Palaeontologer från St Petersburg University har varit de första att i detalj studera strukturen av hjärnan och blodkärlen i skallen på ankylosauri Bissektipelta archibaldi, en växtätande dinosaurie som till utseendet liknar en modern bältdjur. Forskare producerade den första tredimensionella datorrekonstruktionen av en dinosaurie-endocast gjord i Ryssland, en digital cast av dess hjärna. Det gjorde det möjligt att fastställa att ankylosaurier, och Bissektipelta i synnerhet, kunde kyla deras hjärnor, hade ett extremt utvecklat luktsinne, och hörde lågfrekventa ljud. Dock, deras hjärnor var en och en halv gång mindre än hos moderna djur av samma storlek.

Ankylosaurier dök upp på jorden i mitten av jura - för ungefär 160 miljoner år sedan - och existerade till slutet av dinosaurieeran, som slutade för 65 miljoner år sedan. Dessa växtätande djur påminde lite om moderna sköldpaddor eller bältdjur, var täckta med tjock rustning, och hade ibland även en benig klubba på svansen. Forskarna blev intresserade av de unikt bevarade resterna av ankylosaurier från Uzbekistan. Även om dessa fossil har varit kända i 20 år, först nu har forskarna haft möjlighet att studera exemplaren från insidan med hjälp av banbrytande metoder.

Under studien, paleontologerna undersökte tre fragment av fossila dödskallar av ankylosauri Bissektipelta archibaldi. De hittades under en serie internationella expeditioner URBAC (uzbekiska / ryska / brittiska / amerikanska / kanadensiska Joint Paleontological Expeditions) i slutet av 1990-talet och början av 2000-talet vid Dzharakuduk-lokaliteten i Central Kyzylkum-öknen, Uzbekistan. Forskarna betonar att det är unikt, i att många lämningar av representanter för ~90 miljoner år gammal fauna kan hittas där. Dessa inkluderar dinosaurier, pterosaurier, krokodiler, fåglar, däggdjur och andra ryggradsdjur.

"Detta är verkligen en av de rikaste platserna i världen. Dzharakuduks fauna har nu mer än 100 arter av forntida ryggradsdjur, sa Pavel Skutschas, docent vid St Petersburg University och expert på mesozoiska ryggradsdjur. "Självklart, en sådan mångfald av livet skulle inte ha hittats utan storskaliga fältstudier. En serie av nio URBAC-expeditioner, genomfördes från 1997 till 2006, samlade ansträngningarna från paleontologer från många länder i sökandet efter ben från forntida djur."

Materialet som samlades in vid den tiden består av dussintals fragment av dödskallar och skelett, och hundratusentals isolerade ben. Forskare använder dem fortfarande i sin forskning och säger att det kommer att ge studier i många år framöver. För närvarande, de tre fragmenten av fossila ankylosauriska hjärnhålor från Uzbekistan förvaras på Zoological Institute of the Russian Academy of Sciences. Dock, de har tillfälligt överförts för forskning till institutionen för ryggradsdjurszoologi vid St Petersburg University.

Ankylosaurier levde på vår planet i 100 miljoner år

"Tack vare utvecklingen av datortomografi (CT) under de senaste 15 till 20 åren, paleontologer kan lära sig mer och mer om dinosauriehjärnan och dess struktur, sa Ivan Kuzmin, artikelns huvudförfattare och doktorand vid St Petersburg University.

"Vi bestämde oss för att återbeskriva Bissektipelta archibaldi, och vi lyckades klargöra dess plats på ankylosaurernas fylogenetiska träd. En 3D-rekonstruktion av endocasten av dess hjärnhålighet gjordes med hjälp av CT. Det är viktigt att förstå att hjärnans digitala "cast" inte är själva hjärnan. Det är nödvändigt att studera det noggrant för att förstå hur stor den faktiska hjärnan var, var dess delar fanns, hur kärlen och nerverna var inrymda."

Efter noggrant arbete som varade i tre år, forskarna fastställde att en avsevärd del av hjärnan hos Bissektipelta archibaldi var upptagen av luktlökar - cirka 60 % av storleken på hjärnhalvorna. Bissektipelta hade sannolikt ett extremt utvecklat luktsinne, vilket förmodligen hjälpte den att leta efter mat, det motsatta könet, och att känna rovdjurens närmande i tid. Det var av avgörande betydelse att veta om någon fara i förväg eftersom ankylosaurier hade så tung rustning och en klumpig figur. Doften hos ankylosaurier kan till och med jämföras med doften hos det berömda rovdjuret Tyrannosaurus rex. Dess luktlökar var ännu större, eftersom de upptog cirka 65-70% av storleken på de stora halvkloten.

"En annan intressant färdighet hos ankylosauren som vi lärde oss om är förmågan att kyla sina hjärnor i bokstavlig mening, " sa Ivan Kuzmin. "Nätverket av vener och artärer i dess hjärnhölje visade sig vara mycket komplicerat:de gick inte i en enda riktning, men ständigt kommunicerade med varandra, som ett system av järnvägsspår. Blodet kunde ha flödat i olika riktningar och omfördelats, samtidigt som djurets optimala hjärntemperatur bibehålls. Till exempel, om toppen av en ankylosaurus huvud blev varm, kärlen avledde snabbt det varma blodet och skapade en avskärmningseffekt – som om en dinosaurie tog på sig en solhatt. Dessutom, ankylosauriernas endokraniala kärl visade sig vara något mer lik nutida ödlors kärl än den hos dinosauriernas närmare bevarade släktingar - krokodiler eller fåglar."

En annan viktig slutsats gäller utfrågningen av Bissektipelta archibaldi. Paleontologerna lyckades undersöka det forntida djurets inre öra. Dess anatomi antyder frekvensen av ljud som ankylosauren kunde höra. Spännet visade sig ha varit från cirka 300 till 3, 000 hertz — dagens krokodiler hör i samma intervall. Det är ganska låga frekvenser som motsvarar den relativt stora storleken på ankylosaurier. Ju större dagens djur är, desto fler lågfrekventa ljud gör och hör de. Paleontologerna föreslog att, under evolutionen, ankylosaurier ökade i storlek, så bildar senare uppfattade ljud av ännu lägre frekvenser.

"Nuida djurarter kännetecknas av ett visst förhållande mellan hjärna och kroppsstorlek, " förklarade Ivan Kuzmin. "Om du tittar på dinosaurier, då var ankylosaurier och deras närmaste släktingar (stegosaurier) nästan outsiders. Massan av deras hjärna visade sig vara minst hälften mindre än vad vi förväntade oss, baserat på en jämförelse med dagens djur. Det var cirka 26,5 gram för en tremeters Bissektipelta. Dess hjärnstorlek kan jämföras med två valnötter. Ändå, ankylosaurier funnits på planeten i 100 miljoner år. De var ganska framgångsrika när det gäller evolution. Dock, att döma av storleken på deras luktlökar, de nosade lite snabbare än de trodde."

I nästa steg av sin forskning, forskarna skulle vilja studera fossila hjärnhus hos andra arter av ankylosaurier för att testa hypoteserna som uttrycks i tidningen. Dessutom, paleontologerna fortsätter att använda datortomografi och arbetar för närvarande med digitala endokraniala avgjutningar av hadrosaurier – anknäbbsdinosaurier vars kvarlevor hittades på samma ort i Uzbekistan.

Forskningen är publicerad i Biologisk kommunikation .