作為一只巨大的恐龍會(huì)帶來(lái)一些挑戰(zhàn)，比如白堊紀(jì)的太陽(yáng)會(huì)讓你的大腦過(guò)熱和油炸。來(lái)自俄亥俄州大學(xué)和阿肯色州紐約州立大學(xué)的研究人員在《PLOS一號(hào)》的一篇新文章中顯示，這位全副武裝、長(zhǎng)尾舒適男的鼻子裝有內(nèi)置空調(diào)。
“我們?cè)诖蠖鄶?shù)恐龍身上看到的巨大尸體，一定是在溫暖的中生代氣候中變得非常熱，”該研究的主要作者、紐約理工學(xué)院紐約理工學(xué)院助理教授杰森伯克(Jason Bourke)說(shuō)?！按竽X不喜歡這樣，所以我們想知道有沒(méi)有辦法保護(hù)大腦不被烹飪。原來(lái)，鼻子可能是關(guān)鍵?！?
Bourke和他的團(tuán)隊(duì)使用CT掃描和一種叫做計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)的強(qiáng)大工程方法來(lái)模擬空氣是如何通過(guò)兩種不同種類甲龍的鼻腔的，這兩種甲龍分別是河馬大小的全倍龍和犀牛大小的真鯛，以測(cè)試甲龍的轉(zhuǎn)移程度。熱量從身體散發(fā)到吸入的空氣中。
該研究的合著者、俄亥俄大學(xué)骨科學(xué)院遺傳學(xué)院教授勞倫斯威特默(Lawrence witmer)說(shuō)：“十年前，我和同事瑞安里斯利(Ryan Ricsli)發(fā)表了一項(xiàng)發(fā)現(xiàn)，他們的鼻子和甲狀腺中有長(zhǎng)長(zhǎng)的鼻腔通道?！斑@些錯(cuò)綜復(fù)雜的氣道看起來(lái)像是孩子的‘瘋狂的稻草’！”這完全出乎意料，大聲解釋。當(dāng)杰森把這個(gè)問(wèn)題作為我們實(shí)驗(yàn)室博士研究的一部分時(shí)，我非常興奮。"
國(guó)家項(xiàng)目官員凱西迪克森(Kathy Dickson)說(shuō)：“這個(gè)項(xiàng)目是一個(gè)很好的例子，說(shuō)明了如何將ct掃描、3D重建、成像和計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)建模方面的進(jìn)展應(yīng)用于生物研究，以檢驗(yàn)長(zhǎng)期存在的假設(shè)。資助這項(xiàng)研究的科學(xué)基金會(huì)?！皬倪@些新的圖像和模型中，化石可以進(jìn)一步洞察已經(jīng)滅絕的生物，比如甲龍——在這種情況下，它提供了一種實(shí)用的生理功能來(lái)解釋異常特征。”
嗅覺(jué)可能是鼻子的主要功能，但鼻子也是一個(gè)熱交換器，確?？諝庠诘竭_(dá)我們脆弱的肺部之前得到加熱和加濕。為了實(shí)現(xiàn)這種有效的空氣調(diào)節(jié)，鳥類和哺乳動(dòng)物(包括人類)依靠鼻腔中稱為鼻甲的骨和軟骨的薄卷曲，這增加了表面積，并允許空氣與更多的鼻壁接觸。伯克說(shuō)：“甲龍沒(méi)有鼻甲，只有一個(gè)又長(zhǎng)又彎曲的鼻子。
當(dāng)研究人員將他們的發(fā)現(xiàn)與活體動(dòng)物的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)恐龍的鼻子在加熱和冷卻呼吸空氣方面同樣有效。伯克說(shuō)：“這是一個(gè)自然為同一個(gè)問(wèn)題找到不同解決方案的案例。
這些鼻腔有多長(zhǎng)？在全倍龍中，它們比頭骨本身長(zhǎng)，在真鯛中，它們幾乎是頭骨的兩倍大，這就是它們?cè)诒亲永锞砥鸬脑?。為了確定鼻道的長(zhǎng)度是否是這種效率的原因，Bourke采用了一種更短、更簡(jiǎn)單的替代鼻道模型，它直接從鼻孔到喉嚨，就像大多數(shù)其他動(dòng)物一樣。結(jié)果清楚地表明，鼻子的長(zhǎng)度確實(shí)是他們空調(diào)能力的關(guān)鍵。“當(dāng)我們?cè)谒鼈兊谋亲永锊迦胍粋€(gè)又短又簡(jiǎn)單的鼻子時(shí)，兩只恐龍的傳熱率都下降了50%以上。他們效率低下，效率低下，”伯克說(shuō)。
另一個(gè)證據(jù)表明，這些鼻子是空調(diào)，有助于通過(guò)血液流動(dòng)分析來(lái)冷卻大腦。
“當(dāng)我們根據(jù)骨溝和根管重建血管時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)在這些復(fù)雜的鼻腔通道旁邊有豐富的血液供應(yīng)，”俄亥俄大學(xué)骨科醫(yī)學(xué)院遺產(chǎn)學(xué)院講師、該研究的研究人員之一Rujiebote說(shuō)。合著者“來(lái)自身體核心的血液將通過(guò)這些血管，并將熱量傳遞給進(jìn)入的空氣。與此同時(shí)，長(zhǎng)鼻腔內(nèi)水分的蒸發(fā)，冷卻了流向大腦的靜脈血?！?
那么為什么需要這么有效的換熱器呢？全倍體龍和真鯛的大身體非常善于保溫，有利于保暖，但在動(dòng)物需要降溫的時(shí)候就不好了。即使在陰天，這種散熱問(wèn)題也會(huì)使它們面臨過(guò)熱的風(fēng)險(xiǎn)。如果沒(méi)有一些保護(hù)機(jī)制，大腦脆弱的神經(jīng)組織可能會(huì)被身體核心的溫暖血液損壞。
“當(dāng)然，他們的大腦幾乎不能笑，”伯克說(shuō)?！暗鼈?nèi)匀皇亲约旱拇竽X，需要保護(hù)?！?
這些恐龍復(fù)雜的鼻氣道就像一個(gè)散熱器，通過(guò)不斷冷卻靜脈血流來(lái)冷卻大腦，讓它們的頭部始終保持涼爽。這種自然工程技術(shù)也可能改變?cè)S多恐龍的體型。
Vitmer說(shuō)：“當(dāng)我們觀察恐龍的鼻腔和氣道時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)在大型恐龍物種中發(fā)現(xiàn)了最精致的鼻子，這表明大型恐龍的生理壓力可能會(huì)刺激這些解剖學(xué)上的新奇事物中的一些，以幫助調(diào)節(jié)大腦溫度。
研究人員的下一步是檢查其他恐龍，以確定鼻腔擴(kuò)大何時(shí)發(fā)生。
“我們知道大型恐龍有這些瘋狂的氣道，但這種情況有多大？”伯克說(shuō)?！半S著體型的增大，這種細(xì)化是逐漸增大，還是有一個(gè)普通鼻子完成不了的閾值尺寸？我們還不知道?！?
該研究由美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)(NSF)Witmer(Witmer(可視互動(dòng)恐龍項(xiàng)目)的一部分)、NSF和Bourke獎(jiǎng)學(xué)金以及俄亥俄大學(xué)骨科醫(yī)學(xué)院遺產(chǎn)學(xué)院資助。
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