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.
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.
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.
Есть одна гипотеза о наличии двух видов мозга у некоторых видов динозавров — это обычный головной мозг и так называемый «задний» мозг, расположенный в районе таза животного. Предположительно, двойной мозг мог быть у зауроподов и стегозавров. Самым ярким представителем этой особенности называют диплодока-гиганта, который был вооружен бронированными треугольными пластинами.
На самом деле, никто и никогда не видел ни живого динозавра, ни его мозга, то ли переднего, то ли заднего. В арсенале у палеонтологов только окаменевшие скелеты или же их части. Всё же, что навело на мысль о заднем мозге?
Всё просто. У вышеупомянутых видов динозавров есть интересная особенность строения, а именно — расширение спинного канала в области таза. Если бы эта полость была заполнена обыкновенной нервной тканью, то по обьему «задний» мозг превысил бы объём переднего в 15 — 20 раз. Вот тут-то и начинаются вопросы, на которые не смог ответить создатель этой теории американец — исследователь динозавров Гофониил Марш в 19 веке. Сегодня специалисты отвергают теорию Марша и утверждают, что в расширенном тазовом канале находилось не мозговое вещество, а гликогеновое тело, состоящее из нервных волокон. Но эти волокна несли в себе гликоген, т. е. большое содержание полисахаридов. Вывод такой — это никакой не мозг, а источник, который даёт нервной системе динозавра дополнительную энергию. Кстати, у птиц также есть гликогеновое тело, и, не удивительно, — ведь динозавры были их предками.
Существует ещё одна теория о втором мозге у древнего ящера, но в ней автор второй мозг помещает в живот особи. Вопрос — для чего? Ответ: животное — огромное, сигнал от мозга к хвосту идёт не так быстро, а спасаться надо. Рудиментарные руки — лапы уже не помогают в экстремальной ситуации, значит, животное приспосабливается и создаётся орган, позволяющий управлять хвостовой частью тела. Сделаем вывод — наличие в животе нейромедиаторов вполне могло быть в действительности.
Важнейшее палеонтологическое открытие внешне представляет собой непритязательный коричневый булыжник, подобранный палеонтологом-любителем Джейми Хискоком (Jamie Hiscocks) в юго-восточном английском графстве Сассекс. На дворе стоял 2004 год, и поверить в то, что этот кусок камня представляет собой окаменевший мозг динозавра, было практически невозможно.
Правда, что-то все же заставило Хискока не наподдать по непонятному камню ногой, а бережно упаковать его и впоследствии передать ученым. Возможно, на эту мысль охотника за ископаемыми натолкнули отпечатки лап и целые тропинки, протоптанные крупными динозаврами-орнитоподами типа игуанодона (Iguanodon) как раз в том слое, из которого происходил странный булыжник. Дальнейшие исследования показали, что возраст вмещающих пород составляет 133 млн лет и соответствует самому началу мелового периода.
Необычной находкой заинтересовались палеонтологи двух самых знаменитых британских университетов – Оксфордского и Кембриджского. Образец просвечивали рентгеном, сканировали в томографе и засовывали в электронный микроскоп. С каждым новым исследованием появлялось все больше доводов за то, что в руки ученых действительно попал слепок мозга динозавра, близкого к игуанодонам. В булыжнике угадывались мозговые оболочки, кровеносные сосуды и кажется, даже участки коры.
"Шансы на сохранение мозговой ткани невероятно малы, поэтому открытие этого образца является прямо-таки удивительным событием", – подчеркнул один из соавторов исследования, доктор Алекс Лю (Alex Liu) из Кембриджского университета.
Передние доли мозга и гипоталамус оказались развиты настолько хорошо, что дали основание заподозрить владельца мозга в умеренно сложном поведении, аналогичном современным крокодилам. Кстати, и общая структура мозга, и некоторые ее детали очень напоминали содержимое черепа крокодилов – в тех местах, где они не были похожи на птичьи мозги. Мощности ископаемого мозга явно должно было как раз хватить на теоретически предполагаемые для игуанодонов особенности поведения.
Между тем однозначно идентифицировать с систематической точки зрения организм, которому принадлежал этот слепок мозга, не удалось. В английских отложениях этого возраста известны два игуанодоноподобных ящера – Barilium dawsoni и Hypselospinus fittoni. Размеры образца указывают, что длина всего животного составляла 4-5 метров и, следовательно, оно может быть как Barilium (до восьми метров длиной), так и Hypselospinus (до шести метров).
Маринованные мозги
Особый вопрос – как смогли мягкие ткани погибшего сотню миллионов лет назад существа сохраниться до наших дней хотя бы в таком окаменевшем состоянии? Ведь о строении головного мозга динозавров ученым пока приходится судить главным образом по эндокранам – рельефам внутренней поверхности черепной коробки. При этом у динозавров, в отличие от, например, млекопитающих, мозг при жизни не прилегал с костям черепа плотно, и между ними оставались непонятной конфигурации зазоры.
Уникальные условия для окаменения мозга обеспечила окружающая среда. Игуанодон, очевидно, умер прямо на берегу небольшого болота, вода в котором имела кислую реакцию и была практически лишена кислорода. При падении голова ящера погрузилась достаточно глубоко в эти бескислородные слои, а затем труп засыпало осадком. В этих условиях содержимое мозга буквально промариновалось, избежав разрушения донными обитателями или гниения под действием бактерий. И благодаря этому получило необходимое время на то, чтобы заместиться несколькими минералами, в основном фосфатом кальция и микрокристаллическим карбонатом железа.
В заключении остается отметить, что наши знания о содержимом динозавровых черепов и структуре их эндокранных полостей имеют удивительно длинную историю. Первый хорошо сохранившийся череп был найден почти 150 лет назад на острове Уайт и описан как, вероятно, принадлежащий Iguanodon. В 1897 году, изучая этот образец, Чарльз Уильям Эндрюс (Charles William Andrews) предположил, что мозг динозавров не был тесно прижат к стенкам черепа.
Почти 60 лет спустя Джон Остром (John Ostrom) опубликовал исследование по анатомии гадрозавров Северной Америки, в котором обосновал общее мнение, что их мозги не были плотно упакованы внутри черепной коробкой. Перед этим другой известный палеонтолог, Альфред Ромер (Alfred Romer) отметил, что внутренние стенки черепов рептилий отражают форму мозга лишь на раннем этапе своего развития.
"Я всегда верил, что сделаю что-то особенное. Я обратил внимание на странную сохранность образца, и мысль о возможной находке сохранения мягких тканей прочно поселилась в моем мозгу, – вспоминает Джейми Хискок. – Когда ученые спросили, не слышал ли я когда-либо о клетках мозга динозавров, сохранившихся в палеонтологической летописи, я сразу понял, куда они клонят. И я был поражен".
