Essere un dinosauro gigante ha presentato alcune sfide, come surriscaldarsi al sole del Cretaceo e friggersi il cervello. I ricercatori dell'Università dell'Ohio e del NYITCOM dell'Arkansas State mostrano in un nuovo articolo in PLOS UNO che il pesantemente corazzato, gli anchilosauri dalla coda a clava avevano un condizionatore d'aria integrato nel muso.

"Gli enormi corpi che vediamo nella maggior parte dei dinosauri devono essere diventati molto caldi nei climi caldi del Mesozoico, " ha detto Jason Bourke, Assistant Professor presso il New York Institute of Technology College of Osteopathic Medicine presso l'Arkansas State e autore principale dello studio. "Ai cervelli non piace, quindi volevamo vedere se c'erano modi per proteggere il cervello dalla cottura. Si scopre che il naso potrebbe essere la chiave".

Bourke e il team hanno utilizzato la scansione TC e un potente approccio ingegneristico chiamato fluidodinamica computazionale per simulare il modo in cui l'aria si muoveva attraverso i passaggi nasali di due diverse specie di anchilosauri, il Panoplosaurus delle dimensioni di un ippopotamo e il più grande Euoplocephalus di dimensioni di un rinoceronte, per testare quanto bene i nasi di anchilosauro trasferissero il calore dal corpo all'aria inalata.

"Un decennio fa, io e il mio collega Ryan Ridgely abbiamo pubblicato la scoperta che gli anchilosauri avevano passaggi nasali follemente lunghi arrotolati nel muso, " ha detto il coautore dello studio Lawrence Witmer, professore presso l'Heritage College of Osteopathic Medicine dell'Ohio. "Queste vie aeree contorte sembravano 'pazzo-paglia!' È stato completamente inaspettato e ho chiesto spiegazioni. Ero elettrizzato quando Jason ha affrontato il problema come parte della sua ricerca di dottorato nel nostro laboratorio".

"Questo progetto è un eccellente esempio di come i progressi nella scansione TC, ricostruzione 3-D, immagini, e la modellazione fluidodinamica computazionale può essere utilizzata nella ricerca biologica per testare ipotesi di vecchia data, "ha detto Kathy Dickson, un funzionario del programma presso la National Science Foundation che ha finanziato la ricerca. "Da queste nuove immagini e modelli, fossili possono fornire ulteriori informazioni su organismi estinti come l'anchilosauro, in questo caso, offrendo una spiegazione di come le caratteristiche insolite funzionino effettivamente fisiologicamente".

L'olfatto può essere una funzione primaria del naso, ma i nasi sono anche scambiatori di calore, facendo in modo che l'aria venga riscaldata e umidificata prima che raggiunga i nostri delicati polmoni. Per realizzare questa efficace climatizzazione, uccelli e mammiferi, compresi gli umani, si basano su sottili riccioli di osso e cartilagine all'interno delle loro cavità nasali chiamati turbinati, che aumentano la superficie, consentendo all'aria di entrare in contatto con più pareti nasali. "Gli anchilosauri non avevano i turbinati, ma invece hanno reso i loro nasi molto lunghi e tortuosi, ", ha detto Bourke.

Quando i ricercatori hanno confrontato le loro scoperte con i dati di animali vivi, scoprirono che i nasi dei dinosauri erano altrettanto efficienti nel riscaldare e raffreddare l'aria respirata. "Questo è stato un caso in cui la natura ha trovato una soluzione diversa allo stesso problema, " ha detto Bourke.

Quanto erano lunghi questi passaggi nasali? Nel Panoplosauro, erano un po' più lunghi del cranio stesso e in Euoplocephalus erano lunghi quasi il doppio del cranio, ecco perché sono arrotolati nel muso. Per vedere se la lunghezza del passaggio nasale fosse la ragione di questa efficienza, Bourke gestiva modelli alternativi con modelli più corti, passaggi nasali più semplici che correvano direttamente dalla narice alla gola, come nella maggior parte degli altri animali. I risultati hanno mostrato chiaramente che la lunghezza del naso era davvero la chiave per la loro capacità di condizionamento dell'aria. "Quando abbiamo bloccato un breve, naso semplice nei loro musi, i tassi di trasferimento del calore sono scesi di oltre il 50 percento in entrambi i dinosauri. Erano meno efficienti e non funzionavano molto bene, ", ha detto Bourke.

Un'altra prova che questi nasi erano condizionatori d'aria che aiutavano a raffreddare il cervello proveniva dalle analisi del flusso sanguigno.

"Quando abbiamo ricostruito i vasi sanguigni, sulla base di solchi e canali ossei, abbiamo trovato un ricco apporto di sangue che scorre proprio accanto a questi passaggi nasali contorti, " ha detto Ruger Porter, docente presso l'Heritage College of Osteopathic Medicine della Ohio University e uno dei coautori dello studio. "Il sangue caldo dal nucleo del corpo viaggerebbe attraverso questi vasi sanguigni e trasferirebbe il loro calore all'aria in ingresso. Contemporaneamente, l'evaporazione dell'umidità nei lunghi passaggi nasali raffreddava il sangue venoso destinato al cervello".

Allora perché la necessità di scambiatori di calore così efficaci? I grandi corpi di Panoplosaurus ed Euoplocephalus erano davvero bravi a trattenere il calore, che è buono per stare al caldo, ma male quando gli animali hanno bisogno di rinfrescarsi. Questo problema di dispersione del calore li avrebbe messi a rischio di surriscaldamento anche nelle giornate nuvolose. In assenza di un meccanismo di protezione, il delicato tessuto neurale del cervello potrebbe essere danneggiato dal sangue caldo proveniente dal nucleo del corpo.

"Sicuro, i loro cervelli erano quasi comicamente piccoli, " Bourke ha detto. "Ma sono ancora i loro cervelli e avevano bisogno di protezione".

Le complicate vie aeree nasali di questi dinosauri fungevano da radiatori per raffreddare il cervello con un flusso costante di sangue venoso raffreddato, permettendo loro di mantenere la testa fresca in ogni momento. Questa prodezza di ingegneria naturale potrebbe anche aver permesso l'evoluzione delle grandi dimensioni di così tanti dinosauri.

"Quando osserviamo la cavità nasale e le vie aeree nei dinosauri, troviamo che i nasi più elaborati si trovano nelle grandi specie di dinosauri, il che suggerisce che gli stress fisiologici delle grandi dimensioni del corpo potrebbero aver stimolato alcune di queste novità anatomiche per aiutare a regolare le temperature del cervello, " ha detto Witmer.

Il prossimo passo per i ricercatori è esaminare altri dinosauri per determinare quando si è verificato questo allargamento nasale.

"Sappiamo che i grandi dinosauri avevano queste vie aeree folli, ma esattamente a che taglia è successo?" ha detto Bourke. "Questa elaborazione è stata graduale con l'aumentare delle dimensioni del corpo, o c'è una soglia in cui un naso comune non può più fare il lavoro? Non lo sappiamo ancora".