Nowo zidentyfikowany ptak kopalny, Navaornis hestiaez[{” attribute=”” tabindex=”0″ role=”link”>Mesozoic Era has provided crucial information about the evolutionary development of bird brains, connecting ancient species like Archaeopteryx to today’s birds.
A remarkable fossil discovery could transform our understanding of how the unique brains and intelligence of birds evolved, a long-standing mystery in vertebrate evolution.
Scientists have identified an exceptionally well-preserved fossil bird from the Mesozoic Era, comparable in size to a starling. Its complete skull has remained nearly intact–a rare occurrence for any bird fossil, especially for one so ancient.
The extraordinary three-dimensional preservation of the skull allowed the scientists, led by the University of Cambridge and the Natural History Museum of Los Angeles County, to digitally reconstruct the brain of the bird, which they have named Navaornis hestiae. Navaornis lived approximately 80 million years ago in what is now Brazil, before the mass extinction event that killed all non-avian dinosaurs.
The scientists say their discovery, reported in the journal Nature, could act as a ‘Rosetta Stone’ for determining the evolutionary origins of the modern avian brain. The fossil fills a 70-million-year gap in our understanding of how the brains of birds evolved: between the 150-million-year-old Archaeopteryx, the earliest known bird-like dinosaur, and modern birds.
Cognitive Insights from Ancient Avian Anatomy
Navaornis had a larger cerebrum than Archaeopteryx, suggesting it had more advanced cognitive capabilities than the earliest bird-like dinosaurs. However, most areas of its brain, like the cerebellum, were less developed, suggesting that it hadn’t yet evolved the complex flight control mechanisms of modern birds.
“The brain structure of Navaornis is almost exactly intermediate between Archaeopteryx and modern birds – it was one of these moments in which the missing piece fits absolutely perfectly,” said co-lead author Dr Guillermo Navalón from Cambridge’s Department of Earth Sciences.
Historyczne i kulturowe znaczenie skamieniałości
Navaornis nosi imię Williama Navy, dyrektora Museu de Paleontologia de Marília w brazylijskim stanie São Paolo, który odkrył skamielinę w 2016 roku na stanowisku w sąsiedniej miejscowości Presidente Prudente. Dziesiątki milionów lat temu miejsce to było prawdopodobnie suchym obszarem z wolno płynącymi potokami, co umożliwiło doskonałe zachowanie skamieniałości. Ta konserwacja umożliwiła naukowcom wykorzystanie zaawansowanej technologii skanowania mikro-CT do niezwykle szczegółowej rekonstrukcji czaszki i mózgu ptaka.
„Ta skamieniałość jest naprawdę tak jedyna w swoim rodzaju, że byłem pod wielkim wrażeniem od chwili, gdy ją po raz pierwszy zobaczyłem, do chwili, gdy skończyłem składać wszystkie kości czaszki i mózg, co pozwala nam w pełni docenić anatomię tego wczesnego ptaka, – powiedział Navalón.
Odkrywanie ewolucji ptasiego mózgu
„Współczesne ptaki mają jedne z najbardziej zaawansowanych zdolności poznawczych w królestwie zwierząt, porównywalne jedynie ze ssakami” – powiedział profesor Daniel Field z Wydziału Nauk o Ziemi w Cambridge, starszy autor badania. „Ale naukowcom trudno było zrozumieć, jak i kiedy wyewoluowały wyjątkowe mózgi i niezwykła inteligencja ptaków – dziedzina ta czekała na odkrycie skamieliny dokładnie takiej jak ta”.
Przed tym odkryciem wiedza o ewolucyjnych przejściach między mózgami Archeopteryks a współczesne ptaki praktycznie nie istniały. „Odzwierciedla to prawie 70 milionów lat ewolucji ptaków, z której wywodzą się wszystkie główne linie ptaków mezozoicznych – w tym pierwsi przedstawiciele ptaków żyjących dzisiaj” – stwierdził Navalón. „Navaornis znajduje się dokładnie pośrodku tej 70-milionowej luki i informuje nas o tym, co wydarzyło się pomiędzy tymi dwoma punktami ewolucyjnymi.”
