Dinosaurios gigantes como el saurópodo Diplodocus, que pesaba más de 15 toneladas y era más largo que un camión de 18 ruedas, habría tenido problemas con un sobrecalentamiento potencialmente letal. La sangre caliente del núcleo del cuerpo habría sido bombeada a la cabeza, Dañando el delicado cerebro. Una nueva investigación muestra que en los saurópodos, La evaporación de la humedad en la nariz y la boca habría enfriado extensas redes de sangre venosa destinadas al cerebro. Otros dinosaurios grandes desarrollaron diferentes mecanismos de enfriamiento del cerebro, pero todos implican enfriamiento evaporativo de la sangre en diferentes regiones de la cabeza. Crédito:Restauración de vida por Michael Skrepnick. Cortesía de WitmerLab en la Universidad de Ohio.
Diferentes grupos de dinosaurios evolucionaron de forma independiente con tamaños corporales gigantes, pero todos enfrentaron los mismos problemas de recalentamiento y daño cerebral. Investigadores del Heritage College of Osteopathic Medicine de la Universidad de Ohio muestran en un nuevo artículo en el Registro anatómico que diferentes dinosaurios gigantes resolvieron el problema de diferentes maneras, evolucionando diferentes sistemas de enfriamiento en diferentes partes de la cabeza.
"El cerebro y los órganos de los sentidos como el ojo son muy sensibles a la temperatura, "dijo Ruger Porter, Profesor asistente de Instrucción Anatómica y autor principal del estudio. "Los animales de hoy en día a menudo tienen elaboradas estrategias termorreguladoras para proteger estos tejidos transportando sangre caliente y fría alrededor de varias redes de vasos sanguíneos. Queríamos ver si los dinosaurios estaban haciendo lo mismo".
Muchos de los famosos dinosaurios gigantes, como los saurópodos de cuello largo o los anquilosaurios acorazados, en realidad desarrollaron esos grandes cuerpos independientemente de los antepasados de cuerpos más pequeños. "Los pequeños dinosaurios podrían haber corrido a la sombra para refrescarse, "dijo el coautor del estudio, el profesor Lawrence Witmer, "pero para esos dinosaurios gigantes, el potencial de sobrecalentamiento era literalmente ineludible. Deben haber tenido mecanismos especiales para controlar la temperatura del cerebro, pero ¿qué eran? "
La respuesta resultó estar basada en la física, pero sigue siendo parte de nuestra experiencia diaria. "Una de las mejores formas de enfriar las cosas es mediante la evaporación, ", Dijo Porter." Las unidades de aire acondicionado en edificios y automóviles usan evaporación, y es el enfriamiento evaporativo del sudor lo que nos mantiene cómodos en verano. Para enfriar el cerebro miramos a los lugares anatómicos donde hay humedad para permitir el enfriamiento evaporativo, como los ojos y especialmente la cavidad nasal y la boca ".
Para probar esa idea, El equipo miró a los parientes modernos de los dinosaurios, aves y reptiles, donde los estudios de hecho mostraron que la evaporación de la humedad en la nariz, boca, y los ojos enfriaron la sangre en su camino hacia el cerebro.
Porter y Witmer obtuvieron cadáveres de aves y reptiles que habían muerto por causas naturales de zoológicos e instalaciones de rehabilitación de vida silvestre. Usando una técnica desarrollada en el laboratorio de Witmer que permite que las arterias y las venas aparezcan en las tomografías computarizadas, pudieron rastrear el flujo sanguíneo desde los sitios de enfriamiento por evaporación hasta el cerebro. También midieron con precisión los canales óseos y los surcos que transportaban los vasos sanguíneos.
"Lo útil de los vasos sanguíneos es que básicamente escriben su presencia en los huesos, ", Dijo Porter." Los canales óseos y los surcos que vemos en las aves y reptiles de hoy en día son nuestro vínculo con los fósiles de dinosaurios. Podemos usar esta evidencia ósea para restaurar los patrones de flujo sanguíneo en dinosaurios extintos y, con suerte, echar un vistazo a su fisiología térmica y cómo lidiaron con el calor ".
