Un team di paleontologi ha rivelato le strategie che i dinosauri di grande corporatura hanno dovuto sviluppare per la regolazione selettiva della temperatura del cervello e degli occhi.

In un nuovo studio “Vascular Patterns in the Heads of Dinosaurs: Evidence for Blood Vessels, Sites of Thermal Exchange, and Their Role in Physiological Thermoregulatory Strategies” pubblicato il 16 ottobre 2019 sul journal Anatomical Record, vengono presentate le diverse strategie che i dinosauri di grande corporatura hanno dovuto sviluppare per la regolazione selettiva della temperatura del cervello e degli occhi.

Ha affermato Ruger Porter, autore principale dello studio: “Il cervello e gli organi di senso come l’occhio sono molto sensibili alla temperatura. Oggi gli animali hanno spesso elaborate strategie termoregolatorie per proteggere questi tessuti. Volevamo vedere se i dinosauri facevano le stesse cose.”

L’evaporazione

Molti dei famosi grandi dinosauri (come i sauropodi Sauropoda– a “collo lungo” o gli anchilosauri – Ankylosaurus corazzati) hanno evoluto quei grandi corpi indipendentemente dagli antenati dal corpo più piccolo.

Ha affermato il co-autore Professor Lawrence Witmer: “I piccoli dinosauri avrebbero potuto correre all’ombra per rinfrescarsi. Ma per quei dinosauri giganti il ​​potenziale di surriscaldamento era letteralmente inevitabile. Devono avere meccanismi speciali per controllare la temperatura del cervello, ma come erano questi meccanismi? ”

La risposta teorica si è basata sulla fisica, e sull’esperienza quotidiana.

Ha affermato Porter: “Uno dei modi migliori per raffreddare le cose è l’evaporazione. Le unità di condizionamento dell’aria negli edifici e nelle automobili utilizzano l’evaporazione, ed è il raffreddamento evaporativo del sudore che ci mantiene a nostro agio in estate. Per raffreddare il cervello, abbiamo guardato nei luoghi anatomici dove c’è l’umidità per consentire il raffreddamento evaporativo, come gli occhi e soprattutto la cavità nasale e la bocca “.

Per testare quell’idea, il team ha guardato ai moderni parenti dei dinosauri (uccelli e rettili) dove gli studi hanno effettivamente dimostrato che l’evaporazione dell’umidità nel naso, nella bocca e negli occhi ha raffreddato il sangue mentre si dirigeva verso il cervello.

La ricerca

Porter e Witmer hanno ottenuto carcasse di uccelli e rettili morti per cause naturali da giardini zoologici e strutture di riabilitazione della fauna selvatica. Utilizzando una tecnica sviluppata nel laboratorio di Witmer che consente alle arterie e alle vene di essere evidenti nelle scansioni TC, sono stati in grado di tracciare il flusso sanguigno dai siti di raffreddamento evaporativo al cervello. Hanno anche misurato con precisione i canali ossei e le scanalature che convogliavano i vasi sanguigni.

Ha dichiarato Porter: “La cosa utile dei vasi sanguigni è che praticamente scrivono la loro presenza nelle ossa. I canali ossei e le scanalature che vediamo negli uccelli e nei rettili dei nostri giorni sono il nostro collegamento con i fossili di dinosauri. Possiamo usare queste prove ossee per ripristinare gli schemi del flusso sanguigno nei dinosauri estinti e speriamo di dare un’occhiata alla loro fisiologia termica e come hanno affrontato il caldo”.

Ha affermato Sharon Swartz, direttore del programma della National Science Foundation, che ha finanziato la ricerca: “La scoperta che diversi dinosauri hanno raffreddato il cervello in vari modi non solo fornisce una finestra sulla vita quotidiana dei dinosauri, ma serve anche da esempio di come i vincoli fisici imposti da specifiche condizioni ambientali hanno modellato l’evoluzione di questo diverso gruppo. Utilizzando una combinazione di innovazione tecnologica e competenza biologica, questi ricercatori sono stati in grado di ottenere una lettura diretta dalla documentazione fossile che fornisce nuovi indizi su come si sono evolute le forme e la funzioni scheletriche dei dinosauri”.

Uno studio più espansivo e quantitativo

Nel 2014 e nel 2018, Porter e Witmer erano stati coinvolti in ricerche sulla respirazione e lo scambio di calore rispettivamente nei pachycephalosaurus e negli ankylosaurus. Più di recente hanno partecipato ad una ricerca che ha esplorato i vasi sanguigni sul cranio di T. rex e altri dinosauri, che potrebbero anche avere avuto una funzione termoregolatrice.

