Умен, как бабуин: говорят, по интеллекту тираннозавр не уступал приматам. Серьезно?

На днях появилась научная статья, в которой говорится о том, что тираннозавры... были не глупее бабуинов! Согласно этой работе, вполне вероятно, что у них могла быть культура (и даже инструменты!), как у некоторых современных животных. Давайте разберемся, насколько умны могли быть динозавры, что это за работа и стоит ли доверять ее громким выводам.

Древние мозги

Сначала вкратце расскажу о мозгах динозавров (подробнее об этом можно прочитать в одной из глав новой книги Paleoneurology of Amniotes). Трудности с ними в том, что сами мозги не сохраняются. Только у одного неопознанного игуанодонта обнаружили мозговые оболочки и, возможно, часть самого мозга. Поэтому вместо мозгов палеонтологи изучают эндокасты — слепки внутренней поверхности черепной коробки. Они могут быть как естественными (ископаемые), так и искусственными; кроме того, в последние два десятилетия ученые обычно делают трехмерную реконструкцию эндокаста при помощи компьютерной томографии.

Вторая проблема в том, что мозг нептичьих рептилий занимает не всю черепную полость: между ним и внутренней поверхностью черепа есть крупные венозные синусы и толстые мозговые оболочки. Поэтому эндокаст, как правило, больше, чем мозг.

Долгое время считалось, что сам мозг динозавров занимал только полчерепа. Такие выводы были сделаны на основе изучения мозга гаттерии, единственного современного представителя древней группы клювоголовых. Однако последующие исследования показали, что у некоторых современных рептилий мозги могут занимать больше половины полости черепа, иногда даже практически всю полость (вот пример).

Позже стало известно, что и в черепной коробке динозавров мозги могли занимать много места: у некоторых продвинутых теропод (орнитомимид и овирапторид) мозг занимал практически всю полость черепа (как у птиц), а у некоторых птицетазовых (гадрозаврид и пахицефалозаврид) часть мозга довольно близко прилегала к внутренней поверхности черепной коробки (похожая картина наблюдается и у игуанодонта, у которого сохранились мозговые оболочки, но это, скорее всего, тафономический артефакт).

Но это только размер мозга. А как оценить умственные способности ископаемых животных? Обычно для этих целей применяют (с различными видоизменениями) коэффициент энцефализации (EQ), который представляет собой отношение массы мозга конкретного животного к средней прогнозируемой массе мозга для животных того же размера. Среди современных видов самые большие значения EQ у таких сообразительных животных, как обезьяны (включая человека), дельфины и врановые.

Самое большое значение EQ среди нептичьих динозавров у небольшого хищника троодона (это, возможно, сомнительный род, но в нашем случае это неважно) — у него относительный размер мозга находился в диапазоне значений птиц и млекопитающих. Поэтому он и прослыл самым умным динозавром.

Однако у этого показателя много минусов. Между размером мозга и интеллектом прямой связи нет. К тому же в случае динозавров, как мы уже поняли, не всегда можно достоверно оценить объем мозга по эндокасту, да и с оценками массы тела, которые используются при расчете EQ, тоже часто бывают проблемы.

По косвенным данным, таким как признаки группового поведения или забота о потомстве, можно судить, что многие динозавры были способны на довольно сложное поведение. Но дальше остается только строить догадки различной степени правдоподобности. Или нет?..

Суть исследования

Впервые я увидел это исследование несколько месяцев назад, еще на стадии препринта. Автор работы — Сузана Эркулано-Оузел (Suzana Herculano-Houzel) из Университета Вандербильта в США, известная исследовательница в области сравнительной нейробиологии.

Я отнесся к работе скептически. Эркулано-Оузел, все-таки, не занимается палеонтологией, к тому же в работе были допущены некоторые неточности. Например, птицы были названы единственными выжившими архозаврами, хотя есть еще крокодилы. Но я решил дождаться публикации в научном журнале: все-таки рецензирование должно значительно улучшать рукопись. И вот 5 января работа была опубликована в Journal of Comparative Neurology.

В 2017 году Эркулано-Оузел при помощи собственного метода подсчета нейронов (isotropic fractionator) показала, что когнитивные способности коррелируют с абсолютным количеством нейронов в конечном мозге, или теленцефалоне (а именно в коре млекопитающих и паллиуме птиц) — и размер тела тут не имеет значения. При этом количество нейронов теленцефалона коррелирует с размером мозга. Таким образом, зная массу мозга (а также соотношение массы мозга и массы тела конкретных групп организмов), можно вычислить количество теленцефалических нейронов.

