Rekommenderad läsning
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.
Assignment Introduction
Hur intelligenta var dinosaurierna? Hur kan vi räkna ut intelligensen hos en varelse som varit utdöd i miljontals år? Ett sätt är att titta på dess hjärnstruktur. Även om ingen någonsin har sett en dinosauriehjärna kan vi försöka dra slutsatser om dess struktur genom att göra något som är känt som en endocast av en skalle. En endocast är i princip en tredimensionell modell av kraniets inre utrymme, som också kallas hjärnhus. Detta är ett utrymme där hjärnan normalt befinner sig. Det häftiga är att vi faktiskt inte behöver göra en avgjutning för att titta på hjärnhusets inre struktur. Vi kan faktiskt göra en datortomografi av den fossila skallen och använda en dator för att modellera skallens inre struktur. På så sätt kan vi skapa en ganska bra bild av hur dinosauriernas hjärna skulle ha sett ut. Titta till exempel på den endocast av denna Tyrannosaurus Rex’ hjärna som utfördes av Witmer-laboratoriet vid Ohio University. Verkar den bekant?
Endocast av Tyrannosaurus hjärna. Skalan är 4 cm.
Källa: Witmer and Ridgely, 2009, The Anatomical Record
Här är samma hjärna inom ramen för hela kraniet:
Även om T. Rex hade ett enormt huvud kan man se att hjärnhöljet faktiskt är mycket litet i förhållande till kraniets storlek. I själva verket består en stor del av skallen mest av käken och bihålorna. Bihålorna är där det olfaktoriska epitelet brukade vara, som används för att känna lukter. Vi kan alltså dra slutsatsen att luktsinnet var mycket viktigt för den här dinosaurien. Utifrån detta skulle vi kunna förutsäga att luktområdena i T. Rex hjärna också skulle vara relativt stora. Ta en titt på den här animationen som visar skallen, bihålorna och endokasten (hjärnan):
Så låt oss gå tillbaka och ta en närmare titt på hjärnan, känner du igen några hjärnområden? De stora strukturerna längst fram är luktbulberna (märkta ob) och i närheten finns hjärnhalvorna (cer). Andra strukturer som vi är vana vid att se, t.ex. optic tectum eller cerebellum, är svåra att härleda och var sannolikt små. De gula grenarna längst ner är kranialnerverna som transporterar sensorisk information från huvudet till hjärnstammen och den röda snirkliga saken är den vestibulära labyrinten, som kontrollerar dinosauriernas balanssinne. Totalt sett är T. Rex’ främre hjärna ungefär 2 tum i diameter och 4 tum lång. Inte särskilt stort!
Vad mer kan vi säga om denna hjärna? Även om den inte är särskilt stor i förhållande till hjärnor hos däggdjur är den ganska stor i förhållande till hjärnor hos andra dinosaurier. Den här hjärnan från sauropoden Ampelosaurus är till exempel bara ungefär lika stor som en valnöt (visas som jämförelse). Detta är logiskt eftersom T-Rex var köttätare och köttätare tenderar att ha större hjärnor som gör det möjligt för dem att jaga.
Om du minns pratade vi nyligen om encephalization quotient, som är ett mått som jämför hjärnans och kroppens siuze och som i viss mån korrelerar med intelligensen hos en organism. Detta EQ-mått är problematiskt för reptiler, fåglar och andra ryggradsdjur som inte är däggdjur eftersom förhållandet mellan kroppsstorlek och hjärna varierar kraftigt mellan olika arter. Med det sagt, om vi gör en justering för detta och jämför T-Rex EQ med en alligators EQ är T-Rex EQ mellan 1 och 2, vilket är ungefär dubbelt så mycket som för en stor alligator. Betyder detta att Tyrannosaurus var smartare än en alligator? Inte nödvändigtvis, vi kan på sin höjd säga att de är i samma storleksordning.
