Estimating the endocranial volume and body mass of Anteosaurus, Jonkeria, and Moschops (Dinocephalia, Therapsida) using 3D sculpting
Plain Language Abstract
Modern mammals are descended from species that dominated terrestrial ecosystems before the dinosaurs originated. The dinocephalians were among the most common and successful of them during the middle Permian, between 265 to 260 m.y.a., when they diversified into carnivorous and herbivorous species. Understanding the evolution of their brain and behavior is important to better grasp the origin of the modern mammalian nervous system and its complexity, especially because dinocephalians show conspicuous adaptations to head butting, a form of social and ritualized behavior. We studied the evolution of brain size in a diverse array of dinocephalian species, and show that their braincase is surprisingly large for such primitive animals. We hypothesize that this might either be to accommodate an enlarged brain or protective tissue to shield the brain against impacts during head butting.
Arabic
المؤلفون: جوليان بينوا وأ.ج ميدزوك
الملخص: تمثل الدينوسيفيليا تشعبا مبكرًا ناجحًا للغاية للثيرابسيدات في منتصف العصر البرمي. وعلى الرغم من وفرة احافيرها إلا أن البيانات المتعلقة بعلم العصاب القديمة لهذه المجموعة يصعب الحصول عليها وتظل نادرة. وتقترح الدراسة الحالية التغلب على هذه التحديات باستخدام النحت الرقمي ثلاثي الأبعاد. واستنادًا إلى الأعمال السابقة تم إنشاء نماذج رقمية واقعية لهايكل المخ الداخلية وإعادة بناء تصور لثلاثة عائلات رئيسية من فصائل الدينوسيفيليا (Anteosauridae، وTitanouchidae، وTapinocephalidae)، وقياس أحجامها، وتم تقدير حجم وكتلة الجسم. حيث تم حساب حجم المخ النسبي. وتشير النتائج إلى تطورحجم المخ للدينوسيفيليا بشكل مدهش بالنسبة لرباعيات أرجل مبكرة. يُفترض أن بعض الدينوسيفيليا مارسوا نطح الرأس وهو سلوك اجتماعي معقد كان من شأنه أن يؤدي إلى تضخم المخ. وقد تكون الطبقة الداخلية المتضخمة مملوءة في الغالب بأنسجة واقية لحماية الجهاز العصبي المركزي عند استخدام الرأس كسلاح. ويدعم ذلك الفرض الغياب الواضح للبصمات المباشرة للأنسجة الرخوة للدماغ على القالب الداخلي.
الكلمات المفتاحية: المخ؛ النموذج الداخلي؛ علم الأعصاب القديمة؛ نمو حجم المخ؛ نطحة الرأس
ترجمة: د./ أحمد عوض عبد الهادي (كلية العلوم - جامعة المنيا)
Translator: Ahmed Awad Abdelhady
Chinese
使用3D建模技术估算安蒂欧兽、姜氏兽和麝足兽（恐头兽亚目，兽孔目）的颅内体积和体重
恐头兽类代表了二叠纪中期兽孔目动物中一次高度成功的早期辐射。尽管它们的化石非常丰富，但获取其古神经学数据仍然具有挑战性，目前相关的古神经学数据仍然稀缺。本研究提出通过使用数字3D建模来克服这些挑战。基于以往的研究，本研究生成了恐头兽类主要科（Anteosauridae、Titanosuchidae和Tapinocephalidae）中的三个代表物种的脑腔模型和重建复原图，并测量了它们的体积，估算了颅内体积和体重，计算了脑化指数。研究结果表明，对于如此早期的四足动物而言，恐头兽类进化出了出人意料的高脑化程度。有假设认为，一些恐头兽类可能进化出了头撞行为这样一种复杂的社会行为，这可能促使了大脑的增大。另一种解释是，增大的脑腔可能主要被保护性组织填充，以在头部作为武器使用时保护中枢神经系统。颅内模明显缺少大脑软组织直接印痕支持了这一观点。
关键词：脑；颅内模；古神经学；脑化；头撞行为
Translator: Yanzhe Fu. Nanjing Institute of Geology and Palaeontology, Chinese Academy of Sciences
Deutsche Zusammenfassung
Text
Translator: Eva Gebauer
Resumen en Español
Estimación del volumen endocraneal y la masa corporal de Anteosaurus, Jonkeria y Moschops (Dinocephalia, Therapsida) mediante escultura 3D
Los dinocéfalos representan una radiación temprana de terápsidos de mediados del Pérmico. A pesar de la abundancia de fósiles, los datos sobre su paleoneurología son difíciles de obtener y siguen siendo escasos. El presente estudio propone superar estos retos mediante el uso de la escultura digital en 3D. Basándose en trabajos anteriores, se generaron modelos digitales realistas de moldes internos cerebrales y reconstrucciones en vida de tres taxones que representan a las principales familias de Dinocephalia (Anteosauridae, Titanosuchidae y Tapinocephalidae), se midieron sus volúmenes y se estimaron el volumen endocraneal y la masa corporal. Se calcularon los cocientes de encefalización. Los resultados sugieren que los dinocefalios evolucionaron hacia un grado de encefalización sorprendentemente alto para unos tetrápodos tan primitivos. Se plantea la hipótesis de que algunos dinocéfalos practicaban el cabezazo, un comportamiento social complejo, que habría favorecido el agrandamiento del cerebro. Otra posibilidad es que el endoencéfalo agrandado se rellenara principalmente con tejido protector para proteger el sistema nervioso central cuando la cabeza se utilizaba como arma. La aparente ausencia de impresiones directas del tejido blando del cerebro en el molde endocerebral corrobora esta hipótesis.
