Какой мозг у динозавров. Впервые обнаружен замороженный мозг динозавра

Мозг и его расположение схематично обозначены на фоне головы игуанодонта

Окаменелости мягких тканей некоторых древних животных очень подробно изучены. Есть образцы со всего фанерозоя (он начался ≈542 млн лет до н.э., продолжается до сих пор). Есть образцы даже из позднего неопротерозоя, который предшествовал фанерозою. Научное обсуждение строение мягких тканей и мозга древних морских беспозвоночных стали обычным делом. Совсем другое дело - окаменелости мягких тканей позвоночных, а особенно наземных. Это большая редкость.

Среди этих редких находок самыми ценными считаются окаменелые останки мозга, потому что мягкие ткани мозга очень неустойчивы по своей природе. По-большому счёту, мы практически ничего не знаем о мозге древних позвоночных, живших полмиллиарда лет назад. Насколько был развит мозг и как устроен? Эти данные учёные получали в основном из косвенных источников, а не в результате наблюдений.

Такими косвенными источниками являлись сравнительные анатомические исследования близко связанных сохранившихся таксонов, изучение внутренностей окаменелых черепов - эндокрана , то есть рельефа на внутренней стороне черепной коробки, отражающего рисунок крупных борозд и извилин головного мозга и, в некоторых случаях, крупных сосудов. По эндокрану можно сделать выводы о форме и структуре мозга с помощью 3D-реконструкции. Например, см. работу Курочкина с коллегами 2007 года с изучением птичьего мозга по окаменелостям, найденного в отложениях разреза Меловатка−3 в Волгоградской области (Россия). Это одна из самых подробных научных работ на эту тему в мировой науке.

Находки окаменелостей древних наземных позвоночных с эндокраном - редкие события сами по себе (нечасто внутренний рельф черепа сохраняется настолько хорошо). А вот окаменелости мягких тканей мозга наземного организма учёным вообще никогда не удавалось получить.

Удивительно, что несмотря на фактическое отсутствие объекта исследований, учёные потратили немало сил на изучение мозга динозавров по черепам. Первый хорошо сохранившийся череп динозавра был найден в 1871 году. Спустя 26 лет учёные подробно исследовали внутренности черепа игуанодонта , попытавшись определить функциональные отделы и структуру его мозга. Игуанодонты - растительноядные птицетазовые динозавры, жившие в Европе и других регионах 140−120 млн лет назад. В том числе на территории нынешних России, Украины и Беларуси.

Скелет игуанодонта в музее Бремена

В 1977 году Дэвид Норман довольно подробно изучил структуру мозга игуанодонта по эндокрану, с подробностями морфологии кровеносной, нервной и вестибулярной систем.

В то же время учёные склонялись к мнению, что давление мозга на череп у взрослых динозавров было низким. Это значит, что внутренняя форма черепа формировалась у них в раннем возрасте, когда череп не успевает за ростом мозга. Соответственно, проведённые и упомянутые выше исследования эндокрана относятся скорее к неразвитому мозгу на ранних стадиях. У взрослого динозавра, образно говоря, в большом черепе может скрываться маленький мозг, а всё остальное пространство заполнено иным содержимым. По крайней мере, до сих пор существовал распространённый образ, что у динозавров в мозге было мало серого вещества. Как у современных рептилий, у которых между мозгом и черепом есть толстый защитный слой. Специалисты предполагали, что у динозавров тоже может быть такой.

В 2016 году учёные впервые получили доступ и тщательно изучили настоящие окаменелые останки мозга динозавра . Это опять игуанодонт. Образец найден коллекционером на побережье в окрестностях курортного городка Бексхилл в графстве Сассекс на юго-востоке Англии, в отложениях раннего мелового периода (≈133 млн лет назад).

Место находки окаменелостей мозга

Исследование окаменелости с помощью сканирующего электронного микроскопа выявило детальные структуры мозга, в том числе менингеальные ткани, кровеносные сосуды (включая капилляры) и бывшие внешние кортикальные ткани, которые относятся к коре больших полушарий головного мозга. В окаменелостях они замещены фосфатом кальция, то есть коллофаном. В этом и состоит уникальность находки - это первый образец, в котором частично минерализовалась даже кора полушарий.

Весь процесс минерализации мозга схематично изображён на иллюстрации. Слева внизу показан фрагмент окаменелости, который сохранился к настоящему времени. Это примерно третья часть мозга динозавра по объёму. Зелёный цвет соответствует коллофану, красный - сидериту, то есть карбонату железа, тоже материалу осадочного происхождению, его часто находят в известняках.

