Een gigantische dinosaurus zijn, bood een aantal uitdagingen, zoals oververhitting in de Krijt-zon en het braden van je hersenen. Onderzoekers van de Ohio University en NYITCOM in de staat Arkansas tonen in een nieuw artikel in PLOS EEN dat de zwaar gepantserde, Knotstaartankylosauriërs hadden een ingebouwde airconditioner in hun snuit.

"De enorme lichamen die we in de meeste dinosauriërs zien, moeten erg heet zijn geworden in warme Mesozoïcum klimaten, " zei Jason Bourke, Universitair docent aan het New York Institute of Technology College of Osteopathic Medicine in de staat Arkansas en hoofdauteur van de studie. "Hersenen houden daar niet van, dus we wilden zien of er manieren waren om de hersenen te beschermen tegen koken. Het blijkt dat de neus de sleutel kan zijn."

Bourke en het team gebruikten CT-scanning en een krachtige technische benadering, computationele vloeistofdynamica genaamd, om te simuleren hoe lucht door de neusholtes van twee verschillende ankylosaurische soorten bewoog, de Panoplosaurus ter grootte van een nijlpaard en de grotere Euoplocephalus ter grootte van een neushoorn, om te testen hoe goed ankylosaureuze neuzen warmte van het lichaam naar de ingeademde lucht brachten.

"Een decennium geleden, mijn collega Ryan Ridgely en ik publiceerden de ontdekking dat ankylosauriërs waanzinnig lange neusgangen in hun snuit hadden, " zei co-auteur van de studie, Lawrence Witmer, professor aan de Ohio University Heritage College of Osteopathic Medicine. "Deze ingewikkelde luchtwegen zagen eruit als het 'gekke stro' van een kind! Het was volkomen onverwacht en schreeuwde om uitleg. Ik was opgewonden toen Jason het probleem opnam als onderdeel van zijn promotieonderzoek in ons lab."

"Dit project is een uitstekend voorbeeld van hoe vooruitgang in CT-scanning, 3D-reconstructie, in beeld brengen, en computationele vloeistofdynamica-modellering kan worden gebruikt in biologisch onderzoek om al lang bestaande hypothesen te testen, " zei Kathy Dickson, een programmamedewerker bij de National Science Foundation die het onderzoek financierde. "Van deze nieuwe afbeeldingen en modellen, fossielen kunnen meer inzicht geven in uitgestorven organismen zoals de ankylosauriër - in dit geval het aanbieden van een verklaring van hoe ongebruikelijke kenmerken fysiologisch functioneren."

Geur kan een primaire functie van de neus zijn, maar neuzen zijn ook warmtewisselaars, ervoor te zorgen dat de lucht wordt opgewarmd en bevochtigd voordat deze onze gevoelige longen bereikt. Om deze effectieve airconditioning te bereiken, vogels en zoogdieren, inclusief mensen, vertrouwen op dunne krullen van bot en kraakbeen in hun neusholten genaamd turbinates, die het oppervlak vergroten, waardoor lucht in contact kan komen met meer van de neuswanden. "Ankylosauriërs hadden geen neusschelpen, maar in plaats daarvan maakten ze hun neuzen erg lang en bochtig, ' zei Bourke.

Toen de onderzoekers hun bevindingen vergeleken met gegevens van levende dieren, ze ontdekten dat de neuzen van de dinosauriërs net zo efficiënt waren in het verwarmen en koelen van ingeademde lucht. "Dit was een geval van natuur die een andere oplossing voor hetzelfde probleem vond, ' zei Bourke.

Hoe lang waren deze neuspassages precies? Bij Panoplosaurus, ze waren iets langer dan de schedel zelf en bij Euoplocephalus waren ze bijna twee keer zo lang als de schedel, daarom zijn ze opgerold in de snuit. Om te zien of de lengte van de neusholte de reden was voor deze efficiëntie, Bourke had alternatieve modellen met kortere, eenvoudiger neusgangen die rechtstreeks van het neusgat naar de keel liepen, zoals bij de meeste andere dieren. De resultaten toonden duidelijk aan dat de neuslengte inderdaad de sleutel was tot hun airconditioningvermogen. "Toen we een kortsluiting hadden, simpele neus in hun snuit, de warmteoverdrachtssnelheden daalden met meer dan 50 procent bij beide dinosaurussen. Ze waren minder efficiënt en werkten niet erg goed, ' zei Bourke.

Een andere bewijslijn dat deze neuzen airconditioners waren die hielpen om de hersenen te koelen, kwamen uit analyses van de bloedstroom.

"Toen we de bloedvaten reconstrueerden, gebaseerd op benige groeven en kanalen, we vonden een rijke bloedtoevoer vlak naast deze ingewikkelde neusgangen, " zei Ruger Porter, docent aan het Ohio University Heritage College of Osteopathic Medicine en een van de co-auteurs van de studie. "Heet bloed uit de lichaamskern zou door deze bloedvaten reizen en hun warmte overdragen aan de binnenkomende lucht. Tegelijkertijd, verdamping van vocht in de lange neusgangen koelde het veneuze bloed dat bestemd was voor de hersenen."

Dus waarom de behoefte aan zulke effectieve warmtewisselaars? De grote lichamen van Panoplosaurus en Euoplocephalus waren erg goed in het vasthouden van warmte, wat goed is om warm te blijven, maar slecht als de dieren moeten afkoelen. Door dit warmteafvoerprobleem zouden ze zelfs op bewolkte dagen het risico lopen oververhit te raken. Bij gebrek aan een beschermend mechanisme, het delicate zenuwweefsel van de hersenen kan worden beschadigd door het hete bloed uit de lichaamskern.

"Zeker wel, hun hersenen waren bijna komisch klein, "Zei Bourke. "Maar ze zijn nog steeds hun hersens en hadden bescherming nodig."

De gecompliceerde nasale luchtwegen van deze dinosauriërs fungeerden als radiatoren om de hersenen af ​​te koelen met een constante stroom van gekoeld veneus bloed, waardoor ze te allen tijde het hoofd koel kunnen houden. Deze natuurlijke technische prestatie heeft mogelijk ook de evolutie mogelijk gemaakt van de grote afmetingen van zoveel dinosaurussen.

"Als we kijken naar de neusholte en luchtwegen bij dinosauriërs, we vinden dat de meest uitgebreide neuzen worden gevonden in de grote dinosaurussoorten, wat suggereert dat de fysiologische stress van grote lichaamsgrootte sommige van deze anatomische nieuwigheden ertoe heeft aangezet om de hersentemperatuur te helpen reguleren, ' zei Witmer.

De volgende stap voor de onderzoekers is om andere dinosaurussen te onderzoeken om te bepalen wanneer deze neusvergroting plaatsvond.

"We weten dat grote dinosaurussen deze gekke luchtwegen hadden, maar bij welke grootte gebeurde dit precies?" zei Bourke. "Was deze uitwerking geleidelijk naarmate de lichaamsgrootte toenam, of is er een drempelmaat waarbij een doorsnee neus het werk niet meer kan doen? We weten het gewoon nog niet."