Recommended Reading
Scientists create detailed map of dinosaur brain, Science, theguardian.com
Witmer Lab, Perspectives
Advanced Reading
Witmer and Ridgely, Anatomical Record: Description of T. Rex endocasts.
Tehtävän esittely
Just how intelligent were dinosaurs? Miten voimme selvittää älykkyyden olennolta, joka on ollut sukupuuttoon kuolleena miljoonia vuosia? Yksi tapa on tarkastella sen aivojen rakennetta. Vaikka kukaan ei ole koskaan nähnyt dinosauruksen aivoja, voimme yrittää päätellä niiden rakennetta tekemällä jotakin, joka tunnetaan nimellä kallon endokaasti. Endocast on pohjimmiltaan kolmiulotteinen malli kallon sisätilasta, jota kutsutaan myös aivokoteloksi. Tämä on tila, jossa aivot normaalisti kulkevat. Hienoa on se, että meidän ei tarvitse tehdä varsinaista kipsimallinnusta, jotta voimme tarkastella aivokotelon sisäistä rakennetta. Itse asiassa voimme tehdä CT-kuvauksen fossiilisoituneesta kallosta ja mallintaa kallon sisäisen rakenteen tietokoneen avulla. Näin voimme luoda melko hyvän kuvan siitä, miltä dinosauruksen aivot olisivat näyttäneet. Katso esimerkiksi tämän Tyrannosaurus Rexin aivojen endokastia, jonka on tehnyt Witmerin laboratorio Ohion yliopistossa. Näyttääkö se tutulta?
Tyrannosauruksen aivojen endokaasti. Mittakaavapalkki on 4 cm.
Lähde: Witmer ja Ridgely, 2009, The Anatomical Record
Tässä on samat aivot koko kallon yhteydessä:
Vaikka T. Rexillä olikin valtavan suuri pää, näkee, että aivokotelo on itse asiassa hyvin pieni kallon kokoon nähden. Itse asiassa suuri osa kallosta on lähinnä leukaa ja poskionteloita. Poskionteloissa sijaitsi hajuepiteeli, jota käytetään hajujen aistimiseen. Voimme siis päätellä, että hajuaisti oli tälle dinosaurukselle hyvin tärkeä. Tästä voisi päätellä, että myös T. Rexin aivojen hajuaistin alueet olisivat suhteellisen suuret. Katsokaa tätä animaatiota, jossa näkyy kallo, poskiontelot ja endokaste (aivot):
Palataanpa siis takaisin ja tarkastellaan aivoja tarkemmin, tunnistatko joitain aivoalueita? Edessä olevat suuret rakenteet ovat hajusipulit (merkitty ob) ja lähellä ovat aivopuoliskot (cer). Muita rakenteita, joita olemme tottuneet näkemään, kuten näköhermo tai pikkuaivot, on vaikea päätellä, ja ne olivat todennäköisesti pieniä. Keltaiset oksat alareunassa ovat kallohermoja, jotka kuljettavat aistitietoa päästä aivorunkoon, ja punainen kiemura on vestibulaarilabyrintti, joka ohjaa dinosauruksen tasapainoaistia. Kaiken kaikkiaan T. Rexin etuaivot ovat noin 2 tuuman levyiset ja 4 tuuman pituiset. Ei kovin suuri!
Mitä muuta voimme sanoa näistä aivoista? Vaikka ne eivät olekaan kovin suuret nisäkkäiden aivoihin verrattuna, ne ovat melko suuret muiden dinosaurusten aivoihin verrattuna. Esimerkiksi sauropodi Ampelosauruksen aivot ovat juuri ja juuri saksanpähkinän kokoiset (kuvassa vertailun vuoksi). Tämä on järkevää, koska T-Rexit olivat lihansyöjiä ja lihansyöjillä on yleensä suuremmat aivot, joiden avulla ne pystyvät metsästämään.
Jos muistatte, puhuimme hiljattain enkefalisaatiokertoimesta (encephalization quotient), joka on mittari, jolla verrataan aivojen ja ruumiin kokoa ja joka korreloi jonkin verran eliön älykkyyden kanssa. Tämä EQ-mittari on ongelmallinen matelijoille, linnuille ja muille nisäkkäisiin kuulumattomille selkärankaisille, koska ruumiinkoon ja aivojen välinen suhde vaihtelee suuresti lajien välillä. Jos kuitenkin teemme oikaisun tämän vuoksi ja vertaamme T-Rexin EQ:ta alligaattorin EQ:hun, T-Rexin EQ on 1 ja 2 välillä, mikä on noin kaksi kertaa enemmän kuin isolla alligaattorilla. Tarkoittaako tämä, että Tyrannosaurus oli älykkäämpi kuin alligaattori? Ei välttämättä, korkeintaan voimme sanoa, että ne ovat samassa luokassa.
