Verschillende dinosaurusgroepen ontwikkelden onafhankelijk gigantische lichaamsafmetingen, maar ze hadden allemaal te maken met dezelfde problemen van oververhitting en beschadiging van hun hersenen. Onderzoekers van het Heritage College of Osteopathic Medicine van de Ohio University laten zien in een nieuw artikel in de Anatomisch dossier dat verschillende gigantische dinosaurussen het probleem op verschillende manieren hebben opgelost, evoluerende verschillende koelsystemen in verschillende delen van het hoofd.

"De hersenen en zintuigen zoals het oog zijn erg gevoelig voor temperatuur, " zei Ruger Porter, Universitair docent anatomische instructie en hoofdauteur van de studie. "Dieren hebben tegenwoordig vaak uitgebreide thermoregulerende strategieën om deze weefsels te beschermen door heet en koud bloed rond verschillende netwerken van bloedvaten te transporteren. We wilden zien of dinosaurussen dezelfde dingen deden."

Veel van de beroemde gigantische dinosaurussen - zoals de sauropoden met lange nek of gepantserde ankylosauriërs - evolueerden die grote lichamen in feite onafhankelijk van kleinere voorouders. "Kleine dinosaurussen zouden gewoon de schaduw in kunnen rennen om af te koelen, " zei co-auteur van de studie, professor Lawrence Witmer, "maar voor die gigantische dinosaurussen, het potentieel voor oververhitting was letterlijk onontkoombaar. Ze moeten speciale mechanismen hebben gehad om de hersentemperatuur te regelen, maar wat waren dat?"

Het antwoord bleek in de natuurkunde te liggen, maar nog steeds onderdeel van onze dagelijkse ervaring. "Een van de beste manieren om dingen af ​​te koelen is met verdamping, Porter zei. "De airconditioning units in gebouwen en auto's gebruiken verdamping, en het is de verdampingskoeling van zweet die ons in de zomer comfortabel houdt. Om de hersenen te koelen, we hebben gekeken naar de anatomische plaatsen waar vocht is om verdampingskoeling mogelijk te maken, zoals de ogen en vooral de neusholte en mond."

Om dat idee te testen, het team keek naar de hedendaagse verwanten van dinosaurussen - vogels en reptielen - waar studies inderdaad aantoonden dat verdamping van vocht in de neus, mond, en ogen koelden het bloed op weg naar de hersenen.

Porter en Witmer verkregen karkassen van vogels en reptielen die een natuurlijke dood waren gestorven uit dierentuinen en opvangcentra voor wilde dieren. Met behulp van een techniek die is ontwikkeld in het laboratorium van Witmer, waardoor slagaders en aders zichtbaar worden op CT-scans, ze waren in staat om de bloedstroom van de plaatsen van verdampingskoeling naar de hersenen te traceren. Ze maten ook nauwkeurig de benige kanalen en groeven die de bloedvaten transporteerden.

"Het handige van bloedvaten is dat ze hun aanwezigheid in feite in de botten schrijven, Porter zei. "De benige kanalen en groeven die we zien in hedendaagse vogels en reptielen zijn onze link naar de dinosaurusfossielen. We kunnen dit benige bewijs gebruiken om de patronen van de bloedstroom in uitgestorven dinosaurussen te herstellen en hopelijk een glimp op te vangen van hun thermische fysiologie en hoe ze met hitte omgingen."

"De ontdekking dat verschillende dinosaurussen hun hersenen op verschillende manieren koelden, biedt niet alleen een kijkje in het dagelijks leven van dinosaurussen, het dient ook als een voorbeeld van hoe de fysieke beperkingen opgelegd door specifieke omgevingscondities de evolutie van deze diverse en unieke groep hebben gevormd, " zei Sharon Swartz, een programmadirecteur bij de National Science Foundation, die het onderzoek financierde. "Met een combinatie van technologische innovatie en biologische expertise, deze onderzoekers waren in staat om rechtstreeks uit het fossielenbestand te lezen dat nieuwe aanwijzingen geeft over hoe de vorm en functie van het skelet van dinosauriërs is geëvolueerd."

Dit team van huidige en voormalige leden van WitmerLab aan de Universiteit van Ohio heeft eerder gekeken naar andere gevallen van dinosaurusfysiologie. In 2014 en 2018, voormalig doctoraalstudent Jason Bourke leidde projecten waarbij Porter en Witmer betrokken waren over ademhaling en warmte-uitwisseling bij pachycephalosaurussen en ankylosauriërs, respectievelijk. Meest recent, voormalig labdoctoraalstudent Casey Holliday leidde een project met Porter en Witmer dat bloedvaten op het schedeldak van T. rex en andere dinosaurussen onderzocht die ook een thermoregulerende functie hadden.

De nieuwe studie van Porter en Witmer is een meer uitgebreide, kwantitatieve studie die aantoont dat "één maat niet voor iedereen paste" met betrekking tot hoe grote dinosaurussen hun hersenen koel hielden. Dat is, ze hadden verschillende thermoregulerende strategieën. De onderzoekers keken naar de grootte van het benige kanaal bij de dinosauriërs om het relatieve belang van de verschillende plaatsen van verdampingskoeling te beoordelen op basis van hoeveel bloed er doorheen stroomde.

Een belangrijke factor bleek de lichaamsgrootte te zijn. Kleinere dinosaurussen zoals de pachycephalosaurus Stegoceras ter grootte van een geit hadden een zeer uitgebalanceerd vaatpatroon waarbij geen enkel koelgebied in het bijzonder werd benadrukt. "Dat is fysiologisch logisch omdat kleinere dinosaurussen minder problemen hebben met oververhitting, "Zei Porter. "Maar reuzen zoals sauropoden en ankylosauriërs verhoogden de bloedtoevoer naar bepaalde koelgebieden van het hoofd veel verder dan wat nodig was om de weefsels eenvoudig te voeden." Dit onevenwichtige vasculaire patroon zorgde ervoor dat de thermische strategieën van grote dinosaurussen meer gefocust waren, met de nadruk op een of meer koelgebieden.

Maar hoewel sauropoden zoals Diplodocus en Camarasaurus en ankylosauriërs zoals Euoplocephalus allemaal onevenwichtige vasculaire patronen hadden die bepaalde koelgebieden benadrukten, ze verschilden nog steeds. Sauropoden benadrukten zowel de neusholte als de mond als verkoelende gebieden, terwijl ankylosauriërs alleen de neus benadrukten. "Het is mogelijk dat sauropoden zo groot waren - vaak tientallen tonnen wegend - dat ze de mond moesten gebruiken als koelgebied in tijden van hittestress, ' zei Porter. 'Hijgende sauropoden is misschien een gewoon gezicht geweest!'

Een probleem dat de onderzoekers tegenkwamen, was dat veel van de theropode dinosaurussen - zoals de 10 ton wegende T. rex - ook gigantisch waren, maar de kwantitatieve analyse toonde aan dat ze een uitgebalanceerd vasculair patroon hadden, zoals de kleine dinosaurussen.

"Deze bevinding zorgde ervoor dat we ons hoofd krabden totdat we het duidelijke verschil opmerkten - theropoden zoals Majungasaurus en T. rex hadden een enorme luchtsinus in hun snuit, ' zei Witmer. Dichterbij kijkend, 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.