Nejslavnějšího dinosaura na Zemi vědci prostě nemůžou nechat na pokoji. K mnoha studiím o impozantním predátorovi z jurského období přibyla ještě jedna. Uvádí, že theropod známý jako Tyrannosaurus rex, byl chytřejší, než za co se považoval.
Neurovědkyně Suzana Herculano-Ouzel použila údaje od moderních ptáků a plazů, aby odvodila, jak se počet neuronů zvyšuje s mozkovou hmotou. Poté extrapolovala tato data, aby předpověděla, kolik mozkových buněk T. rex se vešel do jeho malého mozku.
Suzana Herculano-Ouzel je brazilská výzkumnice specializující se na srovnávací neuroanatomii. Mezi její poznatky patří metoda počítání neuronů v mozcích lidí a jiných zvířat a vztah mezi kortikální oblastí a tloušťkou a počtem kortikálních záhybů. Vystudovala biologii na Federální univerzitě v Rio de Janeiru a byla výzkumnicí na Institutu Maxe Plancka pro výzkum mozku ve Frankfurtu.
Podle badatele se Tyrannosaurus rex mohl pochlubit asi třemi miliardami neuronů nacpaných do svého drobného mozku o hmotnosti 343 gramů, a to není málo! V každém případě více než například pavián, který patří do řádu primátů, který je považován za nejinteligentnější řád živých bytostí na planetě.
Také, podle studie, příbuzný Tyrannosaura rex, Aliorama (rod Alioramus) – v mozku o hmotnosti pouhých 73 gramů byla asi miliarda mozkových neuronů. Tento poměr zhruba odpovídá poměru neuronů k hmotnosti mozku u kapucínské opice.
neurolog z Federální univerzity v Rio de Janeiru
„Pokud by tato čísla odrážela inteligenci, učinilo by tato zvířata nejen gigantická, ale také dlouhověká, obdařená flexibilním myšlením a tedy ještě majestátnějšími predátory, než se dříve myslelo. Dvounohý predátor velikosti slona, ale hbitý, obdařený inteligencí makaka nebo paviána, musel být skutečně extrémně inteligentní zvíře.“
Podle zjištění výzkumníka by takový počet neuronů v mozcích tyranosaurů znamenal, že byli „primáty“ své doby, a tudíž měli vše, co potřebovali k udržení života až na 40 let. Hypotézy vědkyně jdou ještě dále: naznačuje, že tyranosauři by mohli používat nástroje a předávat svým potomkům zkušenosti, které by mohly připomínat nějaké zdání kultury, jako moderní kytovci (někteří delfíni například vaří ryby podle rodinného receptu).
Studie byla publikována v časopise Žurnál srovnávací neurologie a okamžitě čelil tvrdé kritice. Paleobioložka z Bristolské univerzity Tess Gallagher se tedy domnívá, že závěry nové studie jsou příliš ambiciózní.
“Nechápejte mě špatně, T. rex byl pravděpodobně chytřejší, než si myslíme, ale aby mohl používat nástroje?” To je velmi vážné prohlášení.“ – Tess Gallagher.
Navíc, zatímco Herculano-Ouzel věří, že mozky teropodů vyplnily celou jejich lebeční dutinu, jiné studie ukázaly, že mozek Tyrannosaura zabírá pouze třetinu až polovinu jeho endokraniálního prostoru. A v každém případě jsou mozkové konvoluce a synaptická spojení často považovány za lepší ukazatele inteligence než celková velikost mozku nebo dokonce počet buněk, které obsahuje.
Například vrány jsou překvapivě inteligentní tvorové s relativně malým mozkem a méně mozkovými neurony než paviáni, ale jsou lepší v kognitivních úkolech, říká Kai Kaspar, zoolog z univerzity v Duisburg-Essen v Německu.
