鳄鱼头骨“指南” ——圣大科学家研究70多个3D模型后首次描绘鳄鱼脑盒的全部结构

鳄鱼的脑盒具有特殊的结构。与其进化近亲（鸟类和蜥蜴）不同，各类鳄鱼脑盒的所有骨骼都紧密拼接在一起，形成了一个整体结构。正因如此，在其进化过程中，鳄鱼发展出强大的下颚，能够咬穿蟹类和龟类的坚硬外壳，捕食鱼类和陆地动物，其中包括恐龙。就这样，他们成功占据了捕食者的生态位，并生存至今。

今天，与头骨的其他部分相比，鳄鱼脑盒的结构还不是很清楚。这是因为直到不久前科学家们还没有办法在保持珍贵的标本完好无损的情况下研究其整体结构。与此同时，现有数据中存在术语和名称方面的混淆——这使许多研究鳄鱼进化的研究人员工作变得复杂。

圣大研究生伊万·库兹明 决定与圣彼得堡的同事们一起改变这种现状。为此，他们使用计算机断层扫描和专门的3D可视化程序 Amira，创建并研究了75种现代鳄鱼脑盒的3D模型。这使得在不损坏收藏样本的情况下，拆解每一块骨头并研究每个细节成为可能。此外，研究人员还全盘分析了19世纪初描述脑盒结构的学术著述。最早的研究论文可追溯至1821年。

结果，科学家们编制了一个透视一览表，并为鳄鱼脑盒中的每个结构命名。

我们的工作——首要的是详细描绘头骨的这一区域，并给出所有完整的细节。一些术语是我们首次引入，例如听觉区域中骨突的名称。有的是因为某些结构在此之前被错误地命名，有的是因为我们发现了新的环节。

论文第一作者，圣大硕士伊万·库兹明

在研究头骨的3D模型时，研究人员发现了以前未知的进化特征。据科学家称，新数据可以帮助更好地了解鳄鱼骨骼的结构，以及解决围绕爬行动物谱系的矛盾。事实上，近30年来，分子生物学家和古生物学家一直无法就各种鳄鱼在谱系树上的定位顺序达成一致。举个例子，分子生物学家基于基因研究，认为短吻鳄是最原始的，而研究化石遗骸的古生物学家则得出结论，认为长吻鳄最原始。“我们计划在未来进行谱系分析，并根据研究结果解决这一纷争，”伊万·库兹明说。“根据初步推测，分子生物学家们很可能是对的。”

在研究过程中，作者还发现了鳄鱼大脑箱通过什么机制获得了整块结构。研究人员将鳄鱼古代亲属头骨的进化与现代动物胚胎中头骨的发育进行了比较。他们发现，与蜥蜴和鸟类相比，鳄鱼的脑盒区域在个体发育初始阶段出现了额外的结构。

“胚胎中的骨骼以两种方式形成：软骨内生成和真皮生成。在第一种情况下，软骨首先出现，随后骨化。在第二个情况中，骨头长成时就是骨头，” 伊万·库兹明解释道。“所有动物的大部分脑盒都是由软骨内过程形成的。但事实证明，对于鳄鱼来说并非如此。除了软骨内生成的结构外，它们还有以骨骼形式直接生成的新环节。也就是说，软骨结构上会拼接其他动物没有的新骨头，就像拼乐高积木一样。随着胚胎的进一步生长，软骨变成骨头，所有部件都长成单一的结构。”