(Gigantic dinosaurs like the sauropod Diplodocus, which weighed over 15 tons and was longer than an 18-wheeler truck, would have had problems with potentially lethal overheating. Hot blood from the body core would have been pumped to the head, damaging the delicate brain. New research shows that in sauropods, evaporation of moisture in the nose and mouth would have cooled extensive networks of venous blood destined for the brain. Other large dinosaurs evolved different brain-cooling mechanisms, but all involving evaporative cooling of blood in different regions of the head. Credit: Life restoration by Michael Skrepnick. Courtesy of WitmerLab at Ohio University.)
(Recent research by Porter and Witmer has shown that different dinosaur groups had different thermal physiological strategies to help moderate brain temperatures in the face of high heat loads. Evaporatively cooled blood in different sites of heat exchange was shuttled to the brain region to help moderate brain temperatures. This 3D model generated by Ryan Ridgely replicates the content of Figure 1 of Porter & Witmer (2019). Small-bodied dinosaurs like Stegoceras had a balanced pattern of blood supply with no particular emphasis on any one site of heat exchange whereas larger-bodied dinosaurs had a more focused thermal strategy, emphasizing blood flow to the nasal region (Euoplocephalus), oral & nasal regions (Camarasaurus), or the antorbital air sinus (Majungasaurus). Development of focused thermal strategies is associated with the evolution of large body sizes. Credit: Courtesy of WitmerLab at Ohio University.)
공룡이 온혈 동물이었는지 혹은 중온 동물이었는지는 아직도 논쟁이 있는 주제 중 하나입니다. 대부분의 고생물학자들이 공룡이 대사가 느린 파충류라고 생각하지 않고 있지만, 이들이 얼마나 완전한 온혈성을 지녔는지에 대해서는 의견이 일치하지 않고 있습니다. 하지만 한 가지 확실한 것은 대형 공룡들이 뇌를 식혀야 할 필요가 있다는 것입니다.
뇌는 대사량이 많아 열 발생이 많은 장기임과 동시에 열이 민감한 장기입니다. 이점은 상대적으로 뇌가 큰 수각류 공룡 뿐 아니라 용각류 초식 공룡에게도 중요한 문제입니다. 덩치가 클수록 많은 열이 발생하기 때문에 뇌를 식힐 수 있는 냉각 시스템이 필요합니다. 따라서 인간은 물론이고 많은 육상 척추동물들이 열을 식힐 수 있는 체온 조절 시스템을 지니고 있습니다. 하지만 멸종 동물인 공룡의 냉각 시스템에 대해서는 아직 밝혀지지 않은 부분이 많습니다.
오하이오 대학의 루거 포터 (Ruger Porter) 교수가 이끄는 연구팀은 해부학적 데이터를 바탕으로 다양한 공룡들의 냉각 방식을 조사했습니다. 연구팀에 따르면 작은 공룡들은 뇌를 냉각시키는데 큰 어려움이 없었던 것으로 보입니다. 이들의 뇌 주변 혈관이나 구강 및 비강은 균형 잡힌 형태이기 때문입니다. 냉각을 위해 특정 부분이 커진 증거는 없었습니다. 하지만 대형 공룡들은 다양한 냉각 시스템을 발전시켰습니다.
예를 들어 대형 초식 공룡인 용각류 (sauropod)나 비교적 큰 초식 공룡인 안킬로사우루스 (ankylosaurs)는 열을 식히기 위한 용도임이 분명한 큰 비강 (naval cavity)와 구강 (oral cavity)를 지니고 있었습니다. 포유류처럼 땀을 흘려 열을 식히기는 어려웠기 때문에 코와 입으로 공기를 지나가게 하고 체액을 증발시켜 열을 식히는 구조였습니다. 이를 위해 매우 큰 공간과 풍부한 혈관이 발달했습니다. (사진 참조)
그런데 여기서 흥미로운 사실은 이런 대형 공룡들이 단일 조상에서 유래한 것이 아니라 사실 모두 작은 크기의 조상에서 독립적으로 진화한 후손들이라는 점입니다. 따라서 열을 식히는 시스템 역시 독자 진화한 것으로 조금씩 형태가 다릅니다. 디플로도쿠스 같은 대형 용각류의 경우 비강과 입이 큰 편인 반면 안킬로사우루스는 비강만 큰 형태입니다. 티라노사우루스 같은 대형 수각류의 경우에는 콧구멍 가까이에 큰 부비동 (sinus)가 있어 열을 식힙니다.
이와 같은 복잡한 구조는 공룡의 생리학적 구조가 꽤 복잡하다는 것을 의미합니다. 일반적으로 대형 초식 공룡은 상대적으로 뇌가 작아 지능이 낮고 행동이 느렸을 것이라는 생각이 있지만, 이들의 뇌 역시 매우 활발하게 움직였던 것 같습니다. 비록 오래전 멸종되어 사라진 생물이지만, 과학자들은 비조류 공룡의 실체를 이렇게 하나씩 밝혀 나가고 있습니다.
참고
Vascular Patterns in the Heads of Dinosaurs: Evidence for Blood Vessels, Sites of Thermal Exchange, and Their Role in Physiological Thermoregulatory Strategies, Anatomical Record (2019).
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