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恐龍的腦袋上自帶空調(diào)

發(fā)布時(shí)間:2019-01-12  作者:劉照兵  來(lái)源:今日頭條

甲龍腦袋自帶空調(diào),專為大腦降溫

恐龍的腦袋上自帶空調(diào),防止中暑

我們都知道鼻子是用來(lái)進(jìn)行呼吸的,不過(guò)生活在7500萬(wàn)年前的甲龍類恐龍發(fā)現(xiàn)了鼻子的新用途,那就是幫助身體降溫,特別是給大腦“制冷”。

恐龍的腦袋上自帶空調(diào),防止中暑

圖注:尾巴上長(zhǎng)有尾錘的包頭龍,圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò)

甲龍類是一群非常獨(dú)特的恐龍,它們以四肢緩慢行走,身上長(zhǎng)滿了堅(jiān)硬的甲片和棘刺,尾巴末端還長(zhǎng)有可以作為武器的骨錘。對(duì)于甲龍來(lái)說(shuō),安全不是大問(wèn)題,散熱才是大問(wèn)題。想象一下,甲龍類在炎熱的白堊紀(jì)頭頂烈日活動(dòng)緩慢行走,它們體內(nèi)的溫度肯定會(huì)不斷升高,如果高溫的血液進(jìn)入大腦,很容易導(dǎo)致中暑、昏厥甚至是死亡。那么甲龍們?cè)撛趺崔k呢?

甲龍們是如何避免自己的大腦被“煮熟”的呢?來(lái)自美國(guó)俄亥俄大學(xué)和紐約州立大學(xué)的科學(xué)家通過(guò)運(yùn)用新技術(shù)找到了其中的答案。古生物學(xué)家使用醫(yī)院中的CT對(duì)胄甲龍(Panoplosaurus)和包頭龍(Euoplocephalus)的頭骨化石進(jìn)行了掃描,然后又通過(guò)三維建模技術(shù)對(duì)頭骨內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和空間進(jìn)行了重建。

恐龍的腦袋上自帶空調(diào),防止中暑

圖注:胄甲龍的頭骨,圖片來(lái)自威特默實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)站

恐龍的腦袋上自帶空調(diào),防止中暑

圖注:胄甲龍和包頭龍的頭骨內(nèi)部重建,圖片來(lái)自威特默實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)站

當(dāng)重建后的甲龍類頭骨內(nèi)部結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出來(lái)之后,古生物學(xué)家驚奇的發(fā)現(xiàn)原來(lái)甲龍類的鼻腔通道并不是我們想象的那種直線型的,而是蜿蜒曲折的,就好像山區(qū)回旋彎曲的盤(pán)山公路一樣。如果將甲龍類鼻腔通道在平面上進(jìn)行拉直,那么其長(zhǎng)度等于其頭骨長(zhǎng)度的兩倍。

恐龍的腦袋上自帶空調(diào),防止中暑

圖注:包頭龍鼻腔重建,圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò)

恐龍的腦袋上自帶空調(diào),防止中暑

圖注:包頭龍的頭骨及內(nèi)部重建,可以看到鼻腔、血管和大腦,圖片來(lái)自威特默實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)站

如此長(zhǎng)而且曲折的鼻腔通道有什么用呢?古生物學(xué)家采用了計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)建模揭開(kāi)了其中的奧秘。當(dāng)空氣在如此蜿蜒曲折的鼻腔通道中經(jīng)過(guò)的時(shí)候,空氣本身的溫度會(huì)上升2.2℃,這2.2℃正是來(lái)自于鼻腔通道周圍豐富的血管。如果再考慮到通道內(nèi)水汽可以進(jìn)一步吸收血管的熱量,甲龍類鼻腔的降溫作用會(huì)更加明顯。要知道,經(jīng)過(guò)甲龍類鼻腔降溫之后的血液恰恰是流向大腦的,所以甲龍類的大腦能夠保持足夠的涼爽。

研究顯示,甲龍類鼻腔通道所構(gòu)成的熱交換系統(tǒng)是非常有效的,可以很好冷卻大腦,防止體溫過(guò)高。甲龍類如此復(fù)雜的鼻腔真的有必要嗎,不會(huì)造成浪費(fèi)嗎?古生物學(xué)家做了兩個(gè)假設(shè)性試驗(yàn),一個(gè)試驗(yàn)是將甲龍類的鼻腔通道長(zhǎng)度縮短,另一個(gè)試驗(yàn)是將彎曲的通道拉直。使用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)計(jì)算散熱效果,結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩種假設(shè)的降溫效率下降了50%以上,這證明了甲龍類鼻腔結(jié)構(gòu)看上去復(fù)雜,其實(shí)是非??茖W(xué)有效的設(shè)計(jì),其結(jié)構(gòu)是在長(zhǎng)期演化中形成的。

除了幫助大腦和身體降溫,甲龍類曲折的鼻腔通道或許還有另一個(gè)作用,那就是對(duì)氣味進(jìn)行識(shí)別。甲龍類鼻腔通道內(nèi)可能有豐富的嗅覺(jué)神經(jīng)末梢,能夠辨別空氣中的氣味分子,借此發(fā)現(xiàn)同類、尋找食物,還能夠察覺(jué)到周圍的食肉恐龍,這可是非常重要的。

恐龍的腦袋上自帶空調(diào),防止中暑

圖注:正在用尾錘反擊暴龍類的包頭龍,圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò)

領(lǐng)導(dǎo)本次研究的古生物學(xué)家勞倫斯·威特默(Lawrence Witmer)解釋道:“大體型的生理應(yīng)力可能刺激了一些這些解剖學(xué)新奇,以幫助調(diào)節(jié)大腦溫度?!痹谖磥?lái),古生物學(xué)家還可以使用相同的方法研究其他大型恐龍鼻腔中的秘密。

恐龍的腦袋上自帶空調(diào),防止中暑

圖注:古生物學(xué)家勞倫斯·威特默,圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò)

該研究由美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)(NSF)資助Witmer(Visible Interactive恐龍項(xiàng)目的一部分)和NSF與Bourke的獎(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。

PS:

包頭龍(Euoplocephalus),屬于甲龍類,生存于距今7640至7560萬(wàn)年前的晚白堊世,生存地點(diǎn)是北美洲的加拿大西部。包頭龍是大型的甲龍類恐龍,體長(zhǎng)可達(dá)5.5米,高1.8米,寬2.4米,體重2.5噸。

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圖注:包頭龍的復(fù)原圖,圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò)

胄甲龍(Panoplosaurus),屬于甲龍類,生存于距今7600萬(wàn)年前的晚白堊世,生存地點(diǎn)是北美洲的加拿大西部。包頭龍是大型的甲龍類恐龍,體長(zhǎng)在5至7米,高2米,體重約1.5噸。

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