Быть гигантским динозавром сопряжено с некоторыми трудностями, такими как перегрев на солнце мелового периода и поджаривание мозга. Исследователи из Университета Огайо и NYITCOM в штате Арканзас в новой статье в PLOS ONE показали, что у тяжелобронированных анкилозавров с булавохвостыми хвостами в морде был встроен кондиционер.
«Огромные тела, которые мы видим у большинства динозавров, должно быть, сильно нагревались в теплом мезозойском климате», - сказал Джейсон Бурк, доцент Колледжа остеопатической медицины Нью-Йоркского технологического института в штате Арканзас и ведущий автор исследования. изучение.«Мозгу это не нравится, поэтому мы хотели посмотреть, есть ли способы защитить мозг от жарки. Оказывается, ключом может быть нос».
Бурк и его команда использовали компьютерную томографию и мощный инженерный подход, называемый вычислительной гидродинамикой, чтобы смоделировать движение воздуха через носовые ходы двух разных видов анкилозавров, паноплозавра размером с гиппопотама и эуоплоцефала размером с носорога. насколько хорошо носы анкилозавров передавали тепло от тела вдыхаемому воздуху.
«Десять лет назад мой коллега Райан Риджли и я опубликовали открытие о том, что у анкилозавров были безумно длинные носовые ходы, закрученные в их морде», - сказал соавтор исследования Лоуренс Уитмер, профессор Остеопатического колледжа наследия Университета Огайо. Лекарственное средство. «Эти запутанные дыхательные пути выглядели как детская соломинка!» Это было совершенно неожиданно и требовало объяснения. Я был в восторге, когда Джейсон занялся этой проблемой в рамках своего докторского исследования в нашей лаборатории."
«Этот проект является прекрасным примером того, как достижения в области компьютерной томографии, трехмерной реконструкции, визуализации и компьютерного гидродинамического моделирования могут быть использованы в биологических исследованиях для проверки давних гипотез», - сказала Кэти Диксон, сотрудник программы Национального научного фонда, который финансировал исследование. «Из этих новых изображений и моделей окаменелости могут дать более глубокое представление о вымерших организмах, таких как анкилозавр, - в данном случае, предлагая объяснение того, как необычные черты на самом деле функционируют физиологически».
Обоняние может быть основной функцией носа, но носы также являются теплообменниками, обеспечивающими нагрев и увлажнение воздуха, прежде чем он достигнет наших нежных легких. Чтобы обеспечить эффективное кондиционирование воздуха, птицы и млекопитающие, в том числе люди, полагаются на тонкие завитки костей и хрящей в носовых полостях, называемых носовыми раковинами, которые увеличивают площадь поверхности, позволяя воздуху вступать в контакт с большей частью носовых стенок.«У анкилозавров не было носовых раковин, зато носы были очень длинными и извилистыми», - сказал Бурк.
Когда исследователи сравнили свои выводы с данными, полученными от живых животных, они обнаружили, что носы динозавров одинаково эффективно нагревали и охлаждали вдыхаемый воздух. «Это был случай, когда природа нашла другое решение одной и той же проблемы», - сказал Бурк.
Какой длины были эти носовые ходы? У Panoplosaurus они были немного длиннее самого черепа, а у Euoplocephalus они были почти в два раза длиннее черепа, поэтому они свернуты в морду. Чтобы увидеть, является ли длина носовых ходов причиной такой эффективности, Бурк использовал альтернативные модели с более короткими и простыми носовыми ходами, которые шли прямо от ноздри к горлу, как у большинства других животных. Результаты ясно показали, что длина носа действительно была ключом к их способности кондиционирования воздуха. «Когда мы воткнули им в морду короткий простой нос, скорость теплопередачи у обоих динозавров упала более чем на 50 процентов. Они были менее эффективны и работали не очень хорошо», - сказал Бурк.
Другое доказательство того, что эти носы были кондиционерами, которые помогали охлаждать мозг, было получено из анализов кровотока.
«Когда мы реконструировали кровеносные сосуды на основе костных бороздок и каналов, мы обнаружили богатое кровоснабжение, идущее прямо рядом с этими извилистыми носовыми проходами», - сказал Ругер Портер, лектор Колледжа остеопатической медицины Университета Огайо. и один из соавторов исследования. «Горячая кровь из сердцевины тела проходила бы через эти кровеносные сосуды и отдавала бы свое тепло поступающему воздуху. Одновременно испарение влаги в длинных носовых ходах охлаждало венозную кровь, предназначенную для мозга».
Так зачем нужны такие эффективные теплообменники? Большие тела Panoplosaurus и Euoplocephalus действительно хорошо сохраняли тепло, что хорошо для сохранения тепла, но плохо, когда животным нужно остыть. Эта проблема с выделением тепла подвергала бы их риску перегрева даже в пасмурные дни. В отсутствие какого-либо защитного механизма нежная нервная ткань мозга может быть повреждена горячей кровью из ядра тела.
«Конечно, их мозг был почти до смешного маленьким», - сказал Бурк. «Но они все еще их мозги и нуждаются в защите».
Сложные носовые дыхательные пути этих динозавров действовали как радиаторы для охлаждения мозга постоянным потоком охлажденной венозной крови, что позволяло им всегда сохранять хладнокровие. Этот подвиг естественной инженерии также, возможно, позволил эволюционировать таким большим размерам динозавров.
Когда мы смотрим на носовую полость и дыхательные пути у динозавров, мы обнаруживаем, что самые сложные носы находятся у крупных видов динозавров, что позволяет предположить, что физиологические стрессы большого размера тела могли стимулировать некоторые из этих анатомических изменений. новинки, помогающие регулировать температуру мозга», - сказал Уитмер.
Следующим шагом для исследователей является изучение других динозавров, чтобы определить, когда произошло это увеличение носа.
"Мы знаем, что у крупных динозавров были эти сумасшедшие дыхательные пути, но при каком именно размере это происходило?" - сказал Бурк. «Было ли это усовершенствование постепенным по мере увеличения размера тела, или есть пороговый размер, при котором заурядный нос больше не может выполнять эту работу? Мы просто еще не знаем».
Исследование финансировалось за счет грантов Национального научного фонда (NSF) для Уитмера (часть проекта Visible Interactive Dinosaur) и стипендии NSF для Бурка, а также Колледжа остеопатической медицины Университета Огайо.