КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 24-24-00346
НазваниеНейроанатомия крокодиломорф (Archosauria: Crocodylomorpha) и хористодер (Diapsida: Choristodera): исследование эволюции мозга и черепа диапсидных рептилий с помощью современных методов
Руководитель Кузьмин Иван Тимурович, Кандидат биологических наук
Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет" , г Санкт-Петербург
Конкурс №89 - Конкурс 2023 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»
Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни; 04-101 - Зоология
Ключевые слова анатомия, мозговая коробка, компьютерная томография, крокодилы, крокодиломорфы, хористодеры, индивидуальное развитие, эволюция, нейроанатомия, филогения, искусственный интеллект
Код ГРНТИ34.33.27 34.41.02
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
В рамках данного проекта предполагается изучить строение и эволюцию мозга и мозгового отдела черепа (нейрокраниума) в различных группах крокодиломорф и других диапсидных рептилий (хористодер) с использованием современных методов – компьютерной томографии (КТ), 3D моделирования, геометрической морфометрии и алгоритмов искусственного интеллекта (ИИ). Применение этих методов позволит детально изучить сложные структуры мозговой коробки и сравнить их у различных современных и ископаемых таксонов.
Строение мозговой коробки будет впервые изучено для древнейших представителей кроновой группы Crocodylia: Alligatoroidea (Tadzhikosuchus) и Gavialoidea (Thoracosaurus). Впервые будет детально исследовано строение мозговой коробки нескольких представителей семейства Paralligatoridae – вымершего таксона, близкого к общему предку современных крокодилов. Полученные данные будут включены в подробный филогенетический анализ, который позволит комплексно оценить эволюцию нейрокраниума крокодиломорф, а также выяснить родственные связи таксонов. Будет получена важная информация о ранних этапах эволюции крокодилов – одном из наиболее спорных моментов в истории группы.
Для более глубокого понимания эволюции мозгового отдела черепа диапсидных рептилий планируется изучить нейрокраниум хористодеры Tchoiria из нижнего мела Монголии. Данная хористодера демонстрирует значительное конвергентное сходство с крокодилами – плоский и вытянутый акинетичный череп, многочисленные конический зубы, полуводный образ жизни. Сравнение анатомии мозговой коробки Tchoiria и крокодилов позволит выявить общие для разных диапсид пути формирования акинетичной структуры черепа.
Для изучения анатомии и эволюции центральной нервной системы диапсидных рептилий планируется подготовить одну из самых больших выборок эндокастов (слепков) внутренних полостей мозговой коробки. Будет изучены эндокасты для 20 видов современных крокодилов (всего около 100 особей), 5 видов ископаемых крокодиломорф и хористодеры Tchoiria. Эндокасты отражают строение мозга, нервов, сосудов и органов чувств (внутреннего уха). Впервые будут сделаны детальные описания нейроанатомии для практически всех видов современных крокодилов. Будет изучен онтогенез мозга, внутри- и межвидовая вариабельность эндокастов в разных группах современных крокодилов. Для изучения эволюции мозга крокодилов будут впервые использованы количественные методы – геометрическая морфометрия, анализ главных компонент (PCA), а также алгоритмы ИИ. Это позволит понять эволюцию мозга диапсидных рептилий и даст возможность реконструировать палеобиологию видов: образ жизни, когнитивные способности и развитость определенных чувств (зрения, обоняния, слуха).
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Аннотация результатов, полученных в 2024 году
С помощью методов компьютерной томографии и сегментации получены 3D модели костей мозговой коробки и эндокасты (слепки) внутричерепных полостей для ископаемых крокодиломорфов из семейства Paralligatoridae – Kansajsuchus extensus и Paralligator spp. Кроме того, сделана 3D модель эндокаста параллигаторида Shamosuchus djadochtaensis (поздний мел, Монголия) для увеличения выборки по параллигаторидам. Впервые подробно описано строение мозговой коробки ископаемых крокодиломорфов из семейства Paralligatoridae – Kansajsuchus extensus и Paralligator spp. На данный момент это одни из самых подробных исследований анатомии нейрокраниума среди всех Neosuchia (за исключением кроновой группы Crocodylia).
Проведено подробное сравнение мозговых коробок различных крокодиломорфов по 21 анатомическому признаку среди 70 таксонов из клады Neosuchia. Выявлены основные тренды в эволюции нейрокраниума Neosuchia и прослежены его изменения при переходе от базальных неозухий к продвинутым эузухиям и представителям кроновой группы Crocodylia. Строение нейрокраниума в общих чертах сходно у изученных параллигаторид и большинства неозухий за пределами Crocodylia. В ходе работы выявлены признаки, которые являются потенциальными нейрокраниальными синапоморфиями для Crocodylia. Выявленные признаки в строении мозговой коробки важны для уточнения родственных связей и филогении крокодиломорфов. Так, представители семейства Dyrosauridae имеют очень необычную структуру нейрокраниума среди Neosuchia. Тесное родство Dyrosauridae и Pholidosauridae ставится нами под сомнение из-за существенных различий в структуре их мозговой коробки.