Palabras clave: cerebro; molde interno; paleoneurología; encefalización; cabezazo
Traducción: Juan Antonio Pérez-Claros. Departamento de Ecología y Geología, Facultad de Ciencias, Universidad de Málaga
Résumé en Français
Estimation du volume endocrânien et de la masse corporelle d'Anteosaurus, Jonkeria et Moschops (Dinocephalia, Therapsida) à l'aide de la sculpture 3D
Les dinocéphales représentent une radiation précoce très réussie des thérapsides du Permien moyen. Malgré l'abondance de leurs fossiles, les données sur leur paléoneurologie sont difficiles à acquérir et restent rares. La présente étude propose de surmonter ces difficultés en utilisant la sculpture numérique en 3D. Sur la base de travaux antérieurs, des modèles numériques réalistes d'endocastes cérébraux et des reconstructions de trois taxons représentant les principales familles de Dinocephalia (Anteosauridae, Titanosuchidae et Tapinocephalidae) ont été générés, leurs volumes ont été mesurés et le volume endocrânien ainsi que la masse corporelle ont été estimés. Les quotients d'encéphalisation ont été calculés. Les résultats suggèrent que les dinocéphales ont évolué vers un degré d'encéphalisation étonnamment élevé pour des tétrapodes aussi précoces. Certains dinocéphales auraient pratiqué le « coup de tête », un comportement social complexe, qui aurait favorisé l'élargissement du cerveau. Il est également possible que l'endocaste élargi ait été principalement rempli de tissus protecteurs afin de protéger le système nerveux central lorsque la tête était utilisée comme une arme. Cette hypothèse est corroborée par l'absence apparente d'empreintes directes des tissus mous du cerveau sur l'endocastre.
Mots clés : cerveau ; endocaste ; paléoneurologie ; encéphalisation ; « coup de tête »
Translator: Vincent Perrier, Université Lyon.
Greek
Εκτίμηση του ενδοκράνιου όγκου και μάζας σώματος των Anteosaurus, Jonkeria και Moschops (Dinocephalia, Therapsida) με χρήση τρισδιάστατης γλυπτικής
Οι Δινοκέφαλοι αντιπροσωπεύουν μια εξαιρετικά επιτυχημένη πρώιμη εξάπλωση θεράψιδων του μέσου Πέρμικου. Παρά την αφθονία των απολιθωμάτων τους, τα δεδομένα για την παλαιονευρολογία τους είναι δύσκολο να αποκτηθούν και παραμένουν σπάνια. Η παρούσα μελέτη προτείνει να ξεπεραστούν αυτές οι προκλήσεις χρησιμοποιώντας ψηφιακή τρισδιάστατη γλυπτική. Βάσει προηγούμενων εργασιών, δημιουργήθηκαν ρεαλιστικά ψηφιακά μοντέλα εσωτερικών εκμαγείων του εγκεφάλου και ζωντανές αναπαραστάσεις τριών ταξινομικών δειγμάτων από τις κύριες οικογένειες των Dinocephalia (Anteosauridae, Titanosuchidae και Tapinocephalidae), μετρήθηκαν οι όγκοι τους και εκτιμήθηκαν ο όγκος και η σωματική μάζα του ενδοκράνιου. Επίσης, υπολογίστηκαν τα πηλίκα της εγκεφαλοποίησης. Τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι οι δινοκέφαλοι εξέλιξαν έναν εκπληκτικά υψηλό βαθμό εγκεφαλοποίησης για τέτοια πρώιμα τετράποδα. Ορισμένοι δινοκέφαλοι υποτίθεται ότι έχουν επιδίδονταν σε μετωπικές συγκρούσεις, μια περίπλοκη κοινωνική συμπεριφορά, η οποία θα ευνοούσε τη διεύρυνση του εγκεφάλου. Εναλλακτικά, το διευρυμένο εσωτερικό εκμαγείο μπορεί να είχε πληρωθεί κυρίως από προστατευτικό ιστό για την προστασία του κεντρικού νευρικού συστήματος όταν το κεφάλι χρησιμοποιήθηκε ως όπλο. Αυτό υποστηρίζεται από την προφανή απουσία άμεσων αποτυπωμάτων του μαλακού ιστού του εγκεφάλου στο εσωτερικό εκμαγείο.