Kostěné lebky dinosaurů však přežívají dodnes, ale mozky nikoli, takže to je vše, na co se vědci musí skutečně podívat, když se snaží představit si, jací tito prehistoričtí tvorové byli. Herculano-Ouzel tvrdí, že odhad počtu neuronů z mozkové hmoty je metoda, která byla aplikována na stovky druhů savců, ptáků a neptačích dinosaurů, takže je spolehlivá. Ale také poznamenává, že to mění mozek zvířat na “hladkou polévku” plovoucích mozkových buněk, které jsou ve skutečnosti tvořeny vrstvami tkáně.
Zdá se, že impozantní dravci, z velké části popularizovaní slavným filmovým hitem režiséra Stevena Spielberga „Jurassic Park“, budou ještě dlouho přitahovat pozornost vědců a stále se o nich můžeme dozvědět mnoho kontroverzních objevů.
Onehdy se objevil vědecký článek, který uvádí, že tyranosauři. nebyli o nic hloupější než paviáni! Podle této práce je pravděpodobné, že mohli mít kulturu (a dokonce i nástroje!) jako některá moderní zvířata. Pojďme zjistit, jak chytří dinosauři mohou být, o jaký druh práce se jedná a zda je třeba věřit jejím hlasitým závěrům.
Starověké mozky
Nejprve krátce pohovořím o mozcích dinosaurů (více si o tom můžete přečíst v jedné z kapitol nové knihy Paleoneurologie amniotů). Potíž s nimi je, že samotné mozky nejsou zachovány. Pouze jeden neidentifikovaný leguanodont měl mozkové pleny a možná i část samotného mozku. Místo mozků proto studují paleontologové endocasty – odlitky vnitřního povrchu lebky. Mohou být buď přírodní (fosílie) nebo umělé; Kromě toho vědci v posledních dvou desetiletích běžně prováděli trojrozměrnou rekonstrukci endocastu pomocí počítačové tomografie.
Druhým problémem je, že mozek neptačích plazů nezabírá celou lebeční dutinu: mezi ní a vnitřním povrchem lebky jsou velké žilní dutiny a tlusté mozkové pleny. Proto bývá endocast větší než mozek.
Dlouho se věřilo, že samotný mozek dinosaura zabírá pouze polovinu lebky. Takové závěry byly učiněny na základě studia mozku hatterie, jediného moderního zástupce starověké skupiny zobáků. Následné studie však ukázaly, že u některých moderních plazů může mozek zabírat více než polovinu lebeční dutiny, někdy dokonce téměř celou dutinu (zde je příklad).
Později se ukázalo, že v lebce dinosaurů může mozek zabírat hodně místa: u některých pokročilých teropodů (ornitomimidů a oviraptoridů) mozek zabíral téměř celou lebeční dutinu (jako u ptáků) a u některých ornitischů (hadrosauridi a pachycefalosauridi) část mozku docela těsně přiléhala k vnitřnímu povrchu lebky (podobný obrázek je pozorován u iguanodonta, jehož mozkové pleny byly zachovány, ale pravděpodobně se jedná o tafonomický artefakt).
Ale to je jen velikost mozku. Jak hodnotit duševní schopnosti fosilních zvířat? Typicky se pro tyto účely (s různými modifikacemi) používá koeficient encefalizace (EQ), což je poměr mozkové hmoty konkrétního zvířete k průměrné předpokládané mozkové hmotě pro zvířata stejné velikosti. Mezi moderními druhy se nejvyšší hodnoty EQ nacházejí u tak inteligentních zvířat, jako jsou opice (včetně lidí), delfíni a corvidi.
Největší EQ ze všech neptačích dinosaurů byl nalezen u malého masožravce Troodon (možná pochybný rod, ale na tom zde nezáleží) – jeho relativní velikost mozku byla v rozmezí ptáků a savců. Proto se stal známým jako nejchytřejší dinosaurus.
Tento ukazatel má však mnoho nevýhod. Mezi velikostí mozku a inteligencí neexistuje přímá souvislost. Navíc v případě dinosaurů, jak jsme již pochopili, není vždy možné spolehlivě odhadnout objem mozku pomocí endocastu a často jsou také problémy s odhady tělesné hmotnosti, které se používají k výpočtu EQ.
