Leseempfehlung
Wissenschaftler erstellen detaillierte Karte des Dinosauriergehirns, Science, theguardian.com
Witmer Lab, Perspectives
Fortgeschrittene Lektüre
Witmer und Ridgely, Anatomical Record: Description of T. Rex endocasts.
Assignment Introduction
Wie intelligent waren Dinosaurier? Wie können wir die Intelligenz eines Lebewesens feststellen, das seit Millionen von Jahren ausgestorben ist? Eine Möglichkeit besteht darin, sich die Struktur seines Gehirns anzusehen. Obwohl niemand jemals ein Dinosauriergehirn gesehen hat, können wir versuchen, auf seine Struktur zu schließen, indem wir einen so genannten Endokast des Schädels machen. Bei einem Endokast handelt es sich im Wesentlichen um ein dreidimensionales Modell des Innenraums des Schädels, der auch als Hirnschale bezeichnet wird. Das ist ein Raum, in dem sich normalerweise das Gehirn befindet. Das Tolle daran ist, dass wir keinen Abdruck machen müssen, um die innere Struktur der Hirnschale zu sehen. Wir können nämlich einen CT-Scan des versteinerten Schädels durchführen und die innere Struktur des Schädels mit einem Computer modellieren. So können wir uns ein recht gutes Bild davon machen, wie das Gehirn des Dinosauriers ausgesehen haben könnte. Sehen Sie sich zum Beispiel den Endocast des Gehirns dieses Tyrannosaurus Rex an, der vom Witmer-Labor der Universität Ohio angefertigt wurde. Kommt es Ihnen bekannt vor?
Endokast des Gehirns eines Tyrannosauriers. Maßstabsbalken ist 4 cm.
Quelle: Witmer und Ridgely, 2009, The Anatomical Record
Hier ist das gleiche Gehirn im Kontext des gesamten Schädels zu sehen:
Auch wenn T. Rex einen riesigen Kopf hatte, kann man sehen, dass das Gehirngehäuse im Verhältnis zur Größe des Schädels sehr klein ist. Ein großer Teil des Schädels besteht aus dem Kiefer und den Nebenhöhlen. In den Nebenhöhlen befand sich früher das Riechepithel, das der Geruchswahrnehmung diente. Daraus können wir schließen, dass der Geruchssinn für diesen Dinosaurier sehr wichtig war. Daher würden wir vorhersagen, dass die Geruchsbereiche des T. Rex-Gehirns ebenfalls relativ groß sein würden. Sehen Sie sich diese Animation an, die den Schädel, die Nasennebenhöhlen und den Endokasten (Gehirn) zeigt:
Gehen wir also zurück und sehen wir uns das Gehirn genau an, erkennen Sie einige Gehirnregionen? Die großen Strukturen vorne sind die Riechkolben (mit ob gekennzeichnet) und in der Nähe die Großhirnhemisphären (cer). Andere Strukturen, die wir gewohnt sind zu sehen, wie der Sehnerv oder das Kleinhirn, sind schwer zu erkennen und waren wahrscheinlich klein. Die gelben Äste am unteren Rand sind die Hirnnerven, die sensorische Informationen vom Kopf zum Hirnstamm leiten, und das rote verschnörkelte Ding ist das Gleichgewichtslabyrinth, das den Gleichgewichtssinn des Dinosauriers kontrolliert. Insgesamt ist das Vorderhirn des T. Rex etwa 2 Zoll breit und 4 Zoll lang. Nicht sehr groß!
Was können wir noch über dieses Gehirn sagen? Es ist zwar im Vergleich zu den Gehirnen von Säugetieren nicht sehr groß, aber im Vergleich zu den Gehirnen anderer Dinosaurier ist es ziemlich groß. Das Gehirn des Sauropoden Ampelosaurus zum Beispiel ist gerade mal so groß wie eine Walnuss (zum Vergleich abgebildet). Das macht Sinn, denn T-Rexe waren Fleischfresser, und Fleischfresser haben in der Regel größere Gehirne, die es ihnen ermöglichen, zu jagen.
Wenn Sie sich erinnern, haben wir vor kurzem über den Enzephalisationsquotienten gesprochen, ein Maß, das Gehirn und Körpergröße vergleicht und in gewisser Weise mit der Intelligenz eines Organismus korreliert. Dieses EQ-Maß ist für Reptilien, Vögel und andere Wirbeltiere, die keine Säugetiere sind, problematisch, da das Verhältnis zwischen Körpergröße und Gehirn bei den verschiedenen Arten sehr unterschiedlich ist. Wenn wir den EQ des T-Rex mit dem eines Alligators vergleichen, liegt der EQ des T-Rex zwischen 1 und 2, also etwa doppelt so hoch wie der eines großen Alligators. Heißt das, dass der Tyrannosaurus klüger war als ein Alligator? Nicht unbedingt, wir können höchstens sagen, dass sie sich in der gleichen Größenordnung befinden.