Λέξεις-Κλειδιά: εγκέφαλος, εσωτερικό εκμαγείο, παλαιονευρολογία, εγκεφαλοποίηση, μετωπική σύγκρουση
Translator: Evangelos Vlachos
Polski
Oszacowanie objętości czaszki i masy ciała dla Anteosaurus, Jonkeria i Moschops (Dinocephalia, Therapsida) z wykorzystaniem rzeźbiarstwa cyfrowego
Dinocefale reprezentują dobrze prosperującą radiację środkowopermskich terapsydów. Pomimo licznych skamieniałości przypisywanych tej grupie, dane na temat ich paleoneurologii są trudne do uzyskania i wciąż rzadkie. Obecna praca jest propozycją przezwyciężenia tych trudności poprzez wykorzystanie trójwymiarowego rzeźbiarstwa cyfrowego. W oparciu o wcześniejsze prace, wygenerowano realistyczne cyfrowe modele endokastów i żywe rekonstrukcje trzech taksonów reprezentujących główne rodziny Dinocephalia (tj. Anteosauridae, Titanosuchidae i Tapinocephalidae), zmierzono ich objętość, oraz oszacowano objętość czaszki i masę ciała. Policzono współczynniki encefalizacji. Rezultaty sugerują, że dinocefale wykształciły wyjątkowo wysoki stopień encefalizacji jak na tak wczesne terapody. Uważa się, że niektóre dinocefale praktykowały uderzanie głową, tj. wyspecjalizowane zachowanie socjologiczne, które mogło wymusić powiększenie mózgu. Alternatywnie, powiększony endokast mógł być wypełniony tkanką pozwalającą na ochronę centralnego systemu nerwowego gdy głowa była używana jako broń. Dowodem na tę tezę może być pozorny brak bezpośrednich odcisków tkanek miękkich na powierzchni endokastu.
Słowa kluczowe: mózg; endokast; paleoneurologia; encefalizacja; uderzanie głową
Translator: Anna Żylińska
Russian
Оценка эндокраниального объема и массы тела Anteosaurus, Jonkeria и Moschops (Dinocephalia, Therapsida) с использованием 3D-скульптуры
Диноцефалы представляют очень успешную группу среднепермских терапсидов. Несмотря на большое количество окаменелостей, данные об их палеоневрологии сложно получить, и они остаются редкими. Текущее исследование предлагает преодолеть эти проблемы с помощью цифрового 3D скульптирования. На основе предыдущих работ были созданы реалистичные цифровые модели эндокастов мозга и реконструкции трех таксонов основных семейств Dinocephalia (Anteosauridae, Titanosuchidae и Tapinocephalidae), измерены их объемы и оценены эндокраниальный объем и масса тела. Кроме того, были рассчитаны коэффициенты энцефализации этих таксонов. Результаты свидетельствуют о том, что диноцефалы развили удивительно высокую степень энцефализации для таких ранних тетрапод. Считается, что некоторые из них практиковали лобовое столкновение головами, сложное социальное поведение, способствующее увеличению мозга. Кроме того, увеличенный эндокаст мог быть заполнен преимущественно защитной тканью для защиты центральной нервной системы, когда голова использовалась как оружие. Это подтверждается очевидным отсутствием прямых отпечатков мягких тканей головного мозга на эндокасте.
Ключевые слова: мозг; эндокаст; палеоневрология; энцефализация; бодание
Translator: Leonid Voyta
Ukrainian
Оцінка внутрішньочерепного об’єму та маси тіла Anteosaurus, Jonkeria і Moschops (Dinocephalia, Therapsida) за допомогою 3D-скульптування
Диноцефали представляють дуже успішну групу середньопермських терапсид. Незважаючи на велику кількість скам'янілостей, дані про їхню палеоневрологію складно отримати, і вони залишаються дефіцитними. Поточне дослідження пропонує подолати ці проблеми за допомогою цифрового 3D-скульптування. На основі попередніх робіт було створено реалістичні цифрові моделі ендокастів мозку та реконструкції трьох таксонів основних родин Dinocephalia (Anteosauridae, Titanosuchidae та Tapinocephalidae), виміряно їхні об’єми та оцінено ендокраніальний об’єм і масу тіла. Окрім того, були розраховані коефіцієнти енцефалізації для цих таксонів. Результати свідчать про те, що диноцефали розвинули напрочуд високий ступінь енцефалізації для таких ранніх тетрапод. Вважається, що деякі з них практикували лобове зіткнення головами, складну соціальну поведінку, яка сприяла б збільшенню мозку. Крім того, збільшений ендокаст міг бути заповнений переважно захисною тканиною для захисту центральної нервової системи, коли голова використовувалася як зброя. Це підтверджується очевидною відсутністю прямих відбитків м'яких тканин головного мозку на ендокасті.
Ключові слова: мозок; ендокаст; палеоневрологія; енцефалізація; биття головою.
Translator: Oleksandr Kovalchuk
