Ny undersøgelse viser, at enorme dinosaurer har udviklet forskellige kølesystemer for at bekæmpe hedeslag

Forskellige dinosaurgrupper udviklede uafhængigt gigantiske kropsstørrelser, men de stod alle over for de samme problemer med overophedning og beskadigelse af deres hjerner. Forskere fra Ohio University's Heritage College of Osteopathic Medicine viser i en ny artikel i Anatomisk optegnelse at forskellige gigantiske dinosaurer løste problemet på forskellige måder, udvikler forskellige kølesystemer i forskellige dele af hovedet.

"Hjernen og sanseorganerne som øjet er meget følsomme over for temperatur, " sagde Ruger Porter, Adjunkt i anatomisk undervisning og hovedforfatter af undersøgelsen. "Dyr i dag har ofte omfattende termoreguleringsstrategier til at beskytte disse væv ved at transportere varmt og køligt blod rundt i forskellige netværk af blodkar. Vi ønskede at se, om dinosaurer gjorde de samme ting."

Mange af de berømte gigantiske dinosaurer - såsom de langhalsede sauropoder eller pansrede ankylosaurer - udviklede faktisk disse store kroppe uafhængigt af forfædre med mindre krop. "Små dinosaurer kunne bare have løbet ind i skyggen for at køle af, " sagde undersøgelsens medforfatter professor Lawrence Witmer, "men for de kæmpe dinosaurer, potentialet for overophedning var bogstaveligt talt uundgåeligt. De må have haft specielle mekanismer til at kontrollere hjernetemperaturen, men hvad var de?"

Svaret viste sig at være baseret i fysik, men stadig en del af vores hverdagsoplevelse. "En af de bedste måder at køle tingene på er med fordampning, " sagde Porter. "Airconditionanlæggene i bygninger og biler bruger fordampning, og det er den fordampende afkøling af sved, der holder os godt tilpas om sommeren. For at afkøle hjernen, vi kiggede til de anatomiske steder, hvor der er fugt for at tillade fordampningsafkøling, såsom øjnene og især næsehulen og munden."

For at teste den idé, holdet kiggede på nutidens slægtninge til dinosaurer - fugle og krybdyr - hvor undersøgelser faktisk viste, at fordampning af fugt i næsen, mund, og øjne afkølede blodet på vej til hjernen.

Porter og Witmer opnåede kadavere af fugle og krybdyr, der var døde af naturlige årsager, fra zoologiske haver og dyrelivsrehabiliteringsfaciliteter. Ved at bruge en teknik udviklet i Witmers laboratorium, der tillader arterier og vener at dukke op i CT-scanninger, de var i stand til at spore blodstrømmen fra steder med fordampningskøling til hjernen. De målte også præcist de benede kanaler og riller, der transporterede blodkarrene.

"Det praktiske ved blodkar er, at de dybest set skriver deres tilstedeværelse ind i knoglerne, " sagde Porter. "De knoglede kanaler og riller, som vi ser i nutidens fugle og krybdyr, er vores link til dinosaurfossilerne. Vi kan bruge dette knoglebevis til at genoprette blodgennemstrømningsmønstrene i uddøde dinosaurer og forhåbentlig få et indblik i deres termiske fysiologi, og hvordan de håndterede varme."

"Opdagelsen af, at forskellige dinosaurer afkølede deres hjerner på en række forskellige måder, giver ikke kun et vindue ind i dinosaurernes hverdag, den tjener også som et eksempel på, hvordan de fysiske begrænsninger, der pålægges af specifikke miljøforhold, har formet udviklingen af ​​denne mangfoldige og unikke gruppe, " sagde Sharon Swartz, en programdirektør ved National Science Foundation, som finansierede forskningen. "Ved at bruge en kombination af teknologisk innovation og biologisk ekspertise, disse forskere var i stand til at tage en direkte læsning fra fossiloptegnelsen, der giver nye spor om, hvordan dinosaurs skeletform og funktion udviklede sig."

Dette hold af nuværende og tidligere medlemmer af WitmerLab ved Ohio University har tidligere set på andre tilfælde af dinosaurfysiologi. I 2014 og 2018 tidligere doktorand Jason Bourke ledede projekter, der involverede Porter og Witmer om vejrtrækning og varmeudveksling hos pachycephalosaurer og ankylosaurer, henholdsvis. Seneste, tidligere laboratoriedoktorand Casey Holliday ledede et projekt sammen med Porter og Witmer, der udforskede blodkar på kraniet af T. rex og andre dinosaurer, som også kunne have haft en termoregulerende funktion.

Den nye undersøgelse af Porter og Witmer er en mere ekspansiv, kvantitativ undersøgelse, der viser, at "én størrelse ikke passede alle" med hensyn til, hvordan store dinosaurer holdt deres hjerner kolde. Det er, de havde forskellige termoreguleringsstrategier. Forskerne kiggede på knoglekanalstørrelser i dinosaurerne for at vurdere den relative betydning af de forskellige steder med fordampningskøling baseret på, hvor meget blod der strømmede gennem dem.

En nøglefaktor viste sig at være kropsstørrelse. Mindre dinosaurer, såsom pachycephalosauren Stegoceras på størrelse med ged, havde et meget afbalanceret vaskulært mønster, hvor ingen enkelt køleregion blev særlig fremhævet. "Det giver fysiologisk mening, fordi mindre dinosaurer har mindre problemer med overophedning, " sagde Porter. "Men giganter som sauropoder og ankylosaurer øgede blodgennemstrømningen til bestemte kølende områder af hovedet langt ud over, hvad der var nødvendigt for blot at nære vævene." Dette ubalancerede vaskulære mønster gjorde det muligt for store dinosaurers termiske strategier at være mere fokuserede, fremhæve et eller flere køleområder.

Men selvom sauropoder som Diplodocus og Camarasaurus og ankylosaurer som Euoplocephalus alle havde ubalancerede vaskulære mønstre, der understregede visse kølende områder, de var stadig forskellige. Sauropoder fremhævede både næsehulen og munden som kølende områder, hvorimod ankylosaurerne kun fremhævede næsen. "Det er muligt, at sauropoder var så store - ofte vejede dusinvis af tons - at de var nødt til at rekruttere munden som et køleområde i tider med varmestress, " sagde Porter. "Pustende sauropoder kan have været et almindeligt syn!"

Et problem, som forskerne stødte på, var, at mange af theropod-dinosaurerne – såsom den 10 tons tunge T. rex – også var gigantiske, men den kvantitative analyse viste, at de havde et afbalanceret vaskulært mønster, som de små dinosaurer.

"This finding had us scratching our heads until we noticed the obvious difference—theropods like Majungasaurus and T. rex had a huge air sinus in their snouts, " Witmer said. Looking closer, the researchers discovered bony evidence that this antorbital air sinus was richly supplied with blood vessels. Witmer had previously shown that air circulated through the antorbital air sinus like a bellows pump every time the animal opened and closed its mouth. "Boom! An actively ventilated, highlyvascular sinus meant that we had another potential cooling region. Theropod dinosaurs solved the same problem...but in a different way, " concluded Witmer.

The researchers are now expanding the project to include other dinosaur groups such as duck-billed hadrosaurs and horned ceratopsians like Triceratops to explore how thermoregulatory strategies varied among other dinosaurs and how these strategies may have influenced their behavior and even their preferred habitats.