По мнению учёных, мозг динозавра сохранился настолько хорошо благодаря тому, что перед минерализацией он очень быстро замариновался (засолился). Возможно, динозавр после смерти упал в воду, а затем его череп хранился в донных отложениях реки или озера.

Изучив окаменелости тканей мозга, учёные могут сказать, что у этого игуанодонта нет такого толстого защитного слоя между мозгом и черепом. Защитные мембраны у него толщиной всего 1 мм. Это значит, что у динозавров мозг заполняет большую часть пространства черепной коробки, примерно как у современных птиц.

Это вдобавок означает, что игуанодонт обладал гораздо более высоким интеллектом, чем предполагалось ранее, если относительный объём мозга соответствует уровню мыслительной деятельности животного.

Правда, есть вероятность, что под воздействием гравитации окаменелые останки могли сплющить защитную мембрану, так что для полной уверенности в более высоком интеллекте динозавров желательно найти другие образцы окаменелостей мозга.

Окаменелости динозавров - это не всегда минерализованные остатки костей. Ученые могут обнаружить отпечатки ступней, очертания «руки» или крыла.

Иногда палеонтологам удается найти останки тканей динозавра, в том числе кожи и капилляров. И, как выяснилось из невероятной специальной публикации Лондонского геологического общества, иногда можно обнаружить даже мозг!

Как была сделана находка

Охотник за окаменелостями, работая возле Сассекса на юго-востоке Англии почти десять лет назад, наткнулся на небольшую коричневую гальку. После того как группа палеонтологов провела анализ, оказалось, что эта галька на самом деле была окаменелыми мягкими тканями мозга игуанодона - травоядного динозавра, жившего около 133 млн лет назад, в начале мелового периода.

Важно отметить, что это первый пример находки окаменелой ткани мозга динозавра. Хотя первоначальной биологической ткани как таковой больше не существует, невероятно хорошо сохранились сложные детали структуры органа, которые исследователи называют «минерализованными призраками».

Что показал анализ

Подробный анализ также показал, что также были прекрасно сохранены окаменелые остатки нитей кровеносных сосудов, коллагеновых сетей, капилляров и даже внешних слоев нервной ткани.

Соавтор исследования доктор Алекс Лю, палеонтолог из Кембриджского университета, сказал, что ткани мозга «являются одними из наименее вероятных тканей наземных позвоночных, которые могут быть найдены окаменелыми».

Этот несчастный динозавр, кажется, умер возле трясины или топи, почва которой была кислой и обедненной кислородом. Его мозг был, по существу, «замаринован» бактериями, а мягкие ткани минерализовались, прежде чем он исчез.

Особенности вида

Появившись спустя 20 миллионов лет после того, как дебютировали четвероногий стегозавр и птичий, размерами не превышающий ворона, археоптерикс, игуанодон был лесным, громоздким, двуногим животным, которое питалось низменной растительностью и отбивалось от хищников с помощью необычных шипов. Он принадлежал к орнитисхиям - это динозавры, которые не имели истинных наследственных форм их предков птиц. Несмотря на это, ученые отмечают, что мозг этого травоядного, как представляется, очень похож на птичий. Кроме того, он имеет некоторые морфологические сходства с современными крокодилами.

Разоблачительные открытия

Современные рептилии имеют относительно маленький мозг, причем половина пространства черепной полости в настоящее время поглощается пазухами, которые служат в качестве дренажной системы крови. Любопытно, что ткань в мозгу этого игуанодона предположительно оказывала давление прямо против скелетной структуры. Это может свидетельствовать о том, что мозг динозавров мог быть намного больше, чем предполагалось ранее.

Кажется, что мозг этого динозавра был более похож на мозг современных птиц тем, что он заполнил большую часть соответствующего отдела черепа.

Тем не менее вполне возможно, что драматическая гибель динозавра сдвинула мозг, заставляя его сохраниться в непривычном месте, тогда как на самом деле он мог быть расположен дальше. Не видя его долей, ученые не могут быть уверены в истинном размере этого мозга.

В память о профессоре

Ведущий автор исследования, профессор Мартин Брайзер из Оксфордского университета, (который погиб в автокатастрофе в 2014 году) также исследовал это невероятное ископаемое, и эта публикация ученых была посвящена работе его жизни.

