Das Krokodilgehirn, obwohl im Vergleich zum menschlichen Gehirn klein, ist ein faszinierendes Studienobjekt, das Einblicke in die Evolution des Gehirns und die Anpassungsfähigkeit von Lebewesen bietet. Dieser Artikel beleuchtet die Anatomie des Krokodilgehirns, seine Entwicklung im Laufe der Erdgeschichte und seine Bedeutung für das Überleben dieser bemerkenswerten Reptilien.
Evolutionäre Entwicklung des Krokodilgehirns
Die Entwicklung des Krokodilgehirns stellt einen bedeutenden Schritt in der Evolution der Lebewesen dar. Sogar der Mensch profitiert bis heute davon, da er wichtige graue Zellen von den Krokodilen geerbt hat, die bis heute einen Teil des menschlichen Hirnstamms bilden. Der Hirnstamm ist der evolutionsgeschichtlich älteste Teil des menschlichen Gehirns und wird auch Reptilienhirn genannt. Er verarbeitet entscheidende Umweltreize, leitet unbewusste Reaktionen wie Blutdruck und Atmung und ist für instinkthafte Reaktionen verantwortlich. Der Hirnstamm macht also fit fürs Überleben. In einem weiteren Schritt entwickelte sich das Großhirn, das unter anderem zur Intelligenz befähigt. Der Anteil des Großhirns ist beim Menschen deutlich größer als bei allen anderen Lebewesen, er macht 85 Prozent des Gesamtgehirns aus.
Größe und Struktur des Krokodilgehirns
Im Vergleich zum Menschen haben Krokodile ein verschwindend kleines Gehirn. Bei den meisten Arten ist es kaum größer als eine Nussschale. Dennoch ist es höher entwickelt als bei allen anderen Reptilienarten. Im Gegensatz zu vielen anderen Reptilien sind Krokodile lernfähig und sollen sogar Menschen voneinander unterscheiden können.
Der Hirnstamm
Der Hirnstamm ist der älteste und tiefstliegende Teil des Gehirns und hat sich im Laufe der Evolution bereits vor ca. Millionen von Jahren entwickelt. Er besteht aus der Medulla oblongata (verlängertes Mark), der Brücke (Pons), dem Mittelhirn (Mesencephalon) und dem Zwischenhirn (Diencephalon).
Die Medulla oblongata enthält wichtige Zentren für die Steuerung der Nahrungsaufnahme und der Darmtätigkeit. Sie enthält auch eine Region, die sich Formatio reticularis nennt und den ganzen Hirnstamm durchzieht. Die Formatio reticularis enthält die Zentren für vegetative Vorgänge wie Atmung und Kreislauf. Von hier aus ziehen Nervenbahnen zu den einzelnen Körperorganen, um die Informationen über die notwendige Regulation weiterzuleiten. Die Medulla ist auch eine wichtige Umschaltstation innerhalb des motorischen Systems.
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Die Brücke (Pons) verbindet das Großhirn mit dem Kleinhirn. Nahezu alle Fasern, die diese Bereiche verbinden, laufen durch die Brücke. Auch befinden sich hier zahlreiche Kerngebiete, in denen Nervenbahnen zwischen Groß- und Kleinhirn verschaltet werden.
Das Mittelhirn (Mesencephalon) besteht aus der Vierhügelplatte oder Tectum mesencephali, dem Tegmentum mesencephali und der Substantia nigra. Die Vierhügelplatte besteht aus zwei oberen und zwei unteren Hügelchen (Colliculi superiores und Colliculi inferiores). Die Substantia nigra ist einer der beiden Ursprungskerne des dopaminergen Systems.
Die Formatio reticularis
Die Formatio reticularis ist ein komplexes Netzwerk von Nervenzellen, das sich netzartig über das gesamte Tegmentum bis hinunter zum Rückenmark zieht. Sie spielt eine wichtige Rolle bei der Steuerung und Koordination von Atmung, Schluckreflex, Kreislauf, Brechen usw. Darüber hinaus entspringt der Formatio reticularis das sogenannte „Weckzentrum“, das aufsteigende retikuläre Aktivierungssystem (ARAS).
Hirnnerven
Die Hirnnerven entspringen nicht dem Rückenmark, sondern direkt aus dem Gehirn, die meisten aus dem Stammhirn. Eine Ausnahme bildet der 11. Hirnnerv, der teilweise aus dem Rückenmark entspringt und darum mit zu den Hirnnerven gezählt wird. Alle Hirnnerven gehören zum peripheren Nervensystem. Sie haben z.T. sensorische (Wahrnehmung) und z.T. gemischte Funktionen. Bezeichnet werden sie mit römischen Ziffern von I bis XII und lateinischen Namen, die auf ihre Funktion schließen lassen.
