Динозавры и доисторические животные

Более столетия назад американский палеонтолог Отниел Марш, впервые исследовавший полный скелет гигантского динозавра, с изумлением констатировал: "Весьма небольшие размеры головы и мозга говорят о том, что пресмыкающееся было глупым и медлительным животным...". Это мнение настолько укоренилось, что даже в обиходе слово "динозавр" стало синонимом древности и тупости. Однако в отношении многих видов этих животных такая оценка несправедлива: достаточно вспомнить проворство и ловкость небольших хищных динозавров или общительность утконосых ящеров.

У хищного динозавра заурорнитоида мозг был довольно большим, почти таким же, как у млекопитающих или птиц. Выемки мозговых полостей черепа свидетельствуют о том, что участки мозга, отвечающие за зрение, обоняние или сложные виды движения, такие как балансирование, осязательные и хватательные функции, были достаточно хорошо выражены и достигали больших размеров.

Судя по форме мозговой полости черепа, хорошим зрением, слухом и обонянием отличались и утконосые динозавры. Именно эти чувства были особенно необходимы растительноядным ящерам, не имеющим панциря, чтобы своевременно распознавать врага.

Самый маленький мозг, по сравнению с размерами тела, был у панцирных и колючих динозавров. Стегозавр размером со слона имел мозг всего с грецкий орех! Неужели этого было достаточно? В бедренной области позвоночника находилась еще одна, более крупная полость для нервного центра. Может быть, это утолщение спинного мозга представляло собой второй мозг, как утверждают отдельные исследователи? Конечно же, нет. Это был лишь обычный центр управления нервными путями задней части тела и хвоста. У большинства позвоночных животных с длинными хвостами спинной мозг имеет в этом месте заметное утолщение. А у стегозавров хвост был не просто огромным, длиннее всего тела, но еще и выполнял жизненно важную функцию - служил орудием защиты. Чтобы при целенаправленном ударе можно было точно управлять всеми мускулами хвоста, нужна была достаточно развитая нервная система в начале хвоста.

Однако настоящим мозгом является лишь тот, что заключен в черепе. И, видимо, динозавру, безмятежно пасущемуся под защитой своих грозных шипов, такого мозга было вполне достаточно, ведь колючие динозавры просуществовали многие миллионы лет.

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.

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:

Мозг и его расположение схематично обозначены на фоне головы игуанодонта

Окаменелости мягких тканей некоторых древних животных очень подробно изучены. Есть образцы со всего фанерозоя (он начался ≈542 млн лет до н.э., продолжается до сих пор). Есть образцы даже из позднего неопротерозоя, который предшествовал фанерозою. Научное обсуждение строение мягких тканей и мозга древних морских беспозвоночных стали обычным делом. Совсем другое дело - окаменелости мягких тканей позвоночных, а особенно наземных. Это большая редкость.

Среди этих редких находок самыми ценными считаются окаменелые останки мозга, потому что мягкие ткани мозга очень неустойчивы по своей природе. По-большому счёту, мы практически ничего не знаем о мозге древних позвоночных, живших полмиллиарда лет назад. Насколько был развит мозг и как устроен? Эти данные учёные получали в основном из косвенных источников, а не в результате наблюдений.

Такими косвенными источниками являлись сравнительные анатомические исследования близко связанных сохранившихся таксонов, изучение внутренностей окаменелых черепов - эндокрана , то есть рельефа на внутренней стороне черепной коробки, отражающего рисунок крупных борозд и извилин головного мозга и, в некоторых случаях, крупных сосудов. По эндокрану можно сделать выводы о форме и структуре мозга с помощью 3D-реконструкции. Например, см. работу Курочкина с коллегами 2007 года с изучением птичьего мозга по окаменелостям, найденного в отложениях разреза Меловатка−3 в Волгоградской области (Россия). Это одна из самых подробных научных работ на эту тему в мировой науке.