Впервые изучены эндокасты (слепки) внутричерепных полостей параллигаторид Kansajsuchus, Paralligator и Shamosuchus, включая мозговую полость, каналы нервов и сосудов, пневматические пазухи. Проведено подробное сравнение эндокраниальных структур параллигаторид с другими крокодиломорфами. Строение эндокастов мозговой полости, нервов и пневматических полостей изученных таксонов параллигаторид хорошо соответствует их филогенетическому положению вблизи или у основания клады Eusuchia. Исследование нейроанатомии параллигаторид и их ближайших родственников позволяет понять, как был устроен мозг на ранних этапах эволюции группы современных крокодилов (кроновая группа Crocodylia). Различия в эндокастах мозговой полости между более крупными особями Kansajsuchus и Paralligator и более мелким Shamosuchus согласуются с онтогенетическими изменениями у современных крокодилов. Это позволяет предположить, что более базальные параллигаториды и представители кроновой группы Crocodylia имеют схожие модификации мозга в онтогенезе. Кроме того, строение нервов, сосудов, пневматических полостей и лабиринта внутреннего уха у изученных параллигаторид сходно с современными крокодилами. Особенности нейроанатомии параллигаторид подтверждают гипотезу об их полуводном образе жизни и говорят о сходных с современными крокодилами сенсорных возможностях.
Результаты проекта были представлены в следующих ресурсах:
1. научные статьи
https://doi.org/10.1016/j.cretres.2024.105959
2. доклады на конференциях и сборники материалов конференций
https://karpinskyinstitute.ru/ru/about/paleo/sessions/70/Tezisy24.pdf
https://www.zin.ru/conferences/IXsGO_2024/
https://ipae.uran.ru/Young_conference_2024
3. статьи в СМИ
Пресс-служба СПбГУ, сайт СПбГУ: https://spbu.ru/news-events/novosti/paleontologi-spbgu-rekonstruirovali-mozg-drevnego-rodstvennika-sovremennykh
ТАСС Наука: https://nauka.tass.ru/nauka/21652255?utm_source=rscf.ru&utm_medium=referral&utm_campaign=rscf.ru&utm_referrer=rscf.ru
РНФ Новости: https://rscf.ru/news/biology/paleontologi-rekonstruirovali-mozg-i-nervnuyu-sistemu-drevnego-rodstvennika-krokodilov/
Дайджест РНФ: https://rscf.ru/upload/iblock/eb3/r2el530sbygda8coug18i99bw698yf43.pdf
4. научно-популярные лекции
Кузьмин И.Т. Введение в палеонейробиологию. Лекторий Нейрокампуса на базе Федерального центра мозга и нейротехнологий (Москва). https://rutube.ru/video/f9a005313ef3071811365b19d67e3fdd/
Кузьмин И.Т. Пустота в голове: как палеонтологи изучают мозг ископаемых животных. Лекция к 300-летию СПбГУ. https://vkvideo.ru/video-202281954_456239185?list=ln-5ABiRv3IrqMBnKcTvT
Кузьмин И.Т. Как мы изучаем мозг динозавров. Лекция из цикла «Динозавры и мезозойские млекопитающие России», проводимого в рамках выставки «Динозавры на карте России» в ЗИН РАН, Санкт-Петербург.
https://www.zin.ru/museum/exhibitions.html
https://www.zin.ru/museum/exhibitions/%D0%94%D0%B8%D0%BD%D0%BE%D0%B7%D0%B0%D0%B2%D1%80%D1%8B_%D0%BD%D0%B0_%D0%BA%D0%B0%D1%80%D1%82%D0%B5_%D0%A0%D0%BE%D1%81%D1%81%D0%B8%D0%B8_%D0%97%D0%98%D0%9D_%D0%A0%D0%90%D0%9D_%D0%B8%D0%BD%D1%84%D0%BE.pdf
Публикации
1.
Кузьмин И.Т., Сичинава Е.А., Мазур Е.В., Гомболевский В.А.
Virtual reconstruction of the neurocranial anatomy of Kansajsuchus extensus (Neosuchia: Paralligatoridae) from the Upper Cretaceous of Tadzhikistan with a review of braincase osteology in Neosuchia
Cretaceous Research, Volume 164, 105959 (год публикации - 2024)
10.1016/j.cretres.2024.105959