Sinnesorgane und ihre Bedeutung
Eine Forschungsarbeit eines internationalen Forscherteams untersuchte die Struktur der Gleichgewichtsorgane des Innenohrs anhand von Fossilien der „Archosauria“ („Herrschende Echsen“) genannten Reptiliengruppe. Das Team analysierte Formen und Größen der sogenannten Bogengänge im Schädelbereich von lebenden und ausgestorbenen Archosauriern mit unterschiedlichen Fortbewegungsgewohnheiten, um mehr über die Biologie und Ökologie der Tiere herauszufinden.
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Bogengänge dienen als eine Art Kreiselstabilisator, der dem Gehirn hilft, zu erkennen, wo oben und wo unten ist. Das hält den Körper im Gleichgewicht. Die Bogengänge sind Teil eines Sinnessystems, das hilft, die Bewegungen der Augen und des Halses zu koordinieren. Sie helfen auch dabei, das visuelle Bild auf der Netzhaut zu stabilisieren.
Die Wissenschaftler konnten in ihrer Arbeit einerseits zuvor angenommene Wechselbeziehungen zwischen der Form und Größe der Bogengänge und der Lebensweise der Tiere, wie z.B. der Möglichkeit, zu fliegen, nicht bestätigen. Anderseits zeigen die Unterschiede in den Merkmalen der sensorischen Systeme, dass sich die heute lebenden Vertreter der Archosaurier, Krokodile und Vögel, evolutionsgeschichtlich aus einer sehr frühen Auffächerung der Tiergruppe in viele spezialisierte Arten entwickelt haben. So konnten die Forscher zeigen, dass Unterschiede der Sinnesorgane im Innenohr bereits zwischen den ältesten Verwandten der Vögel und der Krokodile vor mehr als 240 Millionen Jahren bestanden.
Die Archosaurier erreichten im Laufe der Erdgeschichte eine unglaubliche ökologische Vielfalt und eroberten Lebensräume in der Luft, an Land und im Wasser. Die damit verbundene entstandene Vielfalt der Fortbewegung ist durch die Untersuchung der Anatomie der verschieden Arten relativ gut erforscht. Die Veränderungen in den sensorischen Systemen der Tiere, die unter anderem die Fortbewegung erleichtern, sind bisher kaum vergleichend analysiert worden.
Durch CT-Scans von Schädeln der Fossilien konnten die Bogengänge vieler Urzeitreptilien untersucht und rekonstruiert werden. Für die Analyse wurden digitale 3D-Modelle verwendet. Es wurde nicht erwartet, eine so große Vielfalt im Innenohr der frühen Mitglieder der Archosauriergruppe zu finden.
Die reiche Evolutionsgeschichte der Archosaurier wird durch zahlreiche Fossilien, die sich in den naturkundlichen Sammlungen der ganzen Welt befinden, dokumentiert. Darunter sind auch einige berühmte ausgestorbene Tiergruppen wie die (Nicht-Vogel-)Dinosaurier, die Flugsaurier und viele verschiedene Arten von Krokodilverwandten, unter ihnen vollständig terrestrische und vollständig marine Tiere. Zu den lebenden Nachfahren der Archosaurier gehören die Vögel und Krokodile. Die ältesten von den Wissenschaftlern untersuchten Fossilien waren 250 Millionen Jahre alt.
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Bisher wurde eine Wechselbeziehung zwischen der Form und Größe der Bogengänge und der Art und Weise, wie sich die verschiedenen Arten fortbewegen, vermutet. Daher wurden die Sinneskanäle auch in vielen paläontologischen Studien als wichtiges Indiz verwendet, um auf die Lebensgewohnheiten ausgestorbener Tiere zu schließen. Diese Korrelation konnte das Forscherteam in seiner Studie leider nicht belegen. Die Paläontologen vermuten nun, dass die Unterschiede auf Spezialisierungen, wie extrem gutes Sehvermögen, und die Schädelanatomie zurückzuführen sind.