Na základě nepřímých důkazů, jako jsou známky skupinového chování nebo péče o potomstvo, lze soudit, že řada dinosaurů byla schopna dosti složitého chování. Pak už ale zbývá jen odhadovat různou míru věrohodnosti. Nebo ne.
Podstata studia
Poprvé jsem tuto studii viděl před několika měsíci, ještě ve fázi preprintu. Autorkou práce je Suzana Herculano-Houzel z Vanderbilt University v USA, známá badatelka v oblasti komparativní neurobiologie.
K dílu jsem byl skeptický. Herculano-Ouzel se ostatně nezabývá paleontologií a v práci byly některé nepřesnosti. Říká se například, že ptáci jsou jediní přežívající archosauři, ačkoli existují i krokodýli. Rozhodl jsem se ale počkat na publikaci ve vědeckém časopise: přeci jen by peer review měl rukopis výrazně zlepšit. A 5. ledna dílo vyšlo v Žurnál srovnávací neurologie.
V lednu nastoupila Herculano-Ouzel do funkce šéfredaktorky časopisu (1, 2), čímž se stala první ženou v této pozici od roku 1891.
Bohužel se jedná o jasný střet zájmů. Uvádí to na svém osobním webu (ačkoli vědecký článek sám o sobě tyto informace neobsahuje), ale podle ní rukopis přijal jiný redaktor.
V roce 2017 Herculano-Ouzel pomocí své vlastní metody počítání neuronů (izotropní frakcionátor) prokázala, že kognitivní schopnosti korelují s absolutním počtem neuronů v telencefalu (konkrétně v kůře savců a palliu ptáků) – a velikosti těla. tady nezáleží. Navíc počet telencephalon neuronů koreluje s velikostí mozku. Když tedy známe hmotnost mozku (stejně jako poměr mozkové hmoty k tělesné hmotnosti konkrétních skupin organismů), je možné vypočítat počet telencefalických neuronů.
Herculano-Ouzel dříve obrátila svou pozornost na vyhynulé tvory. Takže ona a její kolegové odhadli počet neuronů (celý mozek) u starověkých lidí a u obřích vyhynulých hlodavců (všimněte si, že se jedná o práci z roku 2011; staré odhady tělesné hmotnosti těchto hlodavců byly nedávno zpochybněny). Nyní se Herculano-Ouzel rozhodl pracovat na dinosaurech a pterosaurech, protože se již nashromáždily velké soubory dat o moderních zvířatech.
Aby pochopil, jakou rovnici („ptačí“ nebo „plazí“) pro počítání telencefalických neuronů použít pro vyhynulé neptačí plazy, rozhodl se výzkumník zjistit, jak souvisí hmotnost mozku a tělesná hmotnost s dinosaury a pterosaury. Ukázalo se, že téměř všichni teropodi (včetně Tyrannosaura) měli poměr charakteristický pro bazální ptáky, jejichž předkové se objevili v období křídy: například pštrosi, husy, slepice a holubi. U pokročilejších ptáků (například vrabců, papoušků a sov) je tento poměr mimochodem jiný – a v jejich hlavách je více telencefalických neuronů. Teropodi se obecně vyznačovali poměrem endotermních živočichů („teplokrevných“).
Zároveň se ukázalo, že sauropodomorfové (v práci zastoupeni pouze sauropody) jsou podobní moderním neptačím plazům, tedy ektotermním zvířatům („studenokrevným“), kteří mají pětkrát méně telencefalických neuronů než bazální ptáci. . Ale mezi ornitickými dinosaury a pterosaury se některé druhy vyznačovaly poměrem bazálních ptáků, jiné neptačími plazy.
Ano, hodnoty endoterm a ektoterm se téměř nepřekrývají, proto to podle názoru autora slouží jako důkaz, že dinosauři mezotermii neměli.