"El descubrimiento de que diferentes dinosaurios enfriaron sus cerebros de diversas formas no solo proporciona una ventana a la vida cotidiana de los dinosaurios, También sirve como un ejemplo de cómo las limitaciones físicas impuestas por condiciones ambientales específicas han dado forma a la evolución de este grupo diverso y único. "dijo Sharon Swartz, un director de programa en la National Science Foundation, que financió la investigación. "Utilizando una combinación de innovación tecnológica y experiencia biológica, estos investigadores pudieron tomar una lectura directa del registro fósil que proporciona nuevas pistas sobre cómo evolucionó la forma y función del esqueleto de los dinosaurios ".
Este equipo de miembros actuales y anteriores de WitmerLab en la Universidad de Ohio ha analizado previamente otros casos de fisiología de dinosaurios. En 2014 y 2018, El ex estudiante de doctorado Jason Bourke dirigió proyectos que involucraban a Porter y Witmer sobre la respiración y el intercambio de calor en paquicefalosaurios y anquilosaurios, respectivamente. Más reciente, Casey Holliday, ex estudiante de doctorado de laboratorio, dirigió un proyecto con Porter y Witmer que exploró los vasos sanguíneos en el techo del cráneo de T. rex y otros dinosaurios que también podrían haber tenido una función termorreguladora.
El nuevo estudio de Porter y Witmer es más amplio, estudio cuantitativo que muestra que "una talla no se ajusta a todos" con respecto a cómo los dinosaurios de gran cuerpo mantenían sus cerebros frescos. Es decir, tenían diferentes estrategias termorreguladoras. Los investigadores observaron el tamaño de los canales óseos en los dinosaurios para evaluar la importancia relativa de los diferentes sitios de enfriamiento por evaporación en función de la cantidad de sangre que fluía a través de ellos.
Investigaciones recientes de Porter y Witmer han demostrado que diferentes grupos de dinosaurios tenían diferentes estrategias fisiológicas térmicas para ayudar a moderar las temperaturas del cerebro frente a altas cargas de calor. La sangre enfriada por evaporación en diferentes sitios de intercambio de calor se transportó a la región del cerebro para ayudar a moderar las temperaturas del cerebro. Este modelo 3D generado por Ryan Ridgely replica el contenido de la Figura 1 de Porter &Witmer (2019). Los dinosaurios de cuerpo pequeño como Stegoceras tenían un patrón equilibrado de suministro de sangre sin un énfasis particular en ningún sitio de intercambio de calor, mientras que los dinosaurios de cuerpo más grande tenían una estrategia térmica más enfocada. enfatizando el flujo sanguíneo a la región nasal (Euoplocephalus), regiones orales y nasales (Camarasaurus), o el seno aéreo antorbital (Majungasaurus). El desarrollo de estrategias térmicas enfocadas está asociado con la evolución de grandes tamaños corporales. Crédito:Cortesía de WitmerLab en la Universidad de Ohio.
Un factor clave resultó ser el tamaño corporal. Los dinosaurios más pequeños, como el paquicefalosaurio Stegoceras, del tamaño de una cabra, tenían un patrón vascular muy equilibrado sin una sola región de enfriamiento que se enfatizara particularmente. "Eso tiene sentido fisiológico porque los dinosaurios más pequeños tienen menos problemas de sobrecalentamiento, "Pero los gigantes como los saurópodos y los anquilosaurios aumentaron el flujo sanguíneo a regiones específicas de enfriamiento de la cabeza mucho más allá de lo necesario para simplemente nutrir los tejidos". Este patrón vascular desequilibrado permitió que las estrategias térmicas de los grandes dinosaurios estuvieran más enfocadas, enfatizando una o más regiones de enfriamiento.
Pero aunque los saurópodos como Diplodocus y Camarasaurus y anquilosaurios como Euoplocephalus tenían patrones vasculares desequilibrados que enfatizaban ciertas regiones de enfriamiento, todavía diferían. Los saurópodos enfatizaron tanto la cavidad nasal como la boca como regiones de enfriamiento, mientras que los anquilosaurios solo enfatizaron la nariz. "Es posible que los saurópodos fueran tan grandes, a menudo con un peso de docenas de toneladas, que necesitaran reclutar la boca como una región de enfriamiento en tiempos de estrés por calor, "Dijo Porter." ¡Los saurópodos jadeantes pueden haber sido algo común! "
Un problema que encontraron los investigadores fue que muchos de los dinosaurios terópodos, como el T.rex de 10 toneladas, también eran gigantes, pero el análisis cuantitativo mostró que tenían un patrón vascular equilibrado, como los dinosaurios de cuerpo pequeño.
"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.
