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巨型装甲恐龙对抗鼻腔空调过热

导读作为一只巨大的恐龙会带来一些挑战,比如白垩纪的太阳会让你的大脑过热和油炸。来自俄亥俄州大学和阿肯色州纽约州立大学的研究人员在《PLOS

作为一只巨大的恐龙会带来一些挑战,比如白垩纪的太阳会让你的大脑过热和油炸。来自俄亥俄州大学和阿肯色州纽约州立大学的研究人员在《PLOS一号》的一篇新文章中显示,这位全副武装、长尾舒适男的鼻子装有内置空调。

“我们在大多数恐龙身上看到的巨大尸体,一定是在温暖的中生代气候中变得非常热,”该研究的主要作者、纽约理工学院纽约理工学院助理教授杰森伯克(Jason Bourke)说。“大脑不喜欢这样,所以我们想知道有没有办法保护大脑不被烹饪。原来,鼻子可能是关键。”

Bourke和他的团队使用CT扫描和一种叫做计算流体动力学的强大工程方法来模拟空气是如何通过两种不同种类甲龙的鼻腔的,这两种甲龙分别是河马大小的全倍龙和犀牛大小的真鲷,以测试甲龙的转移程度。热量从身体散发到吸入的空气中。

该研究的合著者、俄亥俄大学骨科学院遗传学院教授劳伦斯威特默(Lawrence witmer)说:“十年前,我和同事瑞安里斯利(Ryan Ricsli)发表了一项发现,他们的鼻子和甲状腺中有长长的鼻腔通道。“这些错综复杂的气道看起来像是孩子的‘疯狂的稻草’!”这完全出乎意料,大声解释。当杰森把这个问题作为我们实验室博士研究的一部分时,我非常兴奋。"

国家项目官员凯西迪克森(Kathy Dickson)说:“这个项目是一个很好的例子,说明了如何将ct扫描、3D重建、成像和计算流体动力学建模方面的进展应用于生物研究,以检验长期存在的假设。资助这项研究的科学基金会。“从这些新的图像和模型中,化石可以进一步洞察已经灭绝的生物,比如甲龙——在这种情况下,它提供了一种实用的生理功能来解释异常特征。”

嗅觉可能是鼻子的主要功能,但鼻子也是一个热交换器,确保空气在到达我们脆弱的肺部之前得到加热和加湿。为了实现这种有效的空气调节,鸟类和哺乳动物(包括人类)依靠鼻腔中称为鼻甲的骨和软骨的薄卷曲,这增加了表面积,并允许空气与更多的鼻壁接触。伯克说:“甲龙没有鼻甲,只有一个又长又弯曲的鼻子。

当研究人员将他们的发现与活体动物的数据进行比较时,他们发现恐龙的鼻子在加热和冷却呼吸空气方面同样有效。伯克说:“这是一个自然为同一个问题找到不同解决方案的案例。

这些鼻腔有多长?在全倍龙中,它们比头骨本身长,在真鲷中,它们几乎是头骨的两倍大,这就是它们在鼻子里卷起的原因。为了确定鼻道的长度是否是这种效率的原因,Bourke采用了一种更短、更简单的替代鼻道模型,它直接从鼻孔到喉咙,就像大多数其他动物一样。结果清楚地表明,鼻子的长度确实是他们空调能力的关键。“当我们在它们的鼻子里插入一个又短又简单的鼻子时,两只恐龙的传热率都下降了50%以上。他们效率低下,效率低下,”伯克说。

另一个证据表明,这些鼻子是空调,有助于通过血液流动分析来冷却大脑。

“当我们根据骨沟和根管重建血管时,我们发现在这些复杂的鼻腔通道旁边有丰富的血液供应,”俄亥俄大学骨科医学院遗产学院讲师、该研究的研究人员之一Rujiebote说。合著者“来自身体核心的血液将通过这些血管,并将热量传递给进入的空气。与此同时,长鼻腔内水分的蒸发,冷却了流向大脑的静脉血。”

那么为什么需要这么有效的换热器呢?全倍体龙和真鲷的大身体非常善于保温,有利于保暖,但在动物需要降温的时候就不好了。即使在阴天,这种散热问题也会使它们面临过热的风险。如果没有一些保护机制,大脑脆弱的神经组织可能会被身体核心的温暖血液损坏。

“当然,他们的大脑几乎不能笑,”伯克说。“但它们仍然是自己的大脑,需要保护。”

这些恐龙复杂的鼻气道就像一个散热器,通过不断冷却静脉血流来冷却大脑,让它们的头部始终保持凉爽。这种自然工程技术也可能改变许多恐龙的体型。

Vitmer说:“当我们观察恐龙的鼻腔和气道时,我们发现在大型恐龙物种中发现了最精致的鼻子,这表明大型恐龙的生理压力可能会刺激这些解剖学上的新奇事物中的一些,以帮助调节大脑温度。

研究人员的下一步是检查其他恐龙,以确定鼻腔扩大何时发生。

“我们知道大型恐龙有这些疯狂的气道,但这种情况有多大?”伯克说。“随着体型的增大,这种细化是逐渐增大,还是有一个普通鼻子完成不了的阈值尺寸?我们还不知道。”

该研究由美国国家科学基金会(NSF)Witmer(Witmer(可视互动恐龙项目)的一部分)、NSF和Bourke奖学金以及俄亥俄大学骨科医学院遗产学院资助。

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