Находки окаменелостей древних наземных позвоночных с эндокраном - редкие события сами по себе (нечасто внутренний рельф черепа сохраняется настолько хорошо). А вот окаменелости мягких тканей мозга наземного организма учёным вообще никогда не удавалось получить.

Удивительно, что несмотря на фактическое отсутствие объекта исследований, учёные потратили немало сил на изучение мозга динозавров по черепам. Первый хорошо сохранившийся череп динозавра был найден в 1871 году. Спустя 26 лет учёные подробно исследовали внутренности черепа игуанодонта , попытавшись определить функциональные отделы и структуру его мозга. Игуанодонты - растительноядные птицетазовые динозавры, жившие в Европе и других регионах 140−120 млн лет назад. В том числе на территории нынешних России, Украины и Беларуси.

Скелет игуанодонта в музее Бремена

В 1977 году Дэвид Норман довольно подробно изучил структуру мозга игуанодонта по эндокрану, с подробностями морфологии кровеносной, нервной и вестибулярной систем.

В то же время учёные склонялись к мнению, что давление мозга на череп у взрослых динозавров было низким. Это значит, что внутренняя форма черепа формировалась у них в раннем возрасте, когда череп не успевает за ростом мозга. Соответственно, проведённые и упомянутые выше исследования эндокрана относятся скорее к неразвитому мозгу на ранних стадиях. У взрослого динозавра, образно говоря, в большом черепе может скрываться маленький мозг, а всё остальное пространство заполнено иным содержимым. По крайней мере, до сих пор существовал распространённый образ, что у динозавров в мозге было мало серого вещества. Как у современных рептилий, у которых между мозгом и черепом есть толстый защитный слой. Специалисты предполагали, что у динозавров тоже может быть такой.

В 2016 году учёные впервые получили доступ и тщательно изучили настоящие окаменелые останки мозга динозавра . Это опять игуанодонт. Образец найден коллекционером на побережье в окрестностях курортного городка Бексхилл в графстве Сассекс на юго-востоке Англии, в отложениях раннего мелового периода (≈133 млн лет назад).

Место находки окаменелостей мозга

Исследование окаменелости с помощью сканирующего электронного микроскопа выявило детальные структуры мозга, в том числе менингеальные ткани, кровеносные сосуды (включая капилляры) и бывшие внешние кортикальные ткани, которые относятся к коре больших полушарий головного мозга. В окаменелостях они замещены фосфатом кальция, то есть коллофаном. В этом и состоит уникальность находки - это первый образец, в котором частично минерализовалась даже кора полушарий.

Весь процесс минерализации мозга схематично изображён на иллюстрации. Слева внизу показан фрагмент окаменелости, который сохранился к настоящему времени. Это примерно третья часть мозга динозавра по объёму. Зелёный цвет соответствует коллофану, красный - сидериту, то есть карбонату железа, тоже материалу осадочного происхождению, его часто находят в известняках.

По мнению учёных, мозг динозавра сохранился настолько хорошо благодаря тому, что перед минерализацией он очень быстро замариновался (засолился). Возможно, динозавр после смерти упал в воду, а затем его череп хранился в донных отложениях реки или озера.

Изучив окаменелости тканей мозга, учёные могут сказать, что у этого игуанодонта нет такого толстого защитного слоя между мозгом и черепом. Защитные мембраны у него толщиной всего 1 мм. Это значит, что у динозавров мозг заполняет большую часть пространства черепной коробки, примерно как у современных птиц.

Это вдобавок означает, что игуанодонт обладал гораздо более высоким интеллектом, чем предполагалось ранее, если относительный объём мозга соответствует уровню мыслительной деятельности животного.

Правда, есть вероятность, что под воздействием гравитации окаменелые останки могли сплющить защитную мембрану, так что для полной уверенности в более высоком интеллекте динозавров желательно найти другие образцы окаменелостей мозга.

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.