Dinosaurus hersenen en intelligentie

Het idee dat Stegosaurus "hersenen ter grootte van een walnoot" had (een vaak herhaalde uitdrukking), was niet helemaal juist. Hij had hersenen ter grootte van een hond, maar in verhouding tot zijn lichaam waren de hersenen erg klein. In de jaren 1880 kon Othniel Charles Marsh van een goed bewaarde hersenpan van de Stegosaurus een afgietsel maken, dat een idee gaf van de grootte van de hersenen. De endocast toonde aan dat de hersenen inderdaad klein waren: in verhouding tot de lichaamsgrootte misschien wel de kleinste onder de dinosauriërs. Het feit dat een dier van meer dan 4,5 ton een brein kon hebben van niet meer dan 80 gram leidde tot het idee dat dinosauriërs niet intelligent waren, een idee dat nu grotendeels is verworpen.

Marsh noteerde ook een groot kanaal in het heupgebied van het ruggenmerg, dat een structuur kon herbergen die tot 20 keer groter was dan de beroemde kleine hersenen. Dit kan gebruikt zijn om het achterste gebied te coördineren bij de verdediging tegen aanvallen van theropoden. Deze functie van het "tweede brein" is niet bewezen door enig direct bewijs.

Bij dieren neemt de hersenomvang gewoonlijk toe met de lichaamsomvang (is positief gecorreleerd). Dat betekent dat grote dieren meestal grotere hersenen hebben dan kleinere dieren. Het verband is echter niet lineair. Over het algemeen hebben kleine zoogdieren relatief grotere hersenen dan grote. Muizen hebben een verhouding hersenen/lichaamsgrootte die vergelijkbaar is met die van mensen (1/40), terwijl olifanten naar verhouding kleine hersenen/lichaamsgrootte hebben (1/560), hoewel olifanten uiteraard behoorlijk intelligente dieren zijn.

Encefalisatiequotiënt (EQ)

De formule voor de curve varieert, maar wordt gewoonlijk gegeven als Ew(hersenen) = 0,12w(lichaam)^2/3 . Aangezien deze formule gebaseerd is op gegevens van zoogdieren, moet zij met de nodige voorzichtigheid op andere dieren worden toegepast. Voor sommige van de andere gewervelde klassen wordt soms de macht 3/4 in plaats van 2/3 gebruikt, en voor veel groepen ongewervelde dieren kan de formule helemaal geen zinvolle resultaten opleveren.

Intelligentie

Intelligentie bij dieren is moeilijk vast te stellen, maar hoe groter de hersenen zijn ten opzichte van het lichaam, hoe meer hersengewicht er beschikbaar is voor complexe cognitieve taken. In plaats van alleen het ruwe hersengewicht te meten, maakt de EQ-formule een rangorde van dieren. De rangschikking komt beter overeen met de waargenomen complexiteit van het gedrag. Het gemiddelde EQ voor zoogdieren ligt rond 1, met carnivoren, walvisachtigen en primaten boven 1, en insecteneters en planteneters eronder. Ook de mens staat bovenaan de lijst. Het verband tussen de verhouding hersenen/lichaamsmassa en de complexiteit van het gedrag is niet perfect, omdat ook andere factoren van invloed zijn op de intelligentie. Deze factoren omvatten de evolutie van de recente hersenschors en verschillende graden van hersenvouwing. Dit vergroot de oppervlakte van de cortex, wat positief gecorreleerd is met intelligentie bij de mens.

Problemen met EQ

Bij traditionele vergelijkingen van het hersenvolume met de lichaamsmassa van dinosauriërs werd de hersenomvang geschat als het volume van de endocasta. De hersenen van het moderne reptielengeslacht Sphenodon vullen echter slechts ongeveer de helft van het endocraniale volume. Sommige paleontologen gebruikten deze schatting van vijftig procent in hun schattingen van het hersenvolume van dinosauriërs. Andere onderzoekers hebben opgemerkt dat details op het endocraniale oppervlak erop wijzen dat sommige fossiele reptielen hersenen hadden die een veel groter deel van het endocranium in beslag namen. Larsson merkt op dat de overgang van reptielen naar vogels verhindert dat het gebruik van een vaste verhouding een geldige benadering is voor het schatten van het volume van het endocranium dat door de hersenen van een dinosaurus wordt ingenomen.

Een extra moeilijkheid is het grote verschil in schattingen van de levende massa. Eén studie schatte dat de levende massa's voor veel dinosaurusgeslachten een viervoudig bereik hadden. Larsson betreurt dat "het brede bereik van de schattingen van de lichaamsmassa, gecombineerd met de dubbelzinnige verhouding van het door de hersenen ingenomen endocraniale volume, een grote mate van onzekerheid oplevert voor [het creëren van een] index van de hersenomvang". Daarom probeerde hij de fouten te minimaliseren door een ander soort vergelijking te maken.

Hoewel het moeilijk is het absolute volume van de hersenen te schatten, zou de verhouding tussen de verschillende hersengebieden in de endocast hetzelfde moeten zijn als in de levende hersenen. De studie van Larsson vergeleek de verhouding van de kleine hersenen, die duidelijk gemarkeerd zijn aan de binnenkant van schedels, met de rest van het volume van de endocast. Volgens Larsson is zijn techniek superieur aan traditionele vergelijkingen van het hersenvolume met de geschatte levende lichaamsmassa.

De meeste dinosauriërs, en de meeste theropoden, hadden geen betere hersenen dan de huidige reptielen, voor zover kan worden geschat. In een studie uit 2001 van een endocast van Carcharodontosaurus saharicus vond Hans Larsson dat zowel C. saharicus als Allosaurus een verhouding tussen hersenpan en hersenvolume hadden die sterk leek op die van niet-aviaanse reptielen. De Tyrannosaurus verhouding was daarentegen iets in de richting van een meer vogelachtige verhouding. Aangezien tyrannosauriërs relatief basale coelurosauriërs zijn, is dit het bewijs dat de komst van de Coelurosauria het begin markeert van een trend in de vergroting van de hersenen van theropoden.

Troodon

De verhouding cerebrum-hersenvolume van Troodon was 31,5% tot 63% van een niet-aviaire reptielenverhouding tot een echte vogelverhouding.

Archaeopteryx

Archaeopteryx had een verhouding hersenen/hersenvolume van 78% tot moderne vogels.

De methode die Larsson voor zijn vergelijking gebruikte was niet het EQ, maar een verhouding van de grootte van de kleine hersenen tot de hele hersenen. De kleine hersenen zijn voornamelijk verantwoordelijk voor wat men "intelligent gedrag" zou kunnen noemen.

De hersenen van dinosauriërs leken in het algemeen qua verhoudingen veel op die van andere reptielen. De uitzondering zijn de coelurosauriërs, die in verhouding grotere hersenen hadden dan de meeste reptielen, maar in verhouding kleiner dan moderne vogels.