Jämfört med resten av djurriket, däggdjur har de största hjärnorna och producerar några av de minsta kullarna med avkommor. Ett nyligen beskrivet fossil av en utdöd däggdjurssläkting – och hennes 38 barn – är bland de bästa bevisen på att en nyckelutveckling i utvecklingen av däggdjur var att byta avelskraft mot hjärnkraft.

Fyndet är bland de sällsynta av de sällsynta eftersom det innehåller de enda kända fossilerna av spädbarn från något däggdjursprekursor, sa forskare från University of Texas i Austin som upptäckte och studerade den fossiliserade familjen. Men närvaron av så många spädbarn – mer än dubbelt så stor som den genomsnittliga kullstorleken för något levande däggdjur – avslöjade att det förökade sig på ett sätt som liknar reptiler. Forskare tror att bebisarna förmodligen utvecklades inuti ägg eller hade precis kläckts när de dog.

Studien, publiceras i tidskriften Natur den 29 augusti, beskriver exemplar som forskare säger kan hjälpa till att avslöja hur däggdjur utvecklade en annan strategi för reproduktion än sina förfäder, som gav ett stort antal avkommor.

"Dessa bebisar kommer från en väldigt viktig punkt i det evolutionära trädet, sa Eva Hoffman, som ledde forskningen om fossilet som doktorand vid UT Jackson School of Geosciences. "De hade många egenskaper som liknar moderna däggdjur, egenskaper som är relevanta för att förstå däggdjurs evolution."

Hoffman skrev studien tillsammans med sin doktorandrådgivare, Jackson School Professor Timothy Rowe.

Däggdjurets släkting tillhörde en utdöd art av beagle-storlek växtätare som heter Kayentatherium wellesi som levde tillsammans med dinosaurier för cirka 185 miljoner år sedan. Som däggdjur, Kayentatherium hade förmodligen hår.

När Rowe samlade in fossilet för mer än 18 år sedan från en klippformation i Arizona, han trodde att han tog med sig ett enda exemplar. Han hade ingen aning om de dussintals bebisar den innehöll.

Sebastian Egberts, en före detta doktorand och fossilförberedare vid Jackson School, upptäckte det första tecknet på bebisarna år senare när en kornstorlek av tandemalj fångade hans blick 2009 när han packade upp fossilet.

"Det såg inte ut som en spetsig fisktand eller en liten tand från en primitiv reptil, sa Egberts, som nu är instruktör i anatomi vid Philadelphia College of Osteopathic Medicine. "Det såg mer ut som en molariform (molarliknande tand) - och det gjorde mig väldigt upphetsad."

En datortomografi av fossilet avslöjade en handfull ben inne i berget. Dock, det tog framsteg inom CT-bildteknik under de kommande 18 åren, expertis hos tekniker vid UT Austins högupplösta röntgentomografianläggning, och omfattande digital bearbetning av Hoffman för att avslöja resten av bebisarna – inte bara käkar och tänder, men fullständiga skallar och delskelett.

De 3D-visualiseringar som Hoffman producerade gjorde att hon kunde genomföra en djupgående analys av fossilet som verifierade att de små benen tillhörde spädbarn och var samma art som den vuxna. Hennes analys avslöjade också att bebisarnas skallar var som nedskalade kopior av den vuxna, med skallar en tiondel av storleken men i övrigt proportionell. Detta fynd står i kontrast till däggdjur, som har barn som föds med förkortade ansikten och bukformade huvuden för att stå för stora hjärnor.

Hjärnan är ett energikrävande organ, och graviditet – för att inte tala om barnuppfostran – är en energikrävande process. Upptäckten att Kayentatherium hade en liten hjärna och många barn, trots att de annars har mycket gemensamt med däggdjur, föreslår att ett avgörande steg i utvecklingen av däggdjur var att byta ut stora kullar mot stora hjärnor, och att detta steg skedde senare i däggdjursutvecklingen.

"Bara några miljoner år senare, hos däggdjur, de hade utan tvekan stora hjärnor, och de hade utan tvekan en liten kullstorlek, " sa Rowe.

Däggdjurens syn på reproduktion är direkt relaterad till mänsklig utveckling – inklusive utvecklingen av våra egna hjärnor. Genom att se tillbaka på våra tidiga däggdjursförfäder, människor kan lära sig mer om den evolutionära process som hjälpte till att forma vilka vi är som art, sa Rowe.

"Det finns ytterligare djupa berättelser om utvecklingens utveckling, och utvecklingen av däggdjurs intelligens och beteende och fysiologi som kan pressas ut ur ett anmärkningsvärt fossil som detta nu när vi har teknologin för att studera det, " han sa.