Dále Herculano-Ouzel aplikoval rovnice vztahující mozkovou hmotu k počtu telencefalonových neuronů. Konkrétně se ukázalo, že u Tyranosaura byl počet telencefalických neuronů 2,2–3,3 miliardy, tedy přibližně stejně jako u paviána. Pro srovnání, ektotermní Triceratops měl pouze 172 milionů těchto neuronů – to je méně než kapybara – zatímco endotermní Troodon, nejinteligentnější z hlediska EQ, jich měl 664 milionů.
Mimochodem, pokud použijeme rovnici pro ektotermy, pak počet telencefalických neuronů tyranosaura bude pouze 322–446 milionů – rozdíl mezi „ptačím“ vzorcem a „plazí“ je tak velký.
Herculano-Ouzel pak pomocí rovnic týkajících se počtu telencefalických neuronů k maximální délce života zvířete a věku pohlavní dospělosti samic vypočítal, že tyranosauři mohou žít více než 40 let a dosáhnout pohlavní dospělosti ve čtyřech až pěti letech.
S tyranosaury staršími 28 let se paleontologové nesetkali. Je však známo, že jiní masožraví dinosauři se mohli dožít až 40 let, jak naznačuje starý exemplář karcharodontosaurida. Meraxes Gigas, jejichž věk při úmrtí se pohyboval od 39 do 53 let.
Herculano-Ouzel dochází k závěru, že protože tyranosauři měli takový mozek a žili tak dlouho, je pravděpodobné, že si (stejně jako ostatní teropodi) mohli vyvinout kulturu a mohli používat nástroje jako moderní ptáci a primáti.
Úskalí
Samozřejmě, že zpráva, že impozantní tyranosaurus byl chytrý jako opice, a dokonce si vyráběl nástroje, nenechala veřejnost lhostejnou. Herculano-Ouzel také vzbudila zájem o svůj výzkum zveřejněním videa, ve kterém stručně popsala svou práci.
Na Twitteru již někteří vědci učinili kritické poznámky. Skeptický byl ke studii například zoolog a etolog Kai Caspar z univerzity v Duisburgu-Essenu. Poznamenal mimo jiné, že konektom (souhrn všech spojení mezi neurony) může být důležitý spíše než počet neuronů, že by neměla být ignorována velikost těla (protože existují pravidla neurálního škálování závislá na velikosti těla) a že většina moderních zvířat Zvířata s velkým mozkem, včetně samotných paviánů, běžně nástroje nepoužívají.
Paleobiolog a odborník na masožravé dinosaury (včetně tyranosauridů) Thomas R. Holtz, Jr. z Marylandské univerzity také nabádá k opatrnosti ohledně závěrů studie. Zejména poznamenává, že údaje o pohlavní dospělosti ve čtyřech až pěti letech jsou v rozporu s paleontologickými údaji: tyranosauři dosáhli pohlavní dospělosti až ve 13 letech.
K článku se na svém blogu vyjádřil i italský paleontolog Andrea Cau. Podle vědce, i když jsou data správná, to neznamená, že tyranosauři využili veškeré své bohatství telencefalických neuronů ke komplexnímu chování. Co je důležité, píše vědec, není počet neuronů, ale to, jak jsou organizovány. Telencephalon tyranosaurů zahrnoval obrovské čichové bulby – to znamená, že by bylo logičtější myslet si, že tito predátoři měli velmi ostrý čich (jak se dříve předpokládalo), spíše než vyvinuté kognitivní funkce.
Kau se také rozhodl použít Herculano-Ouzelovu metodu a vypočítat, kolik neuronů telencefalonu bylo u velkých dinosaurů s „ptačí“ strukturou telencephalonu. Pro výpočty si paleontolog vybral Gigantoraptor (Gigantoraptor erlianensis) a Deinocheira (Deinocheirus mirificus) – mimochodem, ten druhý jsme viděli v jedné z epizod „Prehistorické planety“. Ukázalo se, že Gigantoraptor měl 2,7 miliardy (tedy zhruba stejně jako pavián s tyranosaurem) a Deinocheira dokonce 3,8 miliardy telencefalických neuronů. To znamená, že možná (Kau stanoví, že to jsou zatím jen spekulace), by tito dinosauři měli být považováni za hlavní intelektuály druhohor.
