Att vara en gigantisk dinosaurie gav några utmaningar, som överhettning i kritasolen och steka din hjärna. Forskare från Ohio University och NYITCOM i Arkansas State visar i en ny artikel i PLOS ETT att de tungt bepansrade, klubbstjärtade ankylosaurier hade en inbyggd luftkonditionering i nosen.

"De enorma kropparna som vi ser i de flesta dinosaurier måste ha blivit riktigt varma i varma mesozoiska klimat, sa Jason Bourke, Biträdande professor vid New York Institute of Technology College of Osteopathic Medicine i Arkansas State och huvudförfattare till studien. "Hjärnor gillar inte det, så vi ville se om det fanns sätt att skydda hjärnan från matlagning. Det visar sig att näsan kan vara nyckeln."

Bourke och teamet använde CT-skanning och en kraftfull teknisk metod som kallas beräkningsvätskedynamik för att simulera hur luft rörde sig genom näspassagerna hos två olika ankylosaurier, Panoplosaurus i flodhäststorlek och Euoplocephalus i större noshörning, för att testa hur väl ankylosaurnäsor överförde värme från kroppen till inandningsluften.

"För ett decennium sedan, min kollega Ryan Ridgely och jag publicerade upptäckten att ankylosaurier hade vansinnigt långa näsgångar som rullade ihop sig i nosen, " sa studiens medförfattare Lawrence Witmer, professor vid Ohio University Heritage College of Osteopathic Medicine. "Dessa invecklade luftvägar såg ut som ett barns "galna halm!" Det var helt oväntat och ropade på förklaring. Jag blev glad när Jason tog upp problemet som en del av sin doktorandforskning i vårt labb."

"Detta projekt är ett utmärkt exempel på hur framsteg inom CT-skanning, 3D-rekonstruktion, bildbehandling, och beräkningsbaserad vätskedynamikmodellering kan användas i biologisk forskning för att testa långvariga hypoteser, sa Kathy Dickson, en programansvarig vid National Science Foundation som finansierade forskningen. "Från dessa nya bilder och modeller, fossiler kan ge ytterligare insikt om utdöda organismer som ankylosauren - i det här fallet, ger en förklaring av hur ovanliga egenskaper faktiskt fungerar fysiologiskt."

Lukt kan vara en primär funktion av näsan, men näsor är också värmeväxlare, se till att luften värms upp och fuktas innan den når våra ömtåliga lungor. För att åstadkomma denna effektiva luftkonditionering, fåglar och däggdjur, inklusive människor, förlita sig på tunna krullar av ben och brosk i sina näshålor som kallas turbinater, som ökar ytan, tillåter luft att komma i kontakt med fler av näsväggarna. "Ankylosaurier hade inte turbinater, men istället gjorde deras näsor väldigt långa och snodda, sa Bourke.

När forskarna jämförde sina fynd med data från levande djur, de upptäckte att dinosauriernas näsor var lika effektiva för att värma och kyla andningsluften. "Det här var ett fall där naturen hittade en annan lösning på samma problem, sa Bourke.

Hur långa var dessa näsgångar? I Panoplosaurus, de var lite längre än själva skallen och i Euoplocephalus var de nästan dubbelt så långa som skallen, det är därför de är ihoprullade i nosen. För att se om näspassagelängden var orsaken till denna effektivitet, Bourke körde alternativa modeller med kortare, enklare näsgångar som löper direkt från näsborren till halsen, som hos de flesta andra djur. Resultaten visade tydligt att noslängden verkligen var nyckeln till deras luftkonditioneringsförmåga. "När vi fastnade en kort, enkel näsa i nosen, Värmeöverföringshastigheterna sjönk med över 50 procent i båda dinosaurierna. De var mindre effektiva och fungerade inte särskilt bra, sa Bourke.

Ett annat bevis på att dessa näsor var luftkonditioneringsapparater som hjälpte till att kyla hjärnan kom från analyser av blodflödet.

"När vi rekonstruerade blodkärlen, baserat på beniga spår och kanaler, vi hittade en rik blodtillförsel som rann precis bredvid dessa krystade näsgångar, sa Ruger Porter, lektor vid Ohio University Heritage College of Osteopathic Medicine och en av studiens medförfattare. "Varmt blod från kroppskärnan skulle färdas genom dessa blodkärl och överföra deras värme till den inkommande luften. Samtidigt, avdunstning av fukt i de långa näsgångarna kylde det venösa blodet som var avsett för hjärnan."

Så varför behövs det så effektiva värmeväxlare? De stora kropparna av Panoplosaurus och Euoplocephalus var riktigt bra på att hålla värmen, vilket är bra för att hålla sig varm, men dåligt när djuren behöver svalka sig. Detta värmeavledningsproblem skulle ha medfört risk för överhettning även under molniga dagar. I avsaknad av någon skyddsmekanism, hjärnans känsliga nervvävnad kan skadas av det heta blodet från kroppskärnan.

"Säker, deras hjärnor var nästan komiskt små, "Sa Bourke. "Men de är fortfarande deras hjärnor och behövde skydd."

De komplicerade nasala luftvägarna hos dessa dinosaurier fungerade som radiatorer för att kyla ner hjärnan med ett konstant flöde av kylt venöst blod, så att de kan hålla huvudet kallt hela tiden. Denna naturliga tekniska bedrift kan också ha möjliggjort utvecklingen av de stora storlekarna på så många dinosaurier.

"När vi tittar på näshålan och luftvägarna hos dinosaurier, vi finner att de mest utarbetade näsorna finns hos de stora dinosauriearterna, vilket tyder på att de fysiologiska påfrestningarna av stor kroppsstorlek kan ha sporrat några av dessa anatomiska nyheter för att hjälpa till att reglera hjärntemperaturen, " sa Witmer.

Nästa steg för forskarna är att undersöka andra dinosaurier för att avgöra när denna näsförstoring inträffade.

"Vi vet att stora dinosaurier hade dessa galna luftvägar, men vid exakt vilken storlek hände detta?" sa Bourke. "Blev denna utarbetning gradvis när kroppsstorleken ökade, eller finns det en tröskelstorlek där en näsa som inte längre kan göra jobbet? Vi vet bara inte än."