Vielleicht ist es sinnvoller, die Funktionsorganisation von Dinosauriergehirnen mit den Gehirnen von Krokodilen und Vögeln zu vergleichen. Aus evolutionärer Sicht haben sich die Dinosaurier nach den Krokodilen entwickelt und die Vögel nach den Dinosauriern, so dass ein Dinosauriergehirn wie eine Mischung aus einem Krokodil- und einem Vogelgehirn aussehen würde. In einer kürzlich durchgeführten Studie erstellten Erich Jarvis und seine Kollegen von der Duke University funktionelle Karten der Gehirne von Vögeln und Krokodilgehirnen. Mithilfe spezieller genetischer Markierungstechniken konnten sie funktionelle Karten der verschiedenen Gehirnregionen erstellen, die an der Verarbeitung sensorischer Informationen und der Erzeugung von Lauten beteiligt sind. Um die Karte des Dinosauriergehirns zu erhalten, fügten die Wissenschaftler einfach die Gehirnkarten von Alligatoren und Vögeln zusammen. Dann überlagerten sie diese Karte mit einem Endocast des T-Rex-Gehirns.
Quelle: Erich Jarvis, Chun-Chun Chen, Duke University
Das Großhirn des Dinosauriers enthält sechs Regionen. Eine davon, das Mesopallium, ist an komplexen Verhaltensweisen und Verarbeitungsprozessen beteiligt. Dies ist derselbe Bereich, der bei Singvögeln am Lernen und der Erzeugung von Liedern beteiligt ist, was darauf hindeutet, dass es technisch möglich ist, dass der T-Rex diese Region zur Kommunikation mit anderen Mitgliedern seiner Art genutzt hat. Durch den Vergleich der verschiedenen Hirnregionen bei Tieren, die weniger und mehr entwickelt sind als die Dinosaurier, können wir ein wenig über die Funktionsweise der Gehirne der Dinosaurier herausfinden. Bemerkenswert ist auch, dass wir trotz der Tatsache, dass die Dinosaurier seit Hunderten von Millionen Jahren ausgestorben sind, immer noch Strukturen in ihren Gehirnen erkennen können, die bei lebenden Tieren noch vorhanden sind. Die grundlegende Organisation des Nervensystems der Wirbeltiere wurde über Millionen und Abermillionen von Jahren beibehalten!Cooles Hilfsmittel: Wenn Sie sich näher mit Endoklasten beschäftigen wollen, finden Sie auf dieser Seite des Witmer-Labors eine Reihe von interaktiven 3D-Endoklasten und Filmen von allen möglichen lebenden und ausgestorbenen Arten, vom Menschen über Säbelzahntiger bis hin zu Dinosauriern.
Anleitung:
Nachdem du nun gelernt hast, wie du mit Hilfe der vergleichenden Neuroanatomie etwas über die Gehirnfunktion von ausgestorbenen Tieren lernen kannst, wirst du deine Fähigkeiten nun anwenden, um die Gehirnfunktion von fiktiven Lebewesen zu bestimmen! Für diese Aufgabe werden Sie einen Blogbeitrag verfassen, in dem Sie die Anatomie und Organisation des Gehirns eines beliebigen Lebewesens, das Sie sich vorstellen können, detailliert beschreiben.
1. Wähle eine fiktive Figur oder erfinde deine eigene Kreatur. Nimm eine Zeichentrickfigur, dein Lieblings-Pokémon oder dein Lieblings-Filmmonster.
2. Überlege dir die verschiedenen sensorischen Fähigkeiten, die deine Kreatur hat, sowie die verschiedenen Verhaltensweisen, die sie ausführen muss. Entwirf dann auf der Grundlage dessen, was du über die Anatomie des Gehirns und die Organisation des Gehirns gelernt hast, das Nervensystem dieser Kreatur. Überlegen Sie, welche Teile des Gehirns am größten und welche am kleinsten sein sollten. Überlege, welche Sinnesorgane deine Kreatur haben würde. Und überlegen Sie, welche Art von Gehirnstruktur Sie benötigen, um das Verhalten zu unterstützen. Wenn ich mich zum Beispiel für Bugs Bunny entscheiden würde, hätte sein Gehirn wahrscheinlich die Form eines Kaninchengehirns, nur dass, da er aufrecht geht, das Rückenmark und der Hirnstamm im rechten Winkel zum Vorderhirn stehen würden, ähnlich wie beim Menschen, und nicht gerade nach hinten. Bestimmte Regionen des Vorderhirns, die an der Erzeugung von Sprache beteiligt sind, wären viel größer als bei einem normalen Kaninchen, ebenso wie Bereiche, die an der sozialen Wahrnehmung beteiligt sind, wie der präfrontale Kortex. Im Gegensatz zu einem normalen Kaninchen hätte das Gehirn von Bugs Bunny auch eine deutlich größere Darstellung seiner Hände in seinem somatosensorischen und motorischen Kortex. Seien Sie kreativ! Fügen Sie Zeichnungen, Diagramme oder andere Dinge hinzu, die Sie uns über Ihre Kreatur mitteilen möchten. Oder schreibe einfach eine Reihe von beschreibenden Absätzen.
3. Sobald Ihr Projekt abgeschlossen ist, klicken Sie in der linken Navigationsspalte auf den Blog Ihres Bereichs und laden Sie Ihr gesamtes Material, einschließlich Bilder und Text, in einen neuen Blogbeitrag hoch. Vergewissern Sie sich, dass Sie ein Bild Ihrer Kreatur einfügen.