Il nuovo studio di Porter e Witmer è uno studio più espansivo e quantitativo che mostra che i dinosauri di grande dimensione avevano diverse strategie termoregolatorie.

La dimensione del corpo è un fattore chiave

I ricercatori hanno esaminato le dimensioni dei canali ossei nei dinosauri per valutare l’importanza relativa dei diversi siti di raffreddamento evaporativo in base alla quantità di sangue che scorreva attraverso di essi.

Questo modello 3D generato da Ryan Ridgely replica il contenuto della Figura 1 di Porter & Witmer (2019). I dinosauri di piccolo corpo come Stegoceras avevano un modello equilibrato di afflusso di sangue senza particolare enfasi su qualsiasi sito di scambio di calore, mentre i dinosauri di corpo più grande avevano una strategia termica più focalizzata, enfatizzando il flusso sanguigno verso la regione nasale (Euoplocephalus), orale e nasale regioni (Camarasaurus) o seno antorbitale dell’aria (Majungasaurus). Lo sviluppo di strategie termiche mirate è associato all’evoluzione di grandi dimensioni corporee. Credito: per gentile concessione di WitmerLab presso la Ohio University.

Un fattore chiave si è rivelato essere la dimensione del corpo.

I dinosauri più piccoli come il pachicefalosauro (Pachycephalosauria) Stegoceras (delle dimensioni di una capra) avevano un modello vascolare molto equilibrato senza che nessuna singola regione di raffreddamento fosse particolarmente enfatizzata.

Afferma Porter: “Questo ha un senso fisiologico perché i dinosauri più piccoli hanno meno problemi con il surriscaldamento. Ma giganti come sauropodi e anchilosauri hanno aumentato il flusso sanguigno verso particolari regioni della testa ben oltre ciò che era semplicemente necessario per nutrire i tessuti.”

Questo modello vascolare sbilanciato ha permesso ai grandi dinosauri di enfatizzare il raffreddamento in una o più regioni.

Diverse soluzioni

Ma sebbene i sauropodi come Diplodocus e Camarasaurus e gli anchilosauri come l’Euoplocephalus presentassero tutti uno schema vascolare sbilanciato che enfatizzava determinate regioni, differivano comunque nella scelta delle regioni da raffreddare.

I sauropodi hanno enfatizzato sia la cavità nasale che la bocca come regioni da raffreddare, mentre gli anchilosauri hanno enfatizzato solo il naso.

Ha detto Porter: “È possibile che i sauropodi fossero così grandi (spesso pesavano dozzine di tonnellate) che in periodi di elevato stress termico dovevano reclutare la bocca come regione di raffreddamento. I sauropodi ansimanti comunque dovevano essere uno spettacolo da vedere!”

I teropodi sono l’antitesi o no…

Un problema che i ricercatori hanno riscontrato è che molti dei dinosauri teropodi (come il T. rex da 10 tonnellate) giganti, hanno mostrato ad un’analisi quantitativa che avevano un modello vascolare equilibrato, come i dinosauri di piccolo corpo.

Ha dichiarato Witmer: “Questa scoperta ci ha fatto grattare la testa fino a quando non abbiamo notato l’ovvia differenza: teropodi come Majungasaurus e T. rex avevano una enorme cavità aerea nei loro musi”,

Guardando più da vicino, i ricercatori hanno scoperto prove ossee che questa cavità antorbitale dell’aria era riccamente fornita di vasi sanguigni.

Witmer aveva precedentemente dimostrato che l’aria circolava attraverso la cavità antorbitale come una pompa a soffietto ogni volta che l’animale apriva e chiudeva la bocca. “Boom! Una cavità fortemente ventilata attivamente significava che avevamo un’altra potenziale regione di raffreddamento. I dinosauri teropodi hanno risolto lo stesso problema … ma in modo diverso”, ha concluso Witmer.

Conclusioni

I ricercatori stanno ora espandendo il progetto per includere altri gruppi di dinosauri come adrosauridi (Hadrosauridae) con becco d’anatra e ceratopi cornuti come il Triceratopo, per esplorare come le strategie di termoregolazione variavano tra gli altri dinosauri e come queste strategie potrebbero aver influenzato il loro comportamento e persino i loro habitat preferiti.

Journal Reference:

Wm. Ruger Porter, Lawrence M. Witmer. Vascular Patterns in the Heads of Dinosaurs: Evidence for Blood Vessels, Sites of Thermal Exchange, and Their Role in Physiological Thermoregulatory StrategiesThe Anatomical Record, 2019; DOI: 10.1002/ar.24234

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