中生代那么熱 大恐龍為啥沒把腦子燒壞？

“胖子怕熱”雖然是日常調(diào)侃人的一句話，但對(duì)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(huì)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(jìn)擊的巨人》

巨人雖然只存在于神話當(dāng)中，但遠(yuǎn)古的地球上，確實(shí)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(duì)恐龍?bào)w型所帶來的奇妙變化，但這同時(shí)也好奇一個(gè)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(tuán)隊(duì)

動(dòng)物身上有許多構(gòu)造對(duì)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(huì)導(dǎo)致蛋白質(zhì)變質(zhì)或降解，也就是傳說中的“燒壞腦子”。這會(huì)嚴(yán)重威脅到生物的生存，甚至導(dǎo)致死亡。

體型較小的動(dòng)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(duì)它們并不是太嚴(yán)重的問題。但對(duì)于身長(zhǎng)數(shù)十米，體重達(dá)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(yīng)對(duì)中生代的炎熱的？

最近，發(fā)表在《解剖學(xué)紀(jì)錄》( The Anatomical Record )的一篇文章，就試圖解開這個(gè)謎團(tuán)。來自美國(guó)俄亥俄大學(xué)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(shí)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(gè)課題組就對(duì)腫頭龍類的劍角龍( Stegoceras )頭骨進(jìn)行過類似研究[3]。他們對(duì)這類恐龍的頭骨進(jìn)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(guó)俄亥俄大學(xué)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(xiàn)[3]

2018年，這個(gè)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(fù)雜的鼻腔通道，而他們將甲龍類的甲冑龍( Panoplosaurus )及包頭龍( Euoplocephalus )進(jìn)行與氣流相關(guān)的計(jì)算機(jī)仿真后，確定了這個(gè)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(fù)雜的呼吸道系統(tǒng)。圖為包頭龍｜參考文獻(xiàn)[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(duì)化石進(jìn)行觀察研究以及和鱷魚等近親相互比對(duì)并進(jìn)行計(jì)算機(jī)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(duì)體溫調(diào)節(jié)起到重要的功用。

霸王龍、鱷魚的上顳孔還擔(dān)任體溫調(diào)節(jié)的重任｜參考文獻(xiàn)[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(gè)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(shí)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(bǔ)[2]。因此追蹤通過這些區(qū)域的血管就成了研究的關(guān)鍵。

為了更精確地重建出恐龍血管的走向和分布，該團(tuán)隊(duì)除了運(yùn)用CT來檢測(cè)恐龍頭骨外，同時(shí)用現(xiàn)生鳥類和爬行動(dòng)物的身體結(jié)構(gòu)來進(jìn)行比對(duì)。重建恐龍生理結(jié)構(gòu)后的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這些大型恐龍并不是仰賴一個(gè)“通則”來散熱，而是各自施展不同的本領(lǐng)。

將化石與現(xiàn)生的類群進(jìn)行比對(duì)，可以觀察顎骨上孔洞的形態(tài)了解通過口部區(qū)域的血流大小。如包頭龍和劍角龍就和鬣蜥比較接近，流經(jīng)口部的血管較細(xì)；而圓頂龍和梁龍則和鱷魚比較相近，流經(jīng)口部的血流較豐富。紅色箭頭代表細(xì)部圖的位置和角度｜參考文獻(xiàn)[1]

研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，腫頭龍類的劍角龍頭部的血管分布比較均衡，并沒有在特定散熱區(qū)域增加血流的情況，這可能是因?yàn)檫@種恐龍的體型僅跟山羊差不多大，因此沒有迫切的散熱需要[1]。而體型碩大的甲龍類和蜥腳類恐龍就存在血流在特定區(qū)域增多的趨勢(shì)。

在體型大如坦克的甲龍類包頭龍的頭部骨骼中，就發(fā)現(xiàn)了血流增加的區(qū)域集中在鼻腔的位置；而在梁龍( Diplodocus )及圓頂龍( Camarasaurus )等體型超過重型卡車的蜥腳類恐龍中，動(dòng)輒數(shù)十米的身軀和數(shù)十噸的體重，則需要更多的散熱方式，因此它們除了鼻孔外，口腔也是血流加強(qiáng)的主要區(qū)域[1]。文章作者的波特更在采訪中表示，“在恐龍時(shí)代，氣喘吁吁的蜥腳類恐龍可能是個(gè)常見的光景![2]”

為了散熱，梁龍可能要經(jīng)常嘆息 | witmerlab

我一開口就“涼”了!

說到恐龍時(shí)代，自然不能少了眾多著名的肉食恐龍，例如霸王龍，它的體長(zhǎng)達(dá)12米，體重也有10多噸，肯定夠格稱為巨型恐龍了。但奇怪的是，對(duì)霸王龍以及同為巨型肉食恐龍的瑪君龍( Majungasaurus )頭部的血管居然和小型恐龍一樣，沒有特別集中散熱的區(qū)域[1,2]，那它們究竟是怎樣防止熱休克的呢?

其實(shí)這類大型獸腳類恐龍還有另一個(gè)秘密武器，就是它們吻部有著巨大的眶前孔(在眼眶之前，鼻孔之后的一個(gè)大孔)，里面有著發(fā)達(dá)的氣竇。在過去的研究已經(jīng)證明，這個(gè)氣竇有豐富的血管通過[6,7]，因此這也是個(gè)幫頭腦降溫的強(qiáng)大管道。也就是說，每當(dāng)獸腳類恐龍一張金口后，這個(gè)區(qū)域就像個(gè)風(fēng)箱一樣讓氣流循環(huán)通過，讓流經(jīng)此處的豐富血流網(wǎng)絡(luò)得以降溫。

右上角異特龍(Allosaurus)的嘴巴張合時(shí)，可以看到氣竇的鼓動(dòng)。許多肉食獸腳類恐龍都有明顯的氣竇，如左方的霸王龍和右下方的瑪君龍，這個(gè)氣竇可以幫助這些殘暴的恐龍降降溫 | witmerlab

總結(jié)來說，不同類群的大型恐龍都有不同的策略來降溫，例如甲龍類利用鼻腔、蜥腳類除了鼻腔外還喘大氣、而獸腳類恐龍則利用鼓動(dòng)的氣囊來防止腦袋燒壞。作者也提到，未來希望可以擴(kuò)大研究領(lǐng)域，研究下鴨嘴龍或三角龍等其他類群的大型恐龍[2]。

另外，研究者們還提供了在線的一個(gè)大型恐龍頭顱內(nèi)部結(jié)構(gòu)的3D模型，感興趣的朋友可以登錄相關(guān)網(wǎng)站（https://sketchfab.com/3d-models/dinosaur-vascular-anatomy-thermal-physiology-ce6163daf99c4947956386049416fe67），親自鉆進(jìn)恐龍的腦袋里，探究它們不被燒壞的秘密。