Die großen halbkreisförmigen Sinneskanäle beispielsweise, die bei Vögeln zu sehen sind, wurden historisch als eine Anpassung für den Flug interpretiert. Pterosaurier, ausgestorbene fliegende Reptilien, haben jedoch Bogengänge, die kleiner sind als die von vielen anderen nicht fliegenden Archosaurier-Arten. Dies ist ein Hinweis darauf, dass große Bogengänge für das Fliegen nicht erforderlich sind. Interessanterweise sind die größten Sinneskanäle, die die Forscher gefunden haben, bei einigen der Nicht-Vogel-Dinosaurier und bei auf das Sehen spezialisierten Vögeln vorhanden. Daher ist es wahrscheinlich, dass größere Bogengänge für eine höhere Sehschärfe wichtig sind, was den Tieren zum Beispiel bei der Beutejagd hilft.
Das Fehlen einer Verbindung zwischen der Innenohrform und der Fortbewegungsart der Tiere, die zunächst angenommen wurde, ist bedauerlich für Paläontologen, die versuchen, die Biologie ausgestorbener Tiere zu beurteilen. Die Verbindung der Form und Größe der Bogengänge mit der Sehschärfe der Archosaurier kann dennoch sehr interessante Einblicke in deren Lebensweise bieten.
Anpassung an die amphibische Lebensweise
Krokodile sind an eine amphibische Lebensweise angepasst und überwiegend Süßwasser-Bewohner, leben also in Seen und Flüssen. Es gibt drei Hauptgruppen mit über 20 Arten, die sich vor allem durch Merkmale ihres Kopfes unterscheiden:
- Gaviale: Besitzen eine sehr lange, dünne Schnauze.
- Echte Krokodile: Besitzen Kiefergruben, in denen der größte Zahn des Unterkiefers bei geschlossenem Maul Platz findet.
- Alligatoren und Kaimane: Haben breitere Schnauzen und keine sichtbaren Kiefergruben.
Die verschiedenen Krokodil-Arten sind sehr unterschiedlich groß: Sie messen je nach Art zwischen 120 Zentimeter und bis zu neun Meter.
Ernährung und Überlebensstrategien
Heute lebende Krokodile sind zumeist semiaquatische Generalisten. Sie fressen so ziemlich alles, was ihnen vor die Schnauze kommt - im Wasser und an Land. So machen junge Krokodile zum Beispiel ebenso Jagd auf Kaulquappen wie auf Insekten und Krustentiere. Diese generalistische Ernährung sicherte den Krokodilomorphen einst das Überleben.
Paläontologen untersuchten auch die Lebensweise von rund 100 ausgestorbenen Krokodilomorphen, die sich anhand der Schädel- und Zahnanatomie ableiten ließ. Das Ergebnis: Das Massenaussterben am Ende der Trias scheinen tatsächlich nur kleine Krokodilomorphen mit generalistischer Ernährung überlebt zu haben. Die relativ geringe Körpergröße einiger früher Krokodilomorphen führte zu einem geringeren absoluten Energiebedarf, und die Ökologie der Generalisten ermöglichte ein breites Spektrum an Nahrungsquellen, einschließlich wirbelloser Tiere. Damit waren sie gut für die entbehrungsreichen Bedingungen während und nach dem Massenaussterben gerüstet.
Krokodile mit breiter Schnauze haben einen ziemlich abwechslungsreichen Speiseplan. Krokodile fressen nicht jeden Tag: Man schätzt, dass sehr große Tiere nur etwa einmal pro Woche ein Beutetier reißen. Sie fressen also pro Jahr nur etwa 50 Mal.
Fortpflanzung und Verhalten
Krokodile legen Eier. Die Weibchen legen zwischen 20 und 40, manchmal auch 80 Eier in Nester aus verrottendem Pflanzenmaterial. Beim Prozess der Verrottung entsteht - wie in einem Komposthaufen - Wärme, die zum Ausbrüten der Eier notwendig ist. Manche Krokodilarten graben jedoch Gruben in den Boden, in die sie ihre Eier legen und bedecken diese dann mit Pflanzenresten. Bei manchen Krokodil-Arten bewachen die Weibchen die Nester. Liegt die Temperatur unter 30 Grad Celsius, entwickeln sich in den Eiern Weibchen.
Meist gehen sie nachts auf Jagd. Dank spezieller Sensoren in ihren Kiefern spüren sie auch noch die kleinste Bewegung von Beutetieren und schlagen dann blitzschnell zu. Dann drehen sie sich um ihre eigene Achse, um Stücke aus ihrer Beute herauszureißen.