До этого Эркулано-Оузел уже обращала свое внимание на вымерших существ. Так, она вместе с коллегами оценивала количество нейронов (всего головного мозга) у древних людей и у гигантских вымерших грызунов (обратите внимание, что это работа 2011 года, старые оценки массы тела этих грызунов недавно поставили под сомнение). Теперь же Эркулано-Оузел решила заняться динозаврами и птерозаврами, благо уже накопились большие наборы данных по современным животным.

Чтобы понять, какое уравнение («птичье» или же «рептильное») для подсчета теленцефалических нейронов использовать для вымерших нептичьих рептилий, исследовательница решила выяснить, как у динозавров и птерозавров соотносилась масса мозга и масса тела. Оказалось, что почти у всех теропод (к которым относится тираннозавр) было соотношение, характерное для базальных птиц, предки которых появились еще в меловом периоде: это, например, страусы, гуси, куры и голуби. У более продвинутых птиц (например, воробьев, попугаев и сов) это соотношение, кстати, другое — и теленцефалических нейронов в их головах больше. В общем, для теропод было характерно соотношение эндотермных животных («теплокровных»).

При этом зауроподоморфы (представленные в работе только зауроподами) оказались похожи на современных нептичьих рептилий, то есть эктотермных животных («холоднокровных»), у которых в пять раз меньше теленцефалических нейронов, чем у базальных птиц. А вот среди птицетазовых динозавров и птерозавров одни виды характеризовались соотношением базальных птиц, другие — нептичьих рептилий.

Да, значения у эндотермов и эктотермов почти не пересекаются, поэтому, по мнению автора, это служит доказательством того, что у динозавров не было мезотермии.

Далее Эркулано-Оузел применила уравнения, связывающие массу мозга и количество нейронов теленцефалона. В частности, получилось, что у тираннозавра количество теленцефалических нейронов составляло 2,2–3,3 миллиарда, то есть примерно как у бабуина. Для сравнения: у эктотермного трицератопса получилось всего 172 миллиона таких нейронов — это меньше, чем у капибары — а у эндотермного троодона, самого «умного» по EQ, их 664 миллиона.

Потом, используя уравнения, связывающие количество теленцефалических нейронов с максимальной продолжительностью жизни животного и возрастом половой зрелости самок, Эркулано-Оузел рассчитала, что тираннозавры могли жить более 40 лет, а половой зрелости достигали в четыре-пять лет.

Тираннозавры старше 28 лет палеонтологам не встречались. Но известно, что другие хищные динозавры могли доживать и до 40 лет, на что указывает старая особь кархародонтозаврида Meraxes gigas, чей возраст на момент смерти составлял от 39 до 53 лет.

Эркулано-Оузел заключает, что раз тираннозавры обладали такими мозгами и жили долго, то вполне вероятно, что у них (как и у других теропод) могла развиться культура и они могли пользоваться инструментами, как современные птицы и приматы.

Подводные камни

Разумеется, новость о том, что грозный тираннозавр был таким же умным, как обезьяны, да еще и мастерил инструменты, не оставила публику равнодушной. Эркулано-Оузел к тому же подогрела интерес к своему исследованию, выложив видео, в котором вкратце рассказала о своей работе.

В Твиттере некоторые ученые уже выступили с критическими замечаниями. К примеру, зоолог и этолог Кай Каспар (Kai Caspar) из Университет Дуйсбурга-Эссена скептически отнесся к исследованию. Он отметил, среди прочего, что большое значение может иметь не столько количество нейронов, сколько коннектом (совокупность всех связей между нейронами), что размер тела не стоит игнорировать (так как существуют правила нейронного масштабирования, зависимые от размера тела) и что большинство современных животных с большим мозгом, включая самих бабуинов, в норме инструменты не используют.

Палеобиолог и специалист по хищным динозаврам (в том числе по тираннозавридам) Томас Хольц (Thomas R. Holtz, Jr.) из Мэрилендского университета также призывает с осторожностью относиться к выводам исследования. В частности, он замечает, что данные о половозрелости в четыре-пять лет противоречат палеонтологическим данным: тираннозавры достигали половой зрелости не раньше 13 лет.

