Recommended Reading
Scientists create detailed map of dinosaurus brain, Science, theguardian.com
Witmer Lab, Perspectives
Advanced Reading
Witmer and Ridgely, Anatomical Record: Description of T. Rex endocasts.
Assignment Introduction
Just how intelligent were dinosaurs? Jak możemy dowiedzieć się o inteligencji stworzenia, które wymarło przez miliony lat? Jednym ze sposobów jest spojrzenie na strukturę jego mózgu. Chociaż nikt nigdy nie widział mózgu dinozaura, możemy spróbować wywnioskować jego strukturę, robiąc coś, co jest znane jako endokast czaszki. Endocast jest zasadniczo trójwymiarowym modelem wewnętrznej przestrzeni czaszki, zwanej też mózgoczaszką. Jest to przestrzeń, w której normalnie znajduje się mózg. Najfajniejsze jest to, że nie musimy wykonywać odlewu, aby przyjrzeć się wewnętrznej strukturze mózgoczaszki. W rzeczywistości możemy wykonać tomografię komputerową skamieniałej czaszki i użyć komputera do modelowania wewnętrznej struktury czaszki. To pozwala nam stworzyć dość dobry obraz tego, jak wyglądałby mózg dinozaura. Spójrzcie na przykład na endocast mózgu tego Tyranozaura Rexa wykonany przez laboratorium Witmera z Uniwersytetu Ohio. Czy wydaje się znajomy?
Endokast mózgu tyranozaura. Scale bar is 4 cm.
Source: Witmer i Ridgely, 2009, The Anatomical Record
Tutaj ten sam mózg w kontekście całej czaszki:
Mimo że T. Rex miał ogromną głowę, widać, że obudowa mózgu jest w rzeczywistości bardzo mała w stosunku do wielkości czaszki. W rzeczywistości duża część czaszki to głównie szczęka i zatoki. Zatoki to miejsce, gdzie znajdował się nabłonek węchowy, służący do wyczuwania zapachów. Możemy więc wywnioskować, że zmysł węchu był bardzo ważny dla tego dinozaura. Stąd można by przewidzieć, że obszary węchowe w mózgu T. Rexa również byłyby stosunkowo duże. Przyjrzyjmy się tej animacji, pokazującej czaszkę, zatoki i endocast (mózg):
Wróćmy więc i przyjrzyjmy się dokładnie mózgowi, czy rozpoznajesz jakieś regiony mózgu? Duże struktury z przodu to cebulki węchowe (oznaczone jako ob), a obok znajdują się półkule mózgowe (cer). Inne struktury, które przyzwyczailiśmy się widzieć, takie jak tarcza nerwu wzrokowego czy móżdżek, są trudne do rozpoznania i prawdopodobnie były małe. Żółte gałęzie u dołu to nerwy czaszkowe, które przenoszą informacje czuciowe z głowy do pnia mózgu, a czerwona kwadratowa rzecz to labirynt przedsionkowy, który kontroluje zmysł równowagi dinozaura. Ogólnie rzecz biorąc, przodomózgowie T. Rexa ma około 2 cale średnicy i 4 cale długości. Niezbyt duży!
Co jeszcze możemy powiedzieć o tym mózgu? Podczas gdy nie jest on bardzo duży w stosunku do mózgów ssaków, jest on dość duży w stosunku do mózgów innych dinozaurów. Na przykład ten mózg zauropoda Ampelosaurus jest wielkości orzecha włoskiego (pokazany dla porównania). Ma to sens, gdyż T-Rex’y były mięsożercami, a mięsożercy mają większe mózgi, które pozwalają im polować.
Jeśli pamiętasz, niedawno rozmawialiśmy o ilorazie encefalizacji, który jest miarą porównującą mózg i siuze ciała i w pewien sposób koreluje z inteligencją organizmu. Ta miara EQ jest problematyczna dla gadów, ptaków i innych kręgowców nie będących ssakami, ponieważ związek pomiędzy rozmiarem ciała a mózgiem różni się znacznie w zależności od gatunku. Jeśli jednak dokonamy korekty i porównamy EQ T-Rexa z EQ aligatora, okaże się, że EQ T-Rexa wynosi między 1 a 2, czyli około dwa razy więcej niż u dużego aligatora. Czy to oznacza, że Tyranozaur był mądrzejszy od aligatora? Niekoniecznie, co najwyżej możemy powiedzieć, że są w tym samym ballparku.
