Dinosauriernas hjärnor och intelligens

Stegosaurus

Idén att Stegosaurus hade en "hjärna stor som en valnöt" (en ofta upprepad fras) var inte helt korrekt. Den hade en hjärna lika stor som en hund, men i förhållande till kroppen var hjärnan mycket liten. På 1880-talet kunde Othniel Charles Marsh med hjälp av en välbevarad hjärnkropp från Stegosaurus göra en avgjutning av hjärnhålan, vilket gav en uppfattning om hjärnans storlek. Endokasten visade att hjärnan verkligen var liten: i förhållande till kroppsstorleken kanske den minsta bland dinosaurierna. Det faktum att ett djur som vägde över 4,5 metriska ton (5 korta ton) kunde ha en hjärna på högst 80 gram ledde till idén att dinosaurierna var ointelligenta, en idé som nu till stor del förkastas.

Marsh noterade också en stor kanal i ryggmärgens höftregion, som kan ha rymt en struktur som är upp till 20 gånger större än den berömda lilla hjärnan. Detta kan ha använts för att samordna bakre regionen i försvaret mot teropodernas attacker. Denna funktion för den "andra hjärnan" är inte bevisad genom några direkta bevis.

 
Hjärnhålan hos S. stenops är röd.  


Stegosaurusskelettet visar ett litet huvud på en mycket stor kropp.  

Förhållandet mellan hjärnans och kroppens storlek

Hjärnans storlek ökar vanligtvis med kroppsstorleken hos djur (är positivt korrelerad). Det betyder att stora djur vanligtvis har större hjärnor än mindre djur. Sambandet är dock inte linjärt. Generellt sett har små däggdjur relativt sett större hjärnor än stora djur. Möss har ett direkt förhållande mellan hjärna och kroppsstorlek som liknar människans (1/40), medan elefanter har en jämförelsevis liten hjärna och kroppsstorlek (1/560), även om elefanter uppenbarligen är ganska intelligenta djur.

Encefaliseringsgrad (EQ)

Formeln för kurvan varierar, men anges vanligen som Ew(hjärna) = 0,12w(kropp)^2/3 . Eftersom denna formel är baserad på data från däggdjur bör den tillämpas på andra djur med försiktighet. För vissa av de andra ryggradsdjursklasserna används ibland en potens på 3/4 i stället för 2/3, och för många grupper av ryggradslösa djur kan formeln inte ge några meningsfulla resultat alls.

Underrättelseverksamhet

Det är svårt att fastställa intelligens hos djur, men ju större hjärnan är i förhållande till kroppen, desto mer hjärnvikt kan vara tillgänglig för komplexa kognitiva uppgifter. I stället för att bara mäta den råa hjärnvikten gör EQ-formeln det möjligt att rangordna djuren. Rangordningen sammanfaller bättre med den observerade komplexiteten i beteendet. Genomsnittlig EQ för däggdjur är omkring 1, med köttätande djur, valar och primater över 1 och insektsätande djur och växtätande djur under 1. Människor hamnar också högst upp på listan. Förhållandet mellan förhållandet mellan hjärnans förhållande till kroppsmassan och beteendets komplexitet är inte perfekt, eftersom andra faktorer också påverkar intelligensen. Dessa faktorer omfattar utvecklingen av den senaste hjärnbarken och olika grader av hjärnans veckning. Detta ökar ytan på hjärnbarken, vilket är positivt korrelerat till intelligens hos människor.

 

Dinosauriehjärnor

Problem med EQ

Traditionella jämförelser av hjärnans volym med kroppsmassan hos dinosaurier har beräknat hjärnans storlek som volymen av endocast. Hjärnan hos det moderna reptilsläktet Sphenodon fyller dock bara ungefär hälften av den endokraniella volymen. Vissa paleontologer använde denna uppskattning på femtio procent i sina uppskattningar av dinosauriernas hjärnvolym. Andra arbetare har observerat att detaljer på den endokraniella ytan tyder på att vissa fossila reptiler hade hjärnor som upptog en mycket större del av endokraniet. Larsson noterar att övergången från reptiler till fåglar förhindrar att användningen av ett fastställt förhållande är ett giltigt tillvägagångssätt för att uppskatta den volym av endokraniet som upptas av en dinosauries hjärna.

Det är dessutom svårt att få fram de många olika uppskattningarna av den levande massan. I en studie uppskattades att den levande massan för många dinosauriearter varierade fyra gånger. Larsson beklagar att "[d]et breda intervallet av uppskattningar av kroppsmassan, i kombination med det tvetydiga förhållandet mellan den endokraniella volym som upptas av hjärnan, innebär en hög grad av osäkerhet när det gäller att [skapa ett] index för hjärnans storlek". Följaktligen försökte han minimera felen genom att göra en annan typ av jämförelse.

Det är svårt att uppskatta hjärnans absoluta volym, men proportionerna mellan hjärnans olika regioner bör vara desamma i endocast som i den levande hjärnan. I Larssons studie jämfördes förhållandet mellan cerebrum, som är tydligt markerat på insidan av skallen, och resten av endocastens volym. Enligt Larsson är hans teknik överlägsen traditionella jämförelser av hjärnans volym med uppskattad levande kroppsmassa.

 
Dromaeosaurus albertensis skalle.  

Theropods hjärnor

De flesta dinosaurier, och de flesta theropoder, hade en hjärna som inte var bättre än dagens reptiler, såvitt man kan bedöma. I en studie från 2001 av en endokast av Carcharodontosaurus saharicus fann Hans Larsson att både C. saharicus och Allosaurus hade ett förhållande mellan hjärnans storlek och hjärnvolym som var mycket likt de icke-aviära reptilerna. Däremot var Tyrannosaurus förhållande något i riktning mot en mer fågelliknande proportion. Eftersom tyrannosaurierna är relativt basala coelurosaurier är detta ett bevis för att tillkomsten av Coelurosaurierna markerar början på en trend i theropodernas hjärnförstoring.

Troodon

Troodons förhållande mellan cerebrum och hjärnvolym var 31,5 % till 63 % av vägen från en icke-född reptil till en verkligt aviär proportion.

Archaeopteryx

Archaeopteryx hade ett förhållande mellan hjärnan och hjärnvolymen som var 78 procent av vägen till moderna fåglar.

 
Skalle av Carcharodontosaurus saharicus  


Skelett av Troodon inequalis.   Troodontiderna hade några av de högsta EQ:erna från andra djur än djur. De hade alltså ett avancerat beteende och skarpa sinnen.  

Sammanfattning

Den metod som Larsson använde för sin jämförelse var inte EQ, utan ett förhållande mellan storleken på storhjärnan och hela hjärnan. Storhjärnan är huvudansvarig för det som kan kallas "intelligent beteende".

Dinosauriernas hjärnor var i allmänhet lika stora som andra reptilers hjärnor. Undantaget är coelurosaurierna, som hade hjärnor som var proportionellt sett större än de flesta reptiler, men proportionellt sett mindre än moderna fåglar.