«Профессор Брайзер был очень благосклонным коллегой, и было привилегией работать над публикацией документа по этому объекту в память о нем», - сказал соавтор исследования д-р Рассел Гарвуд, палеонтолог из Университета Манчестера.

Ученый, без сомнения, был бы в восторге, если бы смог увидеть последнюю часть открытия, которая оказалась действительно разоблачительной. В конце концов, возможно, нет лучшего способа выяснить, каков интеллект динозавра, чем изучить его мозг.

Динозавры, как известно, слывут тупоголовыми колоссами доисторических времен. Но так ли это было на самом деле, а если так, то каким же образом им удалось пережить несколько геологических эпох?
Тупость динозавров давно стала притчей во языцех. Согласно одним предположениям, у них было даже два мозга, а по другим, они были существами на редкость тупоголовыми, отчего и вымерли. Однако наличие крупного мозга далеко не всегда играет определяющую роль в успешной биологической эволюции. Те же исследования показывают, что динозавры различались как по объёму мозга, так и по уровню интеллекта. Некоторые из них были менее сообразительны, другие же не уступали в уме многим современным млекопитающим.

У стегозавра мозг был размером с орех и весил около 75 г, а некоторые нервные клетки, сообщавшиеся с дальними частями тела, превышали в длину 3 м. Нервная регуляция у него происходила скорее всего с такой же скоростью, как у всякого холоднокровного, хотя подобное предположение остаётся спорным.

Нервная система.

Динозавры относятся к позвоночным — значит, и нервная система у них была как у всех позвоночных. А центры нервной деятельности у всякого позвоночного расположены в головном мозге, связанным со спинным, который представляет собой длинную стержневидную структуру из нервных тканей, проходящих через внутреннюю полость позвоночного столба. От спинного мозга нервные волокна разветвляются по всему телу, поглощая информацию от различных органов чувств и посылая следом за тем соответствующие сигналы, стимулирующие мышечную деятельность. У всех позвоночных ключевую роль в стимулировании и координации движений тела играет головной мозг. Впрочем, некоторые, так называемые непроизвольные, движения вызываются без непосредственного участия головного мозга. К примеру, стоит нам наступить на какой-нибудь острый предмет, как наша нога тут же невольно отдёрнется по автоматическому ответному сигналу из спинного мозга. От подобных реакций нередко зависит жизнь, но чем крупнее животное, тем медленнее проходят нервные импульсы по телу. К примеру, у современных пресмыкающихся такие сигналы проходят по нервным волокнам со скоростью больше 40 м/сек и вызывают практически мгновенную ответную реакцию. Однако у крупных динозавров рефлекторные импульсы проходили по нервным волокнам несколько метров, вследствие чего ответная реакция наступала с некоторым опозданием. В результате такого отставания во времени, вероятно, и создаётся впечатление, будто у тех же стегозавров и некоторых других динозавров имелся так называемый «второй мозг». В действительности же то был не собственно мозг, а крупный центр регуляции автоматических реакций.
На этом рисунке схематично представлены головной мозг стегозавра и соседние с мозгом структуры. Слуховое отверстие расположено сзади, а округлости сверху — это часть внутреннего уха и двигательного центра.

Относительный объём мозга.

В черепах динозавров нередко обнаруживаются полости, занимаемые головным мозгом, что позволяет рассчитать его объём и получить соответствующее компьютерное изображение или же сперва заполнить полость жидкостью, а после определить его объём. Таким образом, у одних динозавров головной мозг был размером с виноградину, а у других — с грейпфрут. При проведении подобных измерений необходимо учитывать и объём тела динозавра: чем крупнее животное, тем больше треубется нервной ткани, чтобы его контролировать. На примере современных животных учёные установили точное соотношение между весом головного мозга и общим весом тела животного. Применительно к человеку подобное соотношение выглядит так — 1:40, а к средних размеров собаке — 1:125. Что же касается стегозавра, оно составляет 1:50000, из чего явствует, что эти животные и впрямь не отличались большим умом. С другой стороны, у маленьких птиц подобное соотношение намного выше — 1:12, из чего следует, что они должны быть умнее человека. Впрочем, для измерения интеллектуального уровня того или иного животного больше подходит так называемый «коэффициент энцифализации», дающий более или менее ясное представление о степени умственного развития. Так, из нижеприведённой таблицы явствует, что среди динозавров этот показатель самый низкий у зауропод, поскольку он составляет 0,2, в то время как у мелких теропод он равен 5,5. Что до млекопитающих, то здесь лидирует человек — с показателем 7,4. Как бы то ни было, это мало что даёт для полного представления об умственных способностях динозавров, поскольку учёные не имеют возможности сравнить непосредственно всех представителей различных групп доисторических животных.
Толстоголовый динозавр, или пахицефалозавр, судя по размерам головы, должен был обладать крупным мозгом, но это только на первый взгляд, поскольку большую часть черепной коробки занимали толстые кости.