A chci přidat něco ze sebe. Herculano-Ouzel poukazuje na to, že její rozdělení dinosaurů na ekto- a endotermy je v souladu s nedávným výzkumem Yasminy Wiemann a jejích kolegů, ve kterém vědci ukázali, že určité fosilní biomolekuly korelují s rychlostí metabolismu. A teropodi, včetně Tyrannosaura, podle této práce, byli endotermní, někteří ornitičtí dinosauři byli také a zbytek (jako Triceratops a Stegosaurus) byl ektotermní. Existují však také nesrovnalosti: například v Herculano-Ouzel se sauropodi ukázali jako ektotermní a ve Wiemannově práci je diplodocid endotermní.
Studie Wiemannové a jejích kolegů je jistě velmi zajímavá, ale nabádám k opatrnosti v jejích výsledcích. Jak jsem zmínil v poznámce pod čarou k novinovému článku, je velmi zvláštní, že zástupci ceratopsianů a hadrosaurů se ukázali jako ektotermní, protože někteří z nich žili v polárních šířkách celoročně. Nebo byli endotermní pouze někteří (zvláště polární) ceratopsiané a hadrosauři? Jaká je však pravděpodobnost, že taková metabolická rozmanitost vznikne v relativně malých kladech?
Prediktivní hodnota metody Wiemannova týmu navíc vyvolává otázky vzhledem k tomu, že varani se ukázali jako endotermní (!), jejichž metabolismus se samozřejmě liší od ostatních ještěrek, ale stačí to k tomu, abychom je považovali za endotermy, dokonce ty fakultativní?
A v Herculano-Ouzelově díle se objevuje i ektotermní Triceratops a jako endotermický se ukazuje další rohatý dinosaurus Protoceratops! Navíc je s podivem, že ektotermy se stávají i někteří pterosauři – i když, jak by se zdálo, jde o obratlovce, kteří byli uzpůsobeni k aktivnímu letu a měli tepelně izolační kryty.
Nicméně, ve spravedlnosti, výzkumník stanoví, že všechny tyto ektotermy by hypoteticky mohly být endotermy, jen s malými mozky. Nebo to může být kvalita dat, se kterými vědec pracoval.
Ano, přikláním se k názoru, že hlavní chybou této studie je kvalita datových souborů o tělesné hmotnosti a mozkové hmotě (což se rovná objemu, protože hustota mozku je přibližně jeden gram na mililitr; v článku je chybně uveden jeden miligram) . Sama autorka připouští, že získané hodnoty mohou být podhodnocené nebo nadhodnocené.
U sauropodů a ornitischů tedy mohou být hodnoty podhodnoceny, protože v použitém souboru dat je objem mozku 50 procent objemu lebky. Jak jsem uvedl výše, zdaleka není pravdou, že tento poměr byl stejný i mezi dinosaury. Ale hodnoty pro teropody – a potažmo Tyrannosaurus Rex – mohou být nadhodnocené, protože tento soubor dat předpokládá, že mozek vyplnil celou lebku. Koneckonců, není to zobrazeno u všech teropodů. Kromě toho mohou být odhady tělesné hmotnosti také zastaralé.
Závěr
No, je to zajímavá a neobvyklá práce a metoda v ní prezentovaná může mít velký potenciál. Ano, Herculano-Ouzel zmiňuje nedostatky, ale doufá, že další vědci budou v této práci pokračovat s moderními daty. Stále jsem však velmi zmaten spekulativními závěry o kultuře a nástrojích u tyranosaurů – a zejména důrazem na ně. Tyto předpoklady by měly být prováděny opatrně, protože jsou založeny výhradně na matematických výpočtech a zastaralých datech.
Bylo by správnější přeložit příjmení výzkumníka jako „Erkulano-Ouzel“ spíše než „Erkulano-Ouzel“. Text byl opraven.
