Undersøgelse viser, at enorme pansrede dinosaurer kæmpede mod overophedning med nasal aircondition

At være en gigantisk dinosaur gav nogle udfordringer, såsom overophedning i kridtsolen og stegning af din hjerne. Forskere fra Ohio University og NYITCOM i Arkansas State viser i en ny artikel i PLOS ET at de tungt pansrede, køllehalede ankylosaurer havde et indbygget klimaanlæg i trynen.

"De enorme kroppe, som vi ser i de fleste dinosaurer, må være blevet rigtig varme i varme mesozoiske klimaer, " sagde Jason Bourke, Adjunkt ved New York Institute of Technology College of Osteopathic Medicine i Arkansas State og hovedforfatter af undersøgelsen. "Hjerner kan ikke lide det, så vi ville se, om der var måder at beskytte hjernen mod madlavning. Det viser sig, at næsen kan være nøglen."

Bourke og holdet brugte CT-scanning og en kraftfuld ingeniørtilgang kaldet computational fluid dynamics til at simulere, hvordan luft bevægede sig gennem næsepassagerne hos to forskellige ankylosaurarter, Panoplosaurus på størrelse med flodheste og Euoplocephalus på størrelse med næsehorn, at teste, hvor godt ankylosaur-næser overførte varme fra kroppen til den indåndede luft.

"For et årti siden, min kollega Ryan Ridgely og jeg offentliggjorde opdagelsen af, at ankylosaurer havde sindssygt lange næsepassager viklet op i deres tryner, " sagde undersøgelsens medforfatter Lawrence Witmer, professor ved Ohio University Heritage College of Osteopathic Medicine. "Disse indviklede luftveje lignede et barns 'crazy-halm!' Det var fuldstændig uventet og råbte på forklaring. Jeg var begejstret, da Jason tog problemet op som en del af sin doktorgradsforskning i vores laboratorium."

"Dette projekt er et glimrende eksempel på, hvordan fremskridt inden for CT-scanning, 3D rekonstruktion, billeddannelse, og beregningsmæssig fluiddynamikmodellering kan bruges i biologisk forskning til at teste langvarige hypoteser, " sagde Kathy Dickson, en programmedarbejder ved National Science Foundation, der finansierede forskningen. "Fra disse nye billeder og modeller, fossiler kan give yderligere indsigt i uddøde organismer som ankylosauren - i dette tilfælde, tilbyder en forklaring på, hvordan usædvanlige træk faktisk fungerer fysiologisk."

Lugt kan være en primær funktion af næsen, men næser er også varmevekslere, sørge for, at luften opvarmes og befugtes, inden den når vores sarte lunger. For at opnå denne effektive aircondition, fugle og pattedyr, inklusive mennesker, stole på tynde krøller af knogler og brusk i deres næsehuler kaldet turbinater, som øger overfladearealet, tillader luft at komme i kontakt med flere af næsevæggene. "Ankylosaurer havde ikke turbinater, men i stedet gjorde deres næser meget lange og snoede, sagde Bourke.

Da forskerne sammenlignede deres resultater med data fra levende dyr, de opdagede, at dinosaurernes næser var lige så effektive til at opvarme og afkøle den respirerede luft. "Dette var et tilfælde af, at naturen fandt en anden løsning på det samme problem, sagde Bourke.

Hvor lange var disse næsepassager? I Panoplosaurus, de var en smule længere end selve kraniet og i Euoplocephalus var de næsten dobbelt så lange som kraniet, derfor er de viklet op i snuden. For at se, om længden af ​​næsepassagen var årsagen til denne effektivitet, Bourke kørte alternative modeller med kortere, enklere næsepassager, der løb direkte fra næseboret til halsen, som hos de fleste andre dyr. Resultaterne viste tydeligt, at næselængde faktisk var nøglen til deres aircondition-evne. "Da vi stak en kort, simpel næse i deres tryner, varmeoverførselsraterne faldt med over 50 procent i begge dinosaurer. De var mindre effektive og virkede ikke særlig godt, sagde Bourke.

Et andet bevis på, at disse næser var klimaanlæg, der hjalp med at afkøle hjernen, kom fra analyser af blodgennemstrømningen.

"Da vi rekonstruerede blodkarrene, baseret på knoglede riller og kanaler, vi fandt en rig blodforsyning, der løber lige ved siden af ​​disse indviklede næsepassager, " sagde Ruger Porter, underviser ved Ohio University Heritage College of Osteopathic Medicine og en af ​​undersøgelsens medforfattere. "Varmt blod fra kroppens kerne ville rejse gennem disse blodkar og overføre deres varme til den indkommende luft. Samtidig, fordampning af fugt i de lange næsegange afkølede det venøse blod, der var bestemt til hjernen."

Så hvorfor behovet for så effektive varmevekslere? De store kroppe af Panoplosaurus og Euoplocephalus var rigtig gode til at holde på varmen, som er god til at holde sig varm, men dårligt når dyrene skal køles af. Dette varmetabsproblem ville have sat dem i risiko for overophedning selv på overskyede dage. I mangel af en beskyttelsesmekanisme, det sarte neurale væv i hjernen kan blive beskadiget af det varme blod fra kroppens kerne.

"Jo da, deres hjerner var næsten komisk små, " sagde Bourke. "Men de er stadig deres hjerner og havde brug for beskyttelse."

De komplicerede nasale luftveje hos disse dinosaurer fungerede som radiatorer for at køle hjernen ned med en konstant strøm af afkølet veneblod, så de kan holde hovedet koldt hele tiden. Denne naturlige ingeniørkunst kan også have tilladt udviklingen af ​​så mange dinosaurers store størrelser.

"Når vi ser på næsehulen og luftvejene hos dinosaurer, vi finder, at de mest udførlige næser findes hos de store dinosaurarter, hvilket tyder på, at de fysiologiske belastninger af stor kropsstørrelse kan have ansporet nogle af disse anatomiske nyheder til at hjælpe med at regulere hjernetemperaturer, " sagde Witmer.

Det næste skridt for forskerne er at undersøge andre dinosaurer for at afgøre, hvornår denne næseforstørrelse skete.

"Vi ved, at store dinosaurer havde disse skøre luftveje, men ved præcis hvilken størrelse skete dette?" sagde Bourke. "Var denne uddybning gradvis, efterhånden som kropsstørrelsen voksede, eller er der en tærskelstørrelse, hvor en løbenæse ikke længere kan gøre arbejdet? Vi ved det bare ikke endnu."