En mer användbar metod är kanske att jämföra funktionsorganisationen i dinosauriernas hjärnor med hjärnorna hos krokodiler och fåglar. När det gäller evolutionen utvecklades dinosaurierna efter krokodilerna och sedan utvecklades fåglarna från dinosaurierna, så det skulle vara logiskt att en dinosauriehjärna skulle se ut som en blandning mellan en krokodilhjärna och en fågelhjärna. I en nyligen genomförd studie har Erich Jarvis och hans kollegor vid Duke University gjort funktionella kartor av fågelhjärnor och krokodilhjärnor. Med hjälp av speciella tekniker för genetisk märkning kunde de göra funktionella kartor över de olika hjärnregioner som är involverade i bearbetning av sensorisk information och i generering av vokaliseringar (eller ljud). För att få fram kartan över dinosauriernas hjärnor slog forskarna sedan helt enkelt ihop hjärnkartorna från alligatorer och fåglar. De tog sedan denna karta och lade den över en endocast av T-Rex hjärna.
Källa: Erich Jarvis, Chun-Chun Chen, Duke University
Dinosauriernas hjärna innehåller sex regioner. En av dem, mesopallium, är involverad i komplexa beteenden och bearbetning. Detta är samma område som är involverat i inlärning och generering av sånger hos sångfåglar, vilket tyder på att det är tekniskt möjligt att T-Rex kan ha använt denna region för att kommunicera med andra medlemmar av sin art. Genom att jämföra de olika hjärnregionerna hos djur som är mindre utvecklade och mer utvecklade än dinosaurier kan vi börja dra några slutsatser om hur dinosauriernas hjärnor fungerade. Det som också är anmärkningsvärt är att även om dinosaurierna har varit utdöda i hundratals miljoner år kan vi fortfarande känna igen strukturer i deras hjärnor som levande djur fortfarande har. Den grundläggande organisationen av ryggradsdjurens nervsystem har bibehållits i miljontals och åter miljontals år!Cool Resource: Om du vill utforska endokasterna ytterligare har den här sidan från Witmer-laboratoriet ett gäng interaktiva 3D-endokaster och filmer från alla möjliga arter, levande och utdöda, från människor, till sabeltandstigrar och dinosaurier.
Instruktioner:
När du nu har lärt dig hur du kan använda jämförande neuroanatomi för att lära dig lite om hjärnans funktion hos utdöda djur ska du nu tillämpa dina kunskaper för att bestämma hjärnans funktion hos fiktiva varelser! För den här uppgiften kommer du att skapa ett blogginlägg där du beskriver hjärnans anatomi och organisation hos vilken varelse som helst som du kan tänka dig.
1. Välj en fiktiv karaktär eller hitta på en egen varelse. Använd en tecknad figur, din favorit-Pokémon eller ditt favoritfilmsmonster.
2. Tänk på de olika sensoriska förmågor som din varelse har, samt de olika typer av beteenden som krävs för att utföra. Utforma sedan den här varelsens nervsystem utifrån vad du har lärt dig om hjärnans anatomi och hjärnans organisation. Tänk på vilka delar av hjärnan som skulle vara de största och vilka som borde vara de minsta. Tänk på vilka sinnesorgan din varelse skulle ha. Och tänk på vilka typer av hjärnstrukturer du skulle behöva för att stödja dess beteende. Om jag till exempel skulle välja Bugs Bunny skulle hans hjärna troligen ha formen av en kaninhjärna, förutom att ryggmärgen och hjärnstammen, eftersom han går upprätt, skulle stå i en rät vinkel mot framhjärnan, ungefär som hos människor, i stället för rakt bakåt. Vissa delar av framhjärnan som är involverade i att skapa språk skulle vara mycket större än hos en vanlig kanin, liksom områden som är involverade i social kognition, t.ex. den prefrontala hjärnbarken. Till skillnad från en normal kanin skulle Bugs Bunny’s hjärna också ha en betydligt större representation av händerna i den somatosensoriska och motoriska cortexen. Var kreativ! Ta gärna med teckningar, diagram eller något annat som du vill att vi ska veta om din varelse. Du kan också helt enkelt skriva ett antal beskrivande stycken.
3. När ditt projekt är färdigt klickar du på din sektions blogg i navigationskolumnen till vänster och laddar upp allt ditt material, inklusive bilder och text, i ett nytt blogginlägg. Se till att inkludera en bild på din varelse.