Être un gigantesque dinosaure a présenté quelques défis, comme la surchauffe au soleil du Crétacé et la friture de votre cerveau. Des chercheurs de l'Université de l'Ohio et du NYITCOM de l'Arkansas State montrent dans un nouvel article dans PLOS UN que les lourdement blindés, Les ankylosaures à queue bot avaient un climatiseur intégré dans leur museau.

"Les corps énormes que nous voyons dans la plupart des dinosaures doivent être devenus très chauds dans les climats chauds du Mésozoïque, " a déclaré Jason Bourke, Professeur adjoint au New York Institute of Technology College of Osteopathic Medicine de l'État de l'Arkansas et auteur principal de l'étude. "Les cerveaux n'aiment pas ça, nous voulions donc voir s'il existait des moyens de protéger le cerveau de la cuisson. Il s'avère que le nez peut être la clé."

Bourke et l'équipe ont utilisé la tomodensitométrie et une approche d'ingénierie puissante appelée dynamique des fluides computationnelle pour simuler la façon dont l'air se déplaçait dans les voies nasales de deux espèces d'ankylosaures différentes, le Panoplosaurus de la taille d'un hippopotame et le plus gros Euoplocephalus de la taille d'un rhinocéros, pour tester dans quelle mesure les nez d'ankylosaures transféraient la chaleur du corps à l'air inhalé.

"Il y a une décennie, mon collègue Ryan Ridgely et moi avons publié la découverte que les ankylosaures avaient des voies nasales incroyablement longues enroulées dans leur museau, " a déclaré le co-auteur de l'étude Lawrence Witmer, professeur au Ohio University Heritage College of Osteopathic Medicine. « Ces voies respiratoires alambiquées ressemblaient à une « paille folle ! C'était complètement inattendu et demandait des explications. J'ai été ravi lorsque Jason a abordé le problème dans le cadre de sa recherche doctorale dans notre laboratoire. "

"Ce projet est un excellent exemple de la façon dont les progrès de la tomodensitométrie, Reconstitution 3D, imagerie, et la modélisation informatique de la dynamique des fluides peut être utilisée dans la recherche biologique pour tester des hypothèses de longue date, " a déclaré Kathy Dickson, un responsable de programme à la National Science Foundation qui a financé la recherche. « À partir de ces nouvelles images et modèles, les fossiles peuvent fournir des informations supplémentaires sur les organismes éteints comme l'ankylosaure - dans ce cas, offrant une explication de la façon dont les caractéristiques inhabituelles fonctionnent réellement physiologiquement.

L'odorat peut être une fonction principale du nez, mais les nez sont aussi des échangeurs de chaleur, en veillant à ce que l'air soit réchauffé et humidifié avant qu'il n'atteigne nos délicats poumons. Pour réaliser cette climatisation efficace, oiseaux et mammifères, y compris les humains, compter sur de fines boucles d'os et de cartilage dans leurs cavités nasales appelées cornets, qui augmentent la surface, permettant à l'air d'entrer en contact avec plus de parois nasales. "Les ankylosaures n'avaient pas de cornets, mais au lieu de cela, leur nez était très long et tordu, " dit Bourke.

Lorsque les chercheurs ont comparé leurs découvertes aux données d'animaux vivants, ils ont découvert que le nez des dinosaures était tout aussi efficace pour réchauffer et refroidir l'air respiré. "C'était un cas où la nature a trouvé une solution différente au même problème, " dit Bourke.

Combien de temps duraient ces voies nasales ? Dans Panoplosaure, ils étaient un peu plus longs que le crâne lui-même et chez Euoplocephalus ils étaient presque deux fois plus longs que le crâne, c'est pourquoi ils sont enroulés dans le museau. Pour voir si la longueur du passage nasal était la raison de cette efficacité, Bourke a lancé des modèles alternatifs avec des des voies nasales plus simples allant directement de la narine à la gorge, comme chez la plupart des autres animaux. Les résultats ont clairement montré que la longueur du nez était en effet la clé de leur capacité de climatisation. "Quand nous avons collé un court, nez simple dans leur museau, les taux de transfert de chaleur ont chuté de plus de 50 pour cent chez les deux dinosaures. Ils étaient moins efficaces et ne fonctionnaient pas très bien, " dit Bourke.

Une autre preuve que ces nez étaient des climatiseurs qui aidaient à refroidir le cerveau provenait d'analyses du flux sanguin.

"Quand nous avons reconstruit les vaisseaux sanguins, à base de sillons et canaux osseux, nous avons trouvé un approvisionnement en sang riche juste à côté de ces voies nasales alambiquées, " dit Ruger Porter, conférencier au Ohio University Heritage College of Osteopathic Medicine et l'un des co-auteurs de l'étude. "Le sang chaud du noyau du corps voyagerait à travers ces vaisseaux sanguins et transférerait leur chaleur à l'air entrant. Simultanément, l'évaporation de l'humidité dans les longues voies nasales refroidissait le sang veineux destiné au cerveau."

Alors pourquoi avoir besoin d'échangeurs de chaleur aussi efficaces ? Les grands corps de Panoplosaurus et d'Euoplocephalus étaient vraiment bons pour retenir la chaleur, ce qui est bon pour rester au chaud, mais mauvais quand les animaux ont besoin de se rafraîchir. Ce problème d'évacuation de la chaleur les aurait exposés à un risque de surchauffe même par temps nuageux. En l'absence d'un mécanisme de protection, le tissu nerveux délicat du cerveau pourrait être endommagé par le sang chaud provenant du noyau du corps.

"Sûr, leur cerveau était presque comiquement petit, " a déclaré Bourke. "Mais ils sont toujours leur cerveau et avaient besoin de protection."

Les voies respiratoires nasales compliquées de ces dinosaures agissaient comme des radiateurs pour refroidir le cerveau avec un flux constant de sang veineux refroidi, leur permettant de garder la tête froide à tout moment. Cet exploit d'ingénierie naturelle a peut-être également permis l'évolution des grandes tailles de tant de dinosaures.

"Quand on regarde la cavité nasale et les voies respiratoires chez les dinosaures, nous constatons que les nez les plus élaborés se trouvent chez les grandes espèces de dinosaures, ce qui suggère que les contraintes physiologiques d'une grande taille corporelle peuvent avoir incité certaines de ces nouveautés anatomiques à aider à réguler la température du cerveau, " a déclaré Witmer.

La prochaine étape pour les chercheurs est d'examiner d'autres dinosaures pour déterminer quand cet élargissement nasal s'est produit.

"Nous savons que les grands dinosaures avaient ces voies respiratoires folles, mais à quelle taille exactement cela s'est-il produit ?", a déclaré Bourke. "Cette élaboration a-t-elle été progressive à mesure que la taille du corps augmentait, ou y a-t-il une taille de seuil où un nez ordinaire ne peut plus faire le travail ? Nous ne savons tout simplement pas encore."