鸟类头骨和大脑看起来像年轻的恐龙，提供了他们独特的进化和现代成功的线索。今天发表在“自然生态学与进化论”上的一项新研究表明，鸟类的头骨与其亲属和祖先的进化方式不同，而且更像是年轻的恐龙和鳄鱼。

鸟类是羽毛恐龙群中唯一幸存的成员，并且是现代鳄鱼(短吻鳄，鳄鱼和gavials)的近亲。然而，鸟类有独特的骨骼，特别是它们的喙头骨，它们具有更宽的圆顶形颅骨，以适应比例更大的大脑和眼睛。

此前，来自帝国生命科学系的Arkhat Abzhanov博士及其同事确定，鸟类头骨的形状最像年轻的非鸟类(非鸟类)恐龙。

这种进化现象被称为“paedomorphism” - 成年人保留的特征通常只在其祖先的幼年阶段(胚胎或婴儿)中看到。Paedomorphism是由生物体发育事件的时间变化引起的 - 例如在后期生长某些身体部位，较慢或根本不生长。

众所周知，它们在一些新物种的进化中发挥着重要作用，因为“年轻”生物与其更“成熟”的亲戚相比可以采用不同的生活方式，避免对相同资源的竞争。

婴儿脸鸟

为了更好地了解鸟类独特头骨在从更原始的爬行动物进化过程中的起源，耶鲁大学的Abzhanov博士及其同事现在分析了大脑和头骨之间的关系。

他们研究了两种结构在胚胎发育过程中如何相对于彼此在现代鸟类和它们的爬行动物亲属中相互变化。

脊椎动物(具有骨干的动物)的头骨形成为一系列较大的骨骼，对应于大脑的特定区域。例如，额骨覆盖前脑，而顶骨覆盖中脑。

随着大脑在早期胚胎中生长，头骨与大脑的形状紧密匹配 - 新的研究表明，正面和顶叶之间的边界与大多数脊椎动物群体中前脑和中脑之间的边界完全匹配。

然而，在恐龙，鳄鱼和其他爬行动物的后期发展过程中，颅骨不再像大脑一样紧密地反映大脑的生长。后来在发展中，颅肌和其他组织也开始影响颅骨形状。

研究小组发现，在鸟类中，大脑 - 头骨关系的这种变化从未发生过，并且头骨的顶部在整个发育过程中继续与大脑形状相匹配。换句话说，鸟类将其原始的胚胎大脑和颅骨结构保持到成年期。

Abzhanov博士说：“鸟类的头骨和大脑与成年非鸟类恐龙和其他爬行动物的大脑截然不同，我们可以证明这些差异反映了鸟类如何进化成为永远年轻的恐龙物种。

“我们的研究进一步证明，成年现代鸟类与幼年(非禽类)恐龙有很多共同点，这一观察结果导致了对其祖先胚胎发育的具体调整的启示。”

发展和进化

为了进行这项研究，该团队使用3D技术分析了各种爬行动物的头骨形状，包括早期爬行动物祖先的化石头骨和灭绝的鳄鱼和恐龙，以及现代物种的胚胎和幼体的头骨，如短吻鳄和鸟类。

通过比较古代化石和现代爬行动物早期生命中的大脑和头骨，该团队能够使用相同的分析方法来研究脑 - 颅骨相互作用的进化和发育方面。

经常发现胚胎体内的结构如何反映这些结构在进化过程中如何发生变化。例如，早期阶段的胚胎人类看起来很像胚胎鱼，后来发展成为其他哺乳动物的胚胎，背叛了我们在进化树上的起源。

头骨的发育是一个特别复杂的过程，其中硬骨组织必须与许多其他器官相互作用，例如眼睛和大脑。通过发育，鸟类的头骨看起来比其他爬行动物的比例更大，更圆，保留了它们的胚胎特征。

进化优势

鸟类的眼窝比恐龙或鳄鱼的眼窝大，允许更大的眼睛，中脑也更大 - 这是在飞行中跟踪运动的重要中心。

较大的眼睛和大脑，尤其是中脑部分，使鸟类能够产生更好的视觉感官和视觉信息处理。即使在最早的鸟类中，这些特征也是显而易见的，例如始祖鸟，与最后的恐龙一起演化 - 并且可能帮助它们在消灭亲人的灭绝中幸存下来。

该团队现在希望能够确定控制颅骨发育和进化的确切遗传机制 - 大脑如何控制头骨的大小和形状?

Abzhanov博士说：“进化是对发育过程的改变的积累和选择。研究鸟类是一个迷人的主题，因为它们保留了'年轻'恐龙祖先的特征，同时也清楚地添加了自己的适应性，如无牙喙和翅膀。

“鸟类是非常成功的生物体，在世界各地，遍布各大洲和海洋，已经多样化成千种生态独特的物种。我们认为它们的paedomorphism有助于这种成功，但只有通过了解潜在的发育过程，我们才能确定它们的独特适应性。实际上已经进化了。“

按头骨排序

主要方法是从灭绝和现代物种中生成头骨的3D计算机断层扫描，并使用计算机软件跟踪其形状的任何变化。

该团队对头骨的3D建模代表了该研究中许多物种的一些最佳(在某些情况下是首先)特征。颅骨通常用于识别动物物种，将它们分组，并通过跟踪物种中某些骨骼的变化来确定它们的进化过程。

Abzhanov博士说：“这项来自爬行动物进化的头骨调查的另一个有用结果是更好地识别个体颅骨的(经常有争议的)进化命运，特别是在对鸟类过渡的戏剧性爬行动物期间。”