятельные луковицы и отделы коры, связанные с обонянием, а также мозжечок.

Особенно нас занимает процесс формирования неокортекса, позволяющего нам, читателям, разбирать и воспринимать буковки, складывать их в слова, анализировать информацию, а затем, запоминая ее, участвовать в дальнейших дебатах. Так как же мы, млекопитающие, получили этот изумительно сложный орган — неокортекс, кору больших полушарий?

Непосредственных предков первых млекопитающих относят к группе маммалиаформ, которые, в свою очередь, берут начало от цинодонтов. Палеонтологи детально реконструировали этапы эволюционных преобразований зубов и скелета цинодонтов по мере их «маммализации» — постепенного эволюционного движения в сторону млекопитающих. Об эволюции мозга известно значительно меньше. Между тем очевидно, что именно развитие мозга во многом предопределило эволюционный успех млекопитающих.

Изучение мозга маммалиаформ и первых млекопитающих затруднялось, во-первых, тем, что редко удавалось найти хорошо сохранившийся череп, во-вторых — тем, что для изучения эндокрана (слепка мозговой полости, по которому можно судить о размере и форме мозга) череп, как правило, нужно было разрушить.

Американским палеонтологам удалось в некоторой мере восполнить этот досадный пробел ( Rowe et al., 2011 ). При помощи компьютерной рентгеновской томографии, не разрушая драгоценных черепов, они получили детальные трехмерные изображения эндокранов двух маммалиаформ, живших в начале ранней юры (200–190 млн лет назад) на территории нынешнего Китая.

Изученные маммалиаформы Morganucodon oehleri (уже упоминавшееся животное с готовыми косточками среднего уха) и Hadrocodium wui — ближайшие родственники первых млекопитающих. По строению скелета они представляют собой классические переходные формы между «еще рептилиями» и «уже млекопитающими». При этом Morganucodon стоит ближе к примитивным цинодонтам, а Hadrocodium настолько близко подошел к млекопитающим, насколько это возможно, оставаясь формально за пределами группы. Исследование показало, что по строению мозга эти животные тоже занимают промежуточное положение между типичными цинодонтами и их потомками — млекопитающими.

Ранее были изучены эндокраны ранних цинодонтов Thrinaxodon и Diademodon . Выяснилось, что мозг у них был еще вполне рептильный по своему размеру и строению.

Соотношение отделов мозга у млекопитающих, птиц и рептилий.

Относительный размер мозга у позвоночных оценивается при помощи «коэффициента энцефализации» (EQ), который вычисляют по эмпирически выведенной формуле EQ = EV/(0,055[Wt] 0,74), где EV — объем мозговой полости в миллилитрах, Wt — масса тела в граммах.

У базальных цинодонтов Thrinaxodon и Diademodon EQ варьирует от 0,16 до 0,23. Для сравнения, у крысы EQ = 0,53. Обонятельные луковицы у них были небольшие, а в носу не было окостеневших носовых 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 у них по сравнению с млекопитающими было слабое обоняние и не слишком совершенный слух, осязание и координация движений.

Morganucodon.

Мозг Morganucodon , как выяснилось, был больше похож на мозг млекопитающего. По объему он в полтора раза превосходит мозг базальных цинодонтов (EQ = 0,32). Сильнее всего увеличилась обонятельная луковица и обонятельная кора. Это со всей очевидностью указывает на более развитое обоняние. Полушария переднего мозга стали выпуклыми благодаря развитию неокортекса. Они закрывают сверху средний мозг и эпифиз, как у млекопитающих. Передний мозг морганукодона шире мозжечка, хотя мозжечок тоже заметно вырос по сравнению с базальными цинодонтами. Увеличение мозжечка говорит об улучшенной координации движений. На это же указывает и более толстый, чем у базальных цинодонтов, спинной мозг.