科学家重建了从未见过的恐龙大脑

来源:环球科学发布时间:2020-11-10

利用珍贵的舒氏布氏盗龙骨骼,研究人员首次重建了世界上最古老的恐龙之一的完整大脑。	

时光退回约2.3亿年前,三叠纪时期的地球并不能算是一个温情的世界,在自然法则的支配下,食物链上的斗争和优胜劣汰的进化故事时时上演。那时,在如今巴西南部的森林中,存在着一个丰富的远古生物世界。一种小型的两足恐龙生活在其中,它们大约只有中型犬的大小,头部细长,长着锋利的牙齿,还有一条长长的尾巴。别看它们体型不大,却是一种食肉恐龙,它们穿梭于林间,行动敏捷地捕食着猎物。


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 舒氏布氏盗龙捕猎复原图。| 图片来源:Márcio L. Castro


这种小型肉食性恐龙被称为舒氏布氏盗龙(Buriolestes schultzi),尽管以肉为食,但这种恐龙实际上和巨型长颈植食性的蜥脚类恐龙属于同一谱系,被认为是这一谱系中已知的最古老的成员之一。换句话说,舒氏布氏盗龙是一些“明星”恐龙的古老远亲,这些“明星”包括体长20多米、重达80吨的笨重的腕龙,以及同样巨大的梁龙,还有其他蜥脚类恐龙。


从小型的两足恐龙,到辨识度极高的四足庞然大物,这个谱系独特的进化一直吸引着古生物学家。尤其是,对这些灭绝生物的大脑研究格外珍贵,因为针对大脑的研究通常能够帮助更好地揭示动物的行为及其演变历程。但像大脑这样的软组织一般难以保存这么长时间。通常,古生物学家可以通过计算机断层扫描技术来分析颅腔,重建出恐龙的大脑。但这对化石的要求极高,它需要保存情况良好的头骨,也就是包裹脑组织的区域。


2015年,巴西古生物学家Rodrigo Temp Müller博士从巴西南部发掘出来一副保存异常完好的舒氏布氏盗龙骨骼,恐龙的头骨几乎完全被保留了下来。


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 头骨右侧视图(左)与背视图(右)。| 图片来源:Müller, R. T. et al. / Journal of Anatomy


利用这些珍贵的骨骼,研究人员首次重建了世界上最古老的恐龙之一的完整大脑。研究发现了舒氏布氏盗龙大脑的一些明显特征,窥探到了恐龙进化早期阶段的神经解剖学。研究论文已于近日发表在《解剖学杂志》上。


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 舒氏布氏盗龙头骨及大脑重建。| 图片来源:Márcio L. Castro & Rodrigo Temp Müller


研究人员发现,舒氏布氏盗龙的大脑相对较小,重约1.5克。大脑的形状很原始,看起来像鳄的大脑的一般形态。小脑的绒球(flocculus)结构发育良好,表明它有能力灵敏地协调头、颈和眼的运动,利用视觉追踪移动的猎物。相反,它们的嗅觉似乎并不灵敏。这说明,舒氏布氏盗龙在猎捕和追踪猎物时,很可能是基于视觉能力,而非嗅觉。然而,在体型庞大的腕龙、梁龙及其他蜥脚类恐龙中,这个结构却很小。这意味着,在植食性的转变过程中,这一结构也开始变得越来越不重要。


在这一谱系的进化历程中,另一个显著的趋势是嗅球的增大。嗅球是负责嗅觉的结构,舒氏布氏盗龙脑中的嗅球相对较小,但在后来出现的蜥脚类恐龙中,它们的相对大小增加。蜥脚类嗅觉的显著发展有不同的假设性解释,比如,这有可能与更复杂的社会行为有关,在一些脊椎动物中,这种社会行为依赖于嗅觉。另一方面,强大的嗅觉能力在觅食中同样起着重要作用,它能帮助动物更好地区分易消化和不易消化的植物。此外,还有一些假设认为,这些动物可能需要依赖嗅觉来探测捕食者留下的化学线索。


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 舒氏布氏盗龙大脑重建。| 图片来源:Márcio L. Castro


更有趣的是,科学家还根据舒氏布氏盗龙的大脑体积和体重的比值,计算了这种恐龙大脑的“相对大小”,也就是爬行动物脑化指数(REQ指数),并和其他一些恐龙进行了比较。


脑化指数通常用来描述动物大脑与身体比例的关系,在一些谱系中,大脑的相对体积会随着时间的推移而增加,但对于舒氏布氏盗龙来说似乎并非如此。舒氏布氏盗龙的REQ要高于后来出现的一些大型蜥脚类恐龙(比如梁龙和腕龙)。这表明,这一谱系的大脑化(encephalization)程度随时间推移而有所降低。


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 部分蜥臀目恐龙的REQ比较。| 图片来源:Müller, R. T. et al. / Journal of Anatomy


这个结果非常有趣。研究人员猜测,这也许与饮食习惯的改变有关,因为有研究观察到肉食类动物通常需要更高的认知能力,它也有可能与蜥脚类的体型显著增大有关。同时,舒氏布氏盗龙的REQ要低于后来的兽脚类恐龙(包括霸王龙等)。


有关舒氏布氏盗龙大脑的这些细节非常惊人。更为难得的是,这种恐龙是已知的最古老的恐龙之一。这给科学家提供了难得的机会,来探究这些曾经的地球霸主的大脑与感觉系统的早期进化历程。


总的来说,我们对恐龙大脑的认识还非常有限。一些研究人员表示,此次研究中的这个恐龙头骨来自一片化石非常丰富的区域,可以考虑继续发掘巴西、阿根廷等地的这些重要化石遗迹,或许有希望找到更多保存完好的早期恐龙化石。


参考来源:

https://phys.org/news/2020-11-reconstruct-brain-oldest-dinosaurs.html

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/joa.13350

https://www.nytimes.com/2020/11/03/science/dinosaur-brain.html


封面来源:Márcio L. Castro

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