Исследование выявило причину образования височных костей у динозавров и людей

Силы при питании и как они действуют на череп человека и ранней рептилии (Stenaulorhynchus stock-leyi), жившей в Африке 280 миллионов лет назад. Автор: Тюбингенский университет

Будь то человек или рептилия, в черепе большинства наземных позвоночных есть зияющая дыра в виске — у большинства рептилий их две. Ученые искали объяснения этому уже 150 лет.

Группа исследователей из Тюбингенского университета и Рурского университета в Бохуме теперь показала, что силы, действующие на череп, меняются в зависимости от того, как и где пища удерживается, надкусывается и пережевывается во рту — и на протяжении миллионов лет эти факторы приводят к образование соединений и отверстий в черепе. Зная это, исследователям будет легче реконструировать образ жизни вымерших животных. Исследование опубликовано в журнале The Anatomical Record.

«Разнообразие форм черепа и костей подробно описано палеонтологами и зоологами, но происхождение решеток и отверстий [...] до сих пор убедительно не объяснено», — говорит доктор медицинских наук Ингмар Вернебург из Зенкенбергского центра эволюции человека и палеоокружения Тюбингенского университета и куратор университетской палеонтологической коллекции.

«Наша модель основана на идее о том, что костная масса может формироваться только в местах, где возникают сжимающие напряжения», — говорит профессор Хольгер Пройшофт, почетный профессор функциональной морфологии Института анатомии Рурского университета в Бохуме и соавтор исследования. «В местах формирования костей также должен быть механический покой. Это означает, что не должно быть никаких движений, которые могли бы привести к образованию ложного сустава».

У людей тоже есть большое височное отверстие над скуловой дугой или скулой. Через него проходит челюстная мышца к нижней челюсти. При жевании движение этой мышцы можно ощутить рукой у широкого височного отверстия.

У различных ископаемых рептилий, в том числе у динозавров, отверстия имеют совершенно различную форму. Два учёных сравнили десятки черепов наземных позвоночных за несколько миллионов лет эволюционной истории.

Исследователи говорят, что когда животные сильно кусают передней частью челюсти — например, с помощью клыков, — сильное напряжение распространяется над и под глазами и по направлению к шее, что приводит к образованию костных скобок в висках. У рептилий наблюдается еще один эффект: они кусают преимущественно задней частью челюсти, где более короткий рычаг челюстного сустава обеспечивает большую силу укуса.

«Это также создает сжимающее напряжение, которое требует костного моста за глазом», — говорит Вернебург. «Если оно вступает в контакт с верхним сжимающим напряжением переднего прикуса, обе силы частично перенаправляются, и может сформироваться вторая скуловая дуга».

В более ранних исследованиях Хольгер Пройшофт продемонстрировал влияние этих сил на черепа современных видов животных; он также проверил нагрузку, при которой ломаются кости. Настоящее исследование впервые применяет эти результаты к истории эволюции позвоночных.

Когда животное трясет добычу или срывает листья с растения, возникают дополнительные боковые сдвигающие силы, которые приводят к дальнейшим модификациям виска. С помощью мышц челюсти действующие силы передаются к исходной точке силы в зубах по силовому контуру. «В противном случае череп не был бы устойчивым и треснул бы», — говорит Пройшофт.