Мозг динозавра у человека. Палеонтологи впервые взглянули на мозг динозавра

О том, что у динозавров типа ощетинившихся треугольными пластинами стегозавров или зауропод, характерным представителем которых был гигантский диплодок, имелся «второй мозг», мы слышали со школьных лет. Особую пикантность этой информации всегда придавало местоположение «мозга» — нас очень веселило то, что динозавр думал тем местом, которым «думаем» мы, когда совершаем ошибки и глупости. Понятно, что никакого мозга у динозавров — ни головного, ни «заднего» — никто никогда не видел: в распоряжении палеонтологов есть лишь окаменевшие скелеты, показывающие, что в районе таза некоторые динозавры имели расширение спинного канала. Будь оно заполнено обычной нервной тканью, ее объем превысил бы объем головного мозга в 20 раз. Но в отличие от автора гипотезы о «заднем мозге», американского исследователя XIX века Гофониила Марша, современные палеонтологи склонны считать, что полость содержала не мозг, а так называемое гликогеновое тело, обнаруженное также и у птиц — прямых потомков динозавров. Гликогеновое тело состоит из нервных клеток, содержащих большой запас полисахарида гликоген. Таким образом, это не мозг, а скорее дополнительный источник энергии для нервной системы.

Бывают ли спутники у астероидов?

Да, несмотря на небольшие размеры, некоторые астероиды (их известно уже более двух десятков) обзавелись своими «лунами», имеющими в поперечнике максимум несколько километров. Более того, в мире астероидов встречаются и тройные системы: сразу двумя спутниками обладают астероиды Сильвия и Евгения.

Каким образом после краш-тестов определяют, какие «травмы» получил манекен?

Манекены для краш-тестов — очень дорогое и высокотехнологичное изделие, но, разумеется, они не могут полностью имитировать человеческое тело — в частности, структуру и физические параметры внутренних органов. Однако манекен насыщен датчиками — почти в каждой точке «тела» они замеряют приложенное усилие, ускорение, деформацию. На основании данных датчиков компьютерная программа оценивает, какие травмы мог бы получить человек в случае аварии.

Можно ли случайно или намеренно открыть люк запасного выхода в самолете во время полета?

Нет, это невозможно, во всяком случае для одного человека. Салон самолета герметичен и «наддут», то есть за счет нагнетания воздуха в нем поддерживается определенное давление, и оно всегда больше забортного. Даже при небольшой разнице давлений для того, чтобы вытащить люк на себя, нужны нечеловеческие усилия. Ну и конечно, люк снабжен дополнительными электромеханическими блокировками.

Что такое металлическое стекло?

Для ответа на этот вопрос надо сначала вспомнить, что стекло — это твердое вещество, имеющее аморфную структуру. Иными словами, это быстро охлажденный расплав, в котором атомы «не успели» образовать кристаллическую решетку. Аналогичным образом устроены и так называемые аморфные металлы, или металлическое стекло. В них также отсутствуют кристаллические решетки. Металлическое стекло производится на основе сплавов металл-металл или металл-металлоид, и в качестве исходных материалов могут применяться разные металлы, в том числе железо. К достоинствам материала относится высокая прочность и вязкость. В отличие от обычного, металлическое стекло проводит ток и не обладает прозрачностью. Впрочем, есть материал на металлической основе, который крепок как броня и при этом пропускает свет. Это стекло на основе оксинитрида алюминия — соединения алюминия, кислорода и азота.

Задать свой вопрос можно по адресу:

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.

Динозавры, хоть и давно вымершие, известны своими охотничьими способностями, но в меньшей степени - интеллектом. Отчасти это связано с тем, что у многих видов были относительно маленькие мозги. Их головы, защищенные плотными тканями, практически не оставляли места для серого вещества. Однако недавнее обнаружение первых окаменевших тканей мозга динозавра ставит под вопрос эту картину.

Окаменевший мозг был обнаружен на пляже возле Бексхилла в Сассексе, Англия. В нем сохранились ткани мозга крупного травоядного динозавра типа игуанодона, одного из первых идентифицированных видов динозавров. Найденное среди скал, которые сложились во время раннего мелового периода около 133 миллионов лет назад, ископаемое представляет собой эндокаст (мозговую полость), которая сформировалась по мере того, как слои осадочных пород постепенно засыпали череп.

Окаменелости эндокаста находили и раньше, но что необычно в этом образце, так это то, что минерализировался внешний миллиметр мозговых тканей. Следовательно, в окаменелости сохранились некоторые структуры исходных тканей. Изучив окаменелости с помощью сканирующего электронного микроскопа (этот мощный микроскоп позволяет визуализировать очень малые структуры), ученые смогли исследовать эти структуры в мельчайших подробностях.

В ходе исследования удалось обнаружить мозговые оболочки, жесткие коллагеновые наружные мембраны, защищающие мозг. Также крошечные кровеносные сосуды сохранились в виде трубок, проходящих по поверхности образца. Есть даже намеки на более глубокие ткани, которые могли образовать часть коры головного мозга, функциональной части мозга, содержащей нейроны.

Ученые полагают, что такой уровень сохранности был достигнут благодаря «маринованию» тканей мозга перед тем, как они минерализовались, возможно, после того, как динозавр умер в кислом водоеме с низким содержанием кислорода. Мягкие ткани сохранились, благодаря фосфатам и железным минералам, и сканы КТ (компьютерной томографии) показали, что ископаемые также содержат осадки, а также фрагменты листьев, веток и кости.

Все вместе эти наблюдения создают картину динозавра, умирающего в прилично заросшей, болотистой среде. Его голова, вероятно, были похоронена в осадке реки или озера, а недостаток кислорода позволил тканям мозга минерализоваться до того, как они полностью разложились.

Хотя в том, что у динозавров были мозги, нет ничего удивительно, поразительно, как они умудрились сохраниться на протяжении многих миллионов лет. Теперь, когда мы знаем, что мозг динозавра мог сохраниться таким образом, мы будем ждать новых открытий и находок других образцов, сохраненных аналогичным образом.

Динозавры с птичьим мозгом

Это образец может также раскрыть информацию о размере мозгов динозавров, который рассматривается некоторыми учеными как примерный индикатор их интеллекта. Мозги современных рептилий вроде крокодилов зачастую окружены плотными защитными тканями. Ранее ученые уже предполагали, что мозги динозавров могут быть похожи, и собственно ткани мозга занимают не больше половины объема черепной коробки.

Однако окаменевший мозг показал, что у игуанодона защитные мембраны были всего миллиметровой толщины. Следовательно, мозг динозавра должен был занимать большую часть черепной коробки, как у современных птиц. Это, в свою очередь, может означать, что у игуанодона был более высокий интеллект, чем предполагали раньше. Выходит, иметь «птичий мозг» не так уж и плохо. Впрочем, возможно, осадочные породы раздавили защитный слой, сделав его тоньше, чем он был на самом деле.

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".