Enigmatyczni przodkowie: „przeciwne ptaki”
Podczas gdy czaszka Navaornis na pierwszy rzut oka przypomina nieco małego gołębia, po bliższym przyjrzeniu się okazuje się, że nie jest to wcale ptak współczesny, lecz członek grupy wczesnych ptaków zwanych enantiornithines, czyli „ptaki przeciwne”.
„Ptaki przeciwne” oddzieliły się od ptaków współczesnych ponad 130 milionów lat temu, ale miały złożone pióra i prawdopodobnie latały podobnie jak współczesne ptaki. Jednak anatomia mózgu Navaornis stawia nowe pytanie: w jaki sposób przeciwne ptaki kontrolowały swój lot bez pełnego zestawu cech mózgu obserwowanych u żywych ptaków, w tym powiększonego móżdżku, który jest centrum kontroli przestrzennej żywego ptaka?
Ewolucyjne implikacje Navaornis
„Ta skamielina reprezentuje gatunek znajdujący się w połowie ewolucyjnej podróży poznania ptaków” – powiedział Field, który jest także kuratorem ds. ornitologii w Strickland w Muzeum Zoologii w Cambridge. „Mogły dać mu zdolności poznawcze Navaornis miał przewagę, jeśli chodzi o znalezienie pożywienia lub schronienia, i mógł być zdolny do wymyślnych pokazów godowych lub innych złożonych zachowań społecznych”.
„To odkrycie pokazuje, że niektóre ptaki przelatujące nad głowami dinozaurów miały już w pełni nowoczesną geometrię czaszki ponad 80 milionów lat temu” – powiedział współautor, dr Luis Chiappe z Muzeum Historii Naturalnej w hrabstwie Los Angeles.
Kluczowa skamieniałość w badaniach ptaków
Chwila Navaornis to jedna z najlepiej zachowanych skamieniałości ptaków z ery mezozoicznej, jakie kiedykolwiek znaleziono, naukowcy uważają, że znacznie więcej znalezisk na brazylijskim stanowisku, gdzie ją znaleziono, może dostarczyć dalszych informacji na temat ewolucji ptaków.
„To może być tylko jedna skamielina, ale stanowi kluczowy element układanki ewolucji mózgu ptaków” – powiedział Field. „Z Navaornismamy jaśniejszy obraz zmian ewolucyjnych, które zaszły pomiędzy Archeopteryks oraz dzisiejsze inteligentne, złożone behawioralnie ptaki, takie jak wrony i papugi”.
Przyszłość badań nad ewolucją ptaków
Chociaż odkrycie jest znaczącym przełomem, naukowcy twierdzą, że to dopiero pierwszy krok w zrozumieniu ewolucji inteligencji ptaków. Przyszłe badania mogą ujawnić, jak to zrobić Navaornis wchodzi w interakcję ze swoim środowiskiem, pomagając odpowiedzieć na szersze pytania dotyczące ewolucji funkcji poznawczych ptaków na przestrzeni czasu.
Navaornis jest najnowszym z kwartetu mezozoicznych ptaków kopalnych opisanych przez Grupa badawcza Fielda od 2018 roku dołączam Ichthyornis, Asteriornis („Cudowny kurczak”), I Janavisa. Praca grupy nad nowymi odkryciami skamieniałości w połączeniu z zaawansowaną wizualizacją i technikami analitycznymi pozwoliła uzyskać fundamentalny wgląd w pochodzenie ptaków, najbardziej zróżnicowanej grupy żyjących kręgowców.
Odniesienie: „Kreda ptak z Brazylii informuje o ewolucji ptasiej czaszki i mózgu” Luisa M. Chiappe, Guillermo Navalón, Agustín G. Martinelli, Ismar de Souza Carvalho, Rodrigo Miloni Santucci, Yun-Hsin Wu i Daniel J. Field, 30 października 2024 r., Natura.
DOI: 10.1038/s41586-024-08114-4
Badania były częściowo wspierane przez brytyjskie Ministerstwo Badań i Innowacji (UKRI). Daniel Field jest członkiem Christ’s College w Cambridge.
