Olika dinosauriegrupper utvecklade oberoende av varandra gigantiska kroppsstorlekar, men de stod alla inför samma problem med att överhettas och skada sina hjärnor. Forskare från Ohio University's Heritage College of Osteopathic Medicine visar i en ny artikel i Anatomisk rekord att olika jättedinosaurier löste problemet på olika sätt, utvecklar olika kylsystem i olika delar av huvudet.

"Hjärnan och sinnesorgan som ögat är mycket känsliga för temperatur, sa Ruger Porter, Biträdande professor i anatomisk undervisning och huvudförfattare till studien. "Djur idag har ofta utarbetade termoreglerande strategier för att skydda dessa vävnader genom att transportera varmt och kallt blod runt olika nätverk av blodkärl. Vi ville se om dinosaurier gjorde samma saker."

Många av de berömda gigantiska dinosaurierna – som de långhalsade sauropoderna eller pansrade ankylosaurierna – utvecklade faktiskt dessa stora kroppar oberoende av förfäder med mindre kroppar. "Små dinosaurier kunde bara ha sprungit in i skuggan för att svalka sig, " sa studiens medförfattare professor Lawrence Witmer, "men för de gigantiska dinosaurierna, risken för överhettning var bokstavligen ofrånkomlig. De måste ha haft speciella mekanismer för att kontrollera hjärntemperaturen, men vad var de?"

Svaret visade sig vara baserat i fysik, men fortfarande en del av vår vardagliga upplevelse. "Ett av de bästa sätten att kyla ner saker är med avdunstning, ", sa Porter. "Luftkonditioneringsenheterna i byggnader och bilar använder avdunstning, och det är den förångande kylningen av svett som håller oss bekväma på sommaren. För att kyla hjärnan, vi tittade till de anatomiska platserna där det finns fukt för att tillåta avdunstningskylning, såsom ögonen och särskilt näshålan och munnen."

För att testa den idén, teamet tittade på dagens släktingar till dinosaurier – fåglar och reptiler – där studier verkligen visade att avdunstning av fukt i näsan, mun, och ögon kylde blodet på väg till hjärnan.

Porter och Witmer skaffade kadaver av fåglar och reptiler som hade dött av naturliga orsaker från djurparker och rehabiliteringsanläggningar för vilda djur. Med hjälp av en teknik utvecklad i Witmers labb som gör att artärer och vener kan dyka upp i datortomografi, de kunde spåra blodflödet från platserna för evaporativ kylning till hjärnan. De mätte också exakt de beniga kanalerna och spåren som förde blodkärlen.

"Det praktiska med blodkärl är att de i princip skriver in sin närvaro i benen, ", sa Porter. "De beniga kanalerna och spåren som vi ser hos moderna fåglar och reptiler är vår länk till dinosauriefossilerna. Vi kan använda dessa beniga bevis för att återställa blodflödesmönstren i utdöda dinosaurier och förhoppningsvis få en inblick i deras termiska fysiologi och hur de hanterade värme."

"Upptäckten att olika dinosaurier kylde ner sina hjärnor på en mängd olika sätt ger inte bara ett fönster in i dinosauriernas vardag, den fungerar också som ett exempel på hur de fysiska begränsningar som ställs av specifika miljöförhållanden har format utvecklingen av denna mångfaldiga och unika grupp, sa Sharon Swartz, en programchef på National Science Foundation, som finansierade forskningen. "Med en kombination av teknisk innovation och biologisk expertis, dessa forskare kunde ta en direkt läsning från fossilregistret som ger nya ledtrådar om hur dinosauriens skelettform och funktion utvecklades."

Detta team av nuvarande och tidigare medlemmar av WitmerLab vid Ohio University har tidigare tittat på andra fall av dinosauriefysiologi. Under 2014 och 2018 tidigare doktoranden Jason Bourke ledde projekt som involverade Porter och Witmer om andning och värmeväxling hos pachycephalosaurs och ankylosaurier, respektive. Senast, tidigare labbdoktoranden Casey Holliday ledde ett projekt med Porter och Witmer som utforskade blodkärl på skalltaket på T. rex och andra dinosaurier som också kan ha haft en termoreglerande funktion.

Den nya studien av Porter och Witmer är en mer expansiv, kvantitativ studie som visar att "en storlek passade inte alla" när det gäller hur stora dinosaurier höll sina hjärnor svala. Det är, de hade olika termoreglerande strategier. Forskarna tittade på beniga kanalstorlekar i dinosaurierna för att bedöma den relativa betydelsen av de olika platserna för evaporativ kylning baserat på hur mycket blod som flödade genom dem.

En nyckelfaktor visade sig vara kroppsstorlek. Mindre dinosaurier som pachycephalosaurien Stegoceras i getstorlek hade ett mycket balanserat kärlmönster utan att någon enstaka avkylningsregion särskilt betonades. "Det är fysiologiskt vettigt eftersom mindre dinosaurier har mindre problem med överhettning, ", sa Porter. "Men jättar som sauropoder och ankylosaurier ökade blodflödet till särskilda kylande regioner av huvudet långt utöver vad som var nödvändigt för att helt enkelt ge näring till vävnaderna." Detta obalanserade kärlmönster gjorde att de termiska strategierna för stora dinosaurier kunde vara mer fokuserade, betoning av ett eller flera kylområden.

Men även om sauropoder som Diplodocus och Camarasaurus och ankylosaurier som Euoplocephalus alla hade obalanserade kärlmönster som betonade vissa kylande regioner, de skilde sig fortfarande åt. Sauropoder betonade både näshålan och munnen som svalkande regioner medan ankylosaurier bara betonade näsan. "Det är möjligt att sauropoder var så stora - ofta vägde dussintals ton - att de behövde rekrytera munnen som en kylande region i tider av värmestress, sa Porter. Flåsande sauropoder kan ha varit en vanlig syn!

Ett problem som forskarna stötte på var att många av theropoddinosaurierna – som den 10 ton tunga T. rex – också var gigantiska, men den kvantitativa analysen visade att de hade ett balanserat kärlmönster, som de små dinosaurierna.

"This finding had us scratching our heads until we noticed the obvious difference—theropods like Majungasaurus and T. rex had a huge air sinus in their snouts, " Witmer said. Looking closer, 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.