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中生代那么熱，大恐龍為啥沒把腦子燒壞？

小知識科普散熱包頭甲龍恐龍


中生代那么熱，大恐龍為啥沒把腦子燒壞？



作者：廖俊棋
編輯：Yuki
“胖子怕熱”雖然是日常調(diào)侃人的一句話 ， 但對某些大塊頭的生物來說 ， 這可真不是鬧著玩的 。 體型的增大 ， 代表著體表面積與體積比值縮小 ， 因此體內(nèi)的熱量就會難以散發(fā)出去 。 所以如果真的有巨人存在 ， 那他的身體一定是渾身發(fā)燙的 。
渾身冒煙的巨人｜《進擊的巨人》
巨人雖然只存在于神話當中 ， 但遠古的地球上 ， 確實存在過龐然大物——恐龍 。 它們有著碩大無朋的身軀 ， 以拔山倒樹之姿 ， 稱霸了溫暖甚至些許炎熱的中生代大陸 。 透過化石 ， 我們往往驚嘆于演化對恐龍體型所帶來的奇妙變化 ， 但這同時也好奇一個問題——它們是如何解決散熱難題的?
執(zhí)念于恐龍散熱的研究團隊
動物身上有許多構(gòu)造對溫度的變化非常敏感 ， 尤其是大腦這種需要消耗非常多能量的器官 ， 如果頭部有過多的溫度無法發(fā)散 ， 高溫可能會導致蛋白質(zhì)變質(zhì)或降解 ， 也就是傳說中的“燒壞腦子” 。 這會嚴重威脅到生物的生存 ， 甚至導致死亡 。
體型較小的動物 ， 表面積/體積數(shù)值大 ， 容易散熱 ， 加上它們也容易躲避到陰涼處或挖洞鉆到地下 ， 體溫過熱對它們并不是太嚴重的問題 。 但對于身長數(shù)十米 ， 體重達到幾十噸的大型恐龍來說 ， 除了“無地自容”（沒有陰涼的洞穴可以鉆）外 ， 碩大的體型也難以排出熱量 ， 積蓄的體溫甚至可能上升到危及生命的程度 。 那么 ， 它們究竟是如何應對中生代的炎熱的？
最近 ， 發(fā)表在《解剖學紀錄》(The Anatomical Record)的一篇文章 ， 就試圖解開這個謎團 。 來自美國俄亥俄大學的魯格·波特（Ruger Porter）以及勞倫斯·威特默（Lawrence Witmer） ， 通過重建恐龍頭部血管的分布模式來解析大型恐龍散熱的策略[1,2] 。
這其實不是他們第一次嘗試破解恐龍的生理結(jié)構(gòu)和體溫調(diào)節(jié)等相關(guān)問題 。 2014年 ， 這個課題組就對腫頭龍類的劍角龍(Stegoceras)頭骨進行過類似研究[3] 。 他們對這類恐龍的頭骨進行了CT掃描和呼吸道結(jié)構(gòu)模擬 ， 由此發(fā)現(xiàn) ， 腫頭龍類的呼吸道結(jié)構(gòu)可能和腦部散熱的功用有一定關(guān)聯(lián) 。
美國俄亥俄大學的魯格·波特博士和勞倫斯·威特默博士 。 四周是他們研究的恐龍頭骨模型｜witmerlab
氣流在劍角龍鼻腔內(nèi)的壓力及速度分布圖：圖中模擬了它們的鼻腔結(jié)構(gòu) ， 顏色越紅代表有越高的氣流壓力及速度｜參考文獻[3]
2018年 ， 這個小組將目光轉(zhuǎn)移到有陸地坦克之稱的甲龍類身上[4] 。 甲龍類恐龍有著復雜的鼻腔通道 ， 而他們將甲龍類的甲冑龍(Panoplosaurus)及包頭龍(Euoplocephalus)進行與氣流相關(guān)的計算機仿真后 ， 確定了這個結(jié)構(gòu)與熱能的傳遞有關(guān) ， 并能幫助它們節(jié)省能量的消耗以及維持腦內(nèi)熱能的穩(wěn)定 。
甲龍類有著復雜的呼吸道系統(tǒng) 。 圖為包頭龍｜參考文獻[4]
而就在今年7月 ， 課題組的成員打起霸王龍以及其他一些恐龍腦袋的主意[5] 。 在對化石進行觀察研究以及和鱷魚等近親相互比對并進行計算機仿真后 ， 他們發(fā)現(xiàn)霸王龍頭骨頂上的上顳孔以及周邊的血管對體溫調(diào)節(jié)起到重要的功用 。
霸王龍、鱷魚的上顳孔還擔任體溫調(diào)節(jié)的重任｜參考文獻[5]
而在2019年10月這篇最新發(fā)表的文章里 ， 研究者們用廣泛且更量化的研究 ， 顯示出不同種類大體型恐龍的體溫調(diào)節(jié)策略 。
誰說胖子都一個樣?
想要排出多余的熱量 ， 最有效的方法就是依靠蒸發(fā) 。 在我們生活中無論是空調(diào)的冷卻或是我們的揮汗如雨 ， 這都是通過水蒸氣蒸發(fā)時帶來的涼爽來避免過熱 。 而想要讓大腦“冷靜”下來 ， 就必須找到可以讓水氣冷卻揮發(fā)的通道 ， 例如眼睛、鼻孔和嘴巴都是有利的候補[2] 。 因此追蹤通過這些區(qū)域的血管就成了研究的關(guān)鍵 。

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