Meereskrokodile (Thalattosuchia)
Wenn man in der Paläontologie die Anatomie eines Organismus untersuchen will, stehen in der Regel nur die Hartteile wie Knochen oder Schalen zur Verfügung. Nur in den allerseltensten Fällen sind auch Reste des Weichgewebes erhalten. Doch benötigt man nicht zwangsläufig direkte Überreste der Weichteile, um deren Ausprägung erkennen zu können. Auch die erhaltenen Hartteile helfen oft indirekt bei der Interpretation. Die Hartteile, in diesem Fall Knochen, haben schließlich auch Stephen Brusatte und Kollegen verwendet, um etwas über das Gehirn und die Schädelgefäße eines sogenannten „Meereskrokodils“ herauszufinden.
Die Meereskrokodile (Thalattosuchia) gehörten wie die heutigen Krokodile, Gaviale und Alligatoren zu der großen Gruppe der Crocodyliformes („Krokodilartige“) und waren vor allem während des Jura weit verbreitet, einige Gattungen hatten sogar bis in die Unterkreide überlebt. Die Thalattosuchia lassen sich zum Großteil in zwei Familien unterteilen: Teleosauridae und Metriorhynchidae. Während die Teleosauriden in ihrem Erscheinungsbild noch eher den heutigen Gavialen glichen und sich zwar durchaus im Meer, aber immer noch in Landnähe aufhielten, waren die Metriorhynchiden deutlich an eine marine Lebensweise angepasst. Wie andere Meeresreptilien ihrer Zeit haben diese Krokodilartigen ihre Gliedmaßen zu Paddeln umgebildet und eine Schwanzflosse entwickelt.
Das Fossil, das Brusatte und Kollegen untersucht haben, gehört zu der Teleosauriden-Gattung Steneosaurus und stammt aus dem unteren Toarcium von Großbritannien. Die Wissenschaftler haben bei dem Schädel des Fossils eine Computertomographie durchgeführt, um einen sogenannten Endocast (einen Ausguss des inneren Schädels), sowie Rekonstruktionen des Innenohrs und der „Sinusvenen“ zu erzeugen. Als Vergleich dienten die Schädelausgüsse dreier rezenter Krokodil-Arten: Australien-Krokodil (Crocodylus johnstoni), Mississippi-Alligator (Alligator mississippensis) und Krokodilkaiman (Caiman crocodilus).
Die Autoren kommen zu dem Ergebnis, dass der Schneckengang (Ductus cholearis) im Innenohr relativ verlängert war, das entspricht den Verhältnissen anderer Archosauromorphen (Dinosaurier, Pterosaurier, Krokodile und ihre nächsten Verwandten) und deutet nach Ansicht der Forscher darauf hin, dass Steneosaurus und eventuell andere Teleosauriden noch auf ihr Gehör an Land angewiesen waren und sich nicht wie die Metriorhynchiden zum Großteil unter Wasser aufgehalten haben.
Außerdem verfügte Steneosaurus offenbar über eine vergrößerte innere Halsschlagader (Arteria carotis interna) und Orbitalarterien. Diese Eigenschaft war bis jetzt nur von den Metriorhynchiden bekannt und tritt auch bei verschiedenen rezenten Wirbeltieren wie Meeresschildkröten oder Seevögeln auf, die ihre Nahrung im oder über dem Meer suchen. Bei diesen Tieren stehen diese vergrößerten Arterien in Verbindung mit sogenannten Salzdrüsen, die das überschüssige Salz aus dem Körper befördern, welches die Tiere durch ihre im Meer lebende Beute zwangsläufig mitaufnehmen. Schon bei den meeresbewohnenden Metriorhynchiden wurde das Vorhandensein solcher Salzdrüsen postuliert und offenbar könnten auch die basaleren Teleosauriden bereits über derartige Drüsen verfügt haben. Ob diese Drüsen ein Phänomen bei den Thalattosuchia sind, das sich erst mit dem (teilweisen) Leben im Meer entwickelt hat oder ob sie schon bei noch früheren Crocodyliformes vorhanden waren, die sich noch zum Großteil an Land aufhielten, lässt sich derzeit nicht bestimmen.
Krokodile und der Mensch
Krokodile wirken oft unheimlich und gefährlich, sind aber sehr geschickte Jäger. Doch normalerweise meiden Krokodile Menschen und ziehen sich vor ihnen zurück. Über das soziale Leben der Krokodile ist nur wenig bekannt. Erwachsene Krokodile haben in der Natur keine Feinde. Viele Arten, wie etwa der Mississippi-Alligator waren durch die Jagd um das Jahr 1900 sehr gefährdet. Kleinere Arten werden manchmal auch als Heimtiere gehalten - zum Beispiel das relativ kleine Stumpfkrokodil.