Инстинкты и навыки.

Принимая в расчёт образ жизни тех же растительноядных динозавров, не удивительно, что в показательной таблице эволюционного развития они занимают самое последнее место. В отличие от хищников, у них не было надобности выслеживать и подсиживать добычу — вся их работа заключалась в том, чтобы насыщаться и переваривать пищу. С другой стороны, такие мелкие хищники, как дромицеомимы сумели выжить за счёт постепенного обретения охотничьих навыков. Так что интеллект для них был залогом самой жизни.

На этой таблице представлены общие показатели эволюционного развития динозавров и крокодилов. «Коэффициент энцифализации» выражает отношение массы мозга конкретного вида к средней массе мозга систематической группы. Применительно к динозаврам расчёт предполагаемой массы мозга производится на основании результатов изучения современных пресмыкающихся. Таким образом, «коэффициент энцифализации» даёт только общее представление об объёме мозга и, соответственно, уровне умственного развития животного. Если этот коэффициент больше 1, значит, масса мозга у животного в среднем выше по данному классу, а если меньше 1, то наоборот.

Американский палеонтолог Освальд Марш более 100 лет назад впервые смог исследовать полный окаменелый скелет гигантского динозавра и констатировал с изумлением: » Очень маленькие размеры черепа и мозговых полостей говорят о том, что данный динозавр был очень глупым и медленным животным».

Такое мнение настолько укоренилось в умах простых обывателей, что даже в обиходе слово «динозавр» стало означать тупость и древность. Но на самом деле в отношении некоторых видов динозавров такая оценка не совсем справедлива: достаточно вспомнить, что некоторые хищные ящеры были очень ловкими и проворными, а утконосые динозавры умели договариваться друг с другом.

Хищный динозавр заурорнитоид (Saurornithoides) имел довольно большой мозг, почти такой же по размеру, как у современных птиц или мклких млекопитающих.

Выемки мозговых полостей черепа могут свидетельствовать о том, что участки мозга, которые отвечают за обоняние, зрение или сложные виды движений конечностей, такие как баланс головы и хвоста, хватательные и осязательные функции достигали больших размеров и были хорошо выражены.

Утконосые динозавры, судя по форме мозговых полостей черепов, обладали хорошим слухом, обанянием и зрением. Именно эти чувства особенно интенсивно использовались разтительноядными динозаврами, которые не имели защитного панциря, чтобы успеть своевременно учуять хищника.

У колючих и панцирных динозавров был самый маленький мозг по сравнению с объёмами их тел. Например, Стегозавр вырастал больше современного слона на целую тонну, а его мозг был размером всего с грецкий орех! Неужели этого объёма было достаточно, чтобы управлять такой массой? Как показали дальнейшие исследования, у стегозавра в бедренной области позвоночника находился еще один так называемый «мозговой центр» — об этом свидетельствует наличие крупной полости в костях.

Может быть, это утолщение спинного мозга функционировало как второй мозг, как говорят отдельные исследователи? Конечно же, нет. Этот обычный центр управлял нервными путями задней части хвоста и тела. Даже в современном животном мире большинство позвоночных животных с длинными хвостами имеют спинной мозг, который заметно утолщяется в этом месте. А у стегозавров хвост имел просто огромные размеры, он был длиннее его собственного тела, но выполнял еще одну жизненно важную функцию — служил оружием защиты.

Чтобы нервная система могла точно без промедлений управлять всеми мускулами хвоста при целенапрвленном и точном ударе, у основания хвоста нужна была достаточно развитая нервная система.

Однако настоящим мозгом можно считать лишь тот, который располагается в черепе. И видимо, динозаврам, которые безмятежно паслись под защитой своих грозных шипов, такого мозга было вполне достаточно, ведь с такими маленькими объёмами мозга колючие динозавры смогли выжить на протяжении десятков миллионов лет.