Hyödyllisempi lähestymistapa on ehkä verrata dinosaurusten aivojen toimintaorganisaatiota krokotiilien ja lintujen aivoihin. Evoluution kannalta dinosaurukset kehittyivät krokotiilien jälkeen ja sitten linnut kehittyivät dinosauruksista, joten olisi järkevää, että dinosauruksen aivot näyttäisivät jotakuinkin krokotiilin aivojen ja linnun aivojen sekoitukselta. Erich Jarvis ja hänen kollegansa Duken yliopistossa tekivät tuoreessa tutkimuksessa toiminnallisia karttoja lintujen aivoista ja krokotiilien aivoista. Käyttämällä erityisiä geneettisiä merkintätekniikoita he pystyivät tekemään toiminnallisia karttoja eri aivoalueista, jotka osallistuvat aistitiedon käsittelyyn ja ääntelyn (eli äänten) tuottamiseen. Saadakseen kartan dinosaurusten aivoista tutkijat yksinkertaisesti yhdistivät alligaattoreiden ja lintujen aivokartat. Sitten he ottivat tämän kartan ja asettivat sen päällekkäin T-Rexin aivojen endokastin kanssa.
Lähde: Erich Jarvis, Chun-Chun Chen, Duken yliopisto
Dinosauruksen aivoissa on kuusi aluetta. Yksi niistä, mesopallium, osallistuu monimutkaiseen käyttäytymiseen ja prosessointiin. Tämä on sama alue, joka osallistuu laululintujen oppimiseen ja laulujen tuottamiseen, mikä viittaa siihen, että on teknisesti mahdollista, että T-Rex saattoi käyttää tätä aluetta kommunikointiin lajinsa muiden jäsenten kanssa. Vertailemalla eri aivoalueita dinosauruksia kehittymättömämmillä ja kehittyneemmillä eläimillä voimme alkaa päätellä hieman siitä, miten dinosaurusten aivot toimivat. Huomionarvoista on myös se, että vaikka dinosaurukset ovat kuolleet sukupuuttoon satoja miljoonia vuosia sitten, voimme yhä tunnistaa niiden aivoissa rakenteita, joita elävillä eläimillä on edelleen. Selkärankaisten hermoston perusorganisaatio on säilynyt miljoonia ja taas miljoonia vuosia!Cool Resource: Jos haluat tutustua endokasteihin tarkemmin, tällä Witmerin laboratorion sivulla on joukko interaktiivisia 3D-endokasteja ja elokuvia kaikenlaisista lajeista, elävistä ja sukupuuttoon kuolleista, ihmisistä sapelihammastiikereihin ja dinosauruksiin.
Ohjeet:
Nyt kun olet oppinut, miten voit käyttää vertailevaa neuroanatomiaa oppiaksesi hieman sukupuuttoon kuolleiden eläinten aivotoiminnasta, sovellat nyt taitojasi määritellessäsi fiktiivisten olentojen aivotoimintaa! Tätä tehtävää varten laadit blogikirjoituksen, jossa kuvailet yksityiskohtaisesti minkä tahansa kuvittelemasi olennon aivojen anatomiaa ja organisaatiota.
1. Valitse kuvitteellinen hahmo tai keksi oma olentosi. Käytä sarjakuvahahmoa, suosikkipokémoneitasi tai lempielokuvahirviötäsi.
2. Pohdi erilaisia aistimellisia kykyjä, joita olennollasi on, sekä erityyppisiä käyttäytymismuotoja, joita siltä vaaditaan. Suunnittele sitten tämän olennon hermosto sen perusteella, mitä olet oppinut aivojen anatomiasta ja aivojen organisoinnista. Mieti, mitkä aivojen osat olisivat suurimmat ja mitkä pienimmät. Mieti, mitä aistielimiä oliollasi olisi. Ja mieti, minkälaista aivorakennetta tarvitsisit tukemaan sen käyttäytymistä. Jos valitsisin esimerkiksi Bugs Bunnyn, sen aivot olisivat todennäköisesti jäniksen aivojen muotoiset, paitsi että koska se kävelee pystyasennossa, selkäydin ja aivorunko olisivat suorassa kulmassa etuaivoihin nähden, kuten ihmisillä, eivätkä suoraan taaksepäin. Tietyt kielen tuottamiseen osallistuvat etuaivojen alueet olisivat paljon suuremmat kuin tavallisella kanilla, samoin kuin sosiaaliseen kognitioon osallistuvat alueet, kuten prefrontaalinen aivokuori. Toisin kuin tavallisella kanilla, Bugs Bunnyn aivoissa olisi myös huomattavan suuri edustus sen käsistä somatosensorisessa ja motorisessa aivokuoressa. Ole luova! Voit vapaasti liittää mukaan piirroksia, kaavioita tai mitä tahansa, mitä haluaisit meidän tietävän olennostasi. Tai kirjoita vain kuvaavat kappaleet.
3. Kun projektisi on valmis, napsauta osiosi blogia vasemmanpuoleisessa navigointipalstassa ja lataa kaikki aineistosi, mukaan lukien kuvat ja teksti, uuteen blogikirjoitukseen. Muista liittää mukaan kuva olennostasi.