Prawdopodobnie bardziej użytecznym podejściem jest porównanie organizacji funkcji mózgów dinozaurów z mózgami krokodyli i ptaków. Pod względem ewolucji dinozaury ewoluowały po krokodylach, a następnie ptaki wyewoluowały z dinozaurów, więc miałoby sens, że mózg dinozaura wyglądałby jak mieszanka mózgu krokodyla i mózgu ptaka. W najnowszych badaniach Erich Jarvis i jego koledzy z Duke University stworzyli funkcjonalne mapy mózgów ptaków i mózgów krokodyli. Używając specjalnych technik znakowania genetycznego, byli w stanie stworzyć funkcjonalne mapy różnych regionów mózgu zaangażowanych w przetwarzanie informacji sensorycznych i generowanie wokalizacji (lub dźwięków). Następnie, aby uzyskać mapę mózgu dinozaura, naukowcy po prostu połączyli mapy mózgów aligatorów i ptaków. Następnie wzięli tę mapę i nałożyli ją na endocast mózgu T-Rexa.
Źródło: Erich Jarvis, Chun-Chun Chen, Duke University
Mózg dinozaura zawiera sześć regionów. Jeden z nich, mezopallium, jest zaangażowany w złożone zachowania i przetwarzanie informacji. Jest to ten sam obszar, który jest zaangażowany w uczenie się i generowanie piosenek u ptaków śpiewających, co sugeruje, że jest technicznie możliwe, że T-Rex mógł używać tego regionu do komunikowania się z innymi członkami swojego gatunku. Porównując różne regiony mózgu u zwierząt, które są mniej i bardziej rozwinięte niż dinozaury, możemy zacząć wnioskować co nieco o tym, jak działały mózgi dinozaurów. Niezwykłe jest również to, że mimo iż dinozaury wymarły setki milionów lat temu, nadal możemy rozpoznać w ich mózgach struktury, które posiadają żyjące zwierzęta. Podstawowa organizacja układu nerwowego kręgowców została zachowana przez miliony i miliony lat! Cool Resource: Jeśli chcesz dalej badać endocasty, ta strona z laboratorium Witmera ma kilka interaktywnych endocastów 3D i filmów z wszelkiego rodzaju gatunków, żyjących i wymarłych, od ludzi, przez tygrysy szablozębne do dinozaurów.
Instrukcje:
Teraz, gdy już dowiedziałeś się, jak możesz wykorzystać neuroanatomię porównawczą, aby dowiedzieć się co nieco o funkcjonowaniu mózgu u wymarłych zwierząt, zastosujesz swoje umiejętności do określenia funkcji mózgu u fikcyjnych stworzeń! Dla tego zadania, wygenerujesz wpis na blogu, w którym szczegółowo opisujesz anatomię i organizację mózgu każdego stworzenia, które możesz sobie wyobrazić.
1. Wybierz fikcyjną postać lub wymyśl swojego własnego stwora. Użyj postaci z kreskówek, swojego ulubionego Pokémona lub ulubionego potwora z filmu.
2. Rozważ różne zdolności sensoryczne, które posiada twój stwór, jak również różne rodzaje zachowań, które musi wykonywać. Następnie, w oparciu o to, czego nauczyłeś się o anatomii i organizacji mózgu, zaprojektuj układ nerwowy tego stworzenia. Zastanów się, które części mózgu byłyby największe, a które najmniejsze. Zastanów się, jakie narządy zmysłów miałoby Twoje stworzenie. I pomyśl, jakie typy struktury mózgu byłyby potrzebne do wspierania jego zachowania. Na przykład, gdybym wybrał Królika Bugsa, jego mózg miałby prawdopodobnie kształt mózgu królika, z tą różnicą, że ponieważ chodzi on w pozycji wyprostowanej, rdzeń kręgowy i pień mózgu znajdowałyby się pod kątem prostym w stosunku do przodomózgowia, podobnie jak u ludzi, a nie prosto do tyłu. Niektóre regiony przodomózgowia zaangażowane w generowanie języka byłyby znacznie większe niż u zwykłego królika, podobnie jak obszary zaangażowane w poznanie społeczne, takie jak kora przedczołowa. W przeciwieństwie do zwykłego królika, mózg Królika Bugsa posiadałby również znacznie większą reprezentację jego rąk w korze somatosensorycznej i ruchowej. Bądź kreatywny! Nie krępuj się dołączyć rysunków, diagramów lub czegokolwiek, co chciałbyś, abyśmy wiedzieli o Twoim stworzeniu. Albo po prostu napisz opisowy zestaw paragrafów.
3. Kiedy twój projekt jest gotowy, kliknij na blog twojej sekcji w kolumnie nawigacji po lewej stronie i załaduj wszystkie swoje materiały, w tym zdjęcia i tekst do nowego wpisu na blogu. Pamiętaj, aby załączyć zdjęcie swojego stworzenia.
4.