Статью в своем блоге также прокомментировал итальянский палеонтолог Андреа Кау (Andrea Cau). По словам ученого, даже если данные верны, это еще не означает, что все свое богатство теленцефалических нейронов тираннозавры использовали для сложного поведения. Важно, пишет ученый, не количество нейронов, а то, как они организованы. Конечный мозг тираннозавров включал в себя огромные обонятельные луковицы — то есть логичнее было бы считать, что эти хищники обладали очень острым обонянием (как и предполагалось ранее), а не развитыми когнитивными функциями.

Кау также решил взять метод Эркулано-Оузел и посчитать, сколько нейронов теленцефалона было у крупных динозавров с более «птичьим» строением конечного мозга. Для расчетов палеонтолог выбрал гигантораптора (Gigantoraptor erlianensis) и дейнохейра (Deinocheirus mirificus) — последнего мы, кстати, видели в одной из серий «Доисторической планеты». Оказалось, что у гигантораптора было 2,7 миллиарда (то есть примерно как у бабуина с тираннозавром), а у дейнохейра — целых 3,8 миллиарда теленцефалических нейронов. То есть, возможно (Кау оговаривает, что пока что это все спекуляции), именно этих динозавров стоит считать главными интеллектуалами мезозоя.

И хочу добавить кое-что от себя. Эркулано-Оузел указывает, что ее деление динозавров на экто- и эндотермов согласуется с недавним исследованием Ясмины Виманн и ее коллег, в котором ученые показали, что определенные ископаемые биомолекулы коррелируют с уровнем метаболизма. И тероподы, включая тираннозавра, согласно этой работе, были эндотермными, часть птицетазовых динозавров тоже, а остальные (как, например, трицератопс и стегозавр) — эктотермными. Но есть и несостыковки: так, у Эркулано-Оузел зауроподы оказались эктотермными, а в работе Виманн диплодоцид эндотермный.

Исследование Виманн и ее коллег, безусловно, очень интересное, но я призываю относиться к его результатам с осторожностью. Как я уже упоминал в примечании к новостной заметке, очень странно, что представители цератопсов и гадрозавров оказались эктотермами, ведь некоторые из них жили в полярных широтах круглый год. Или только некоторые (в частности, полярные) цератопсы и гадрозавры были эндотермами? Но какова вероятность, что такое разнообразие метаболизма возникнет в пределах относительно небольших клад?

К тому же прогностическая ценность метода команды Виманн вызывает вопросы из-за того, что эндотермами оказались вараны (!), метаболизм которых, конечно, отличается от других ящериц, но достаточно ли этого для того, чтобы считать их эндотермами, пусть и факультативными?

И вот в работе Эркулано-Оузел тоже появляется эктотермный трицератопс, а другой рогатый динозавр, протоцератопс, оказывается эндотермным! Более того, удивительно, что и некоторые птерозавры становятся эктотермами — хотя, казалось бы, это позвоночные, которые были приспособлены к активному полету и обладали теплоизолирующими покровами.

Однако, справедливости ради, исследовательница оговаривает, что все эти эктотермы гипотетически могли быть эндотермами, просто с небольшими мозгами. Или же дело может быть в качестве данных, с которыми работала ученая.

Да, я склоняюсь к тому, что главный недочет этого исследования заключается в качестве наборов данных о массе тела и массе мозга (которая равна объему, так как плотность мозга составляет примерно один грамм на миллилитр; в статье ошибочно указано, что один миллиграмм). Автор сама признает, что полученные значения могут быть занижены или завышены.

Так, для зауропод и птицетазовых значения могут быть занижены, так как в использованном наборе данных объем мозга составляет 50 процентов от объема черепной коробки. Как я уже выше упоминал, далеко не факт, что это соотношение у динозавров было таким. А вот значения для теропод — и, соответственно, тираннозавра, — могут быть завышены, так как в этом наборе данных предполагается, что мозг заполнял черепную коробку полностью. Ведь это показано не для всех теропод. Кроме того, могли устареть и оценки массы тела.

Заключение

Что ж, это интересная и необычная работа, а представленный в ней метод может иметь большой потенциал. Да, Эркулано-Оузел упоминает о недостатках, но надеется, что другие ученые продолжат эту работу уже с современными данными. Однако меня все же очень смущают спекулятивные выводы о культуре и инструментах у тираннозавров — и особенно акцент на них. Стоит с осторожностью озвучивать такие предположения, учитывая, что они основаны исключительно на математических расчетах и устаревших данных.