侏罗纪虹吸

蜥脚类恐龙是地球上最高的动物。蜥脚类动物的化石表明,一些蜥脚类动物的脖子长达12米。蜥脚类动物经常被描绘成昂首挺胸的样子——就像经典电影《侏罗纪公园》里的那样。然而,这是不是真的是一个科学争议的问题。高昂的头部需要巨大的心脏来产生足够高的压力,将血液推到颈部以对抗重力。用一个日常的例子来说,花园水管里的水压力越高,水喷射到空中的高度就越高。蜥脚类动物的心脏必须产生与花园软管或喷泉相同的压力,将水喷射到12米高的空中。

图1所示。花园剧场舞台上的实验设备照片。在水中添加了红色食用色素以提高能见度。将一根30米长13毫米内径的PVC管连接到潜水泵上。在管子的另一端安装了一个流量计。油管的中间连接到一个分段飞杆上,并提升到距分段地面15米的高度。

对于心脏过大的问题,一个解决方案是,蜥脚类动物脖子的自然姿势是水平的,这就避免了高血压的需要。然而,另一种观点认为,蜥脚类恐龙脖子的自然姿势是垂直的,就像天鹅一样。所有现存的长颈动物,比如鸸鹋、鸵鸟、鹤和长颈鹿,它们的头自然都是高昂的,尽管它们在必要的时候也会弯腰吃喝。长颈鹿用它的长脖子吃树上的叶子。由于蜥脚类动物是食草动物,它们大部分时间都需要吃东西,而长脖子会增加“储藏室”的高度——尤其是在热带雨林中,大部分树叶都在上层树冠上。

这篇论文描述了一系列的实验,这些实验证明,如果蜥脚类动物的脖子上有一个虹吸管,血液就可以被泵到头部,而不用像今天活着的动物那样有超大的心脏。虹吸管的一个关键特征是流出的液体会拉入液体,这是一种液体链。如果在蜥脚类动物的颈部有一个虹吸管,心脏只需要提供足够的能量来克服血管中的摩擦,而不是重力

图2所示。这张图显示了血液是如何在脖子垂直和水平的情况下回流到蜥脚类动物心脏的。颈部垂直时,颈内静脉(IJP)塌陷,血液通过椎静脉丛(VVP)回流。颈部水平时,VVP塌陷,IJP专利。

这种情况的一个问题是,头部和颈部会存在明显的负压,这会产生吸力作用,使薄壁静脉和其他血管塌陷。长颈鹿可以长时间保持头部垂直,不会晕倒。所以很明显血液可以流回颈部。如果静脉因负压而塌陷,一定有替代通道。有。它叫做椎静脉丛(VVP)。当处于垂直状态时,颈静脉塌陷,VPP打开,允许血液回流到心脏。像蜥脚类动物的VPP这样的结构即使在头部高度极高的情况下也能允许静脉回流。吞没VPP的液体消除了静脉中的负压,使静脉在低血压时保持畅通。其物理原理与地面浸水的情况类似——浸水的地面可以抬升埋在地下的储罐。

如果从产生压力的角度来看,蜥脚类动物的心脏与长颈鹿相似,那么12米就是血液中形成气泡之前的最大高度,也是化石记录中蜥脚类动物脖子的最大长度。这只是巧合吗?最近的研究表明官方manbetx手机版,长颈鹿的心脏能够产生足够的压力将血液输送到头部,而不需要额外的厚肌肉壁。所以,一个有趣的问题是,蜥脚类动物是否有正常大小的心脏,却能产生足够的压力使血液流向头部。如果是这样的话,虹吸管在节省心脏能量方面仍然是有用的。

斯蒂芬·休斯,约翰·巴里,杰里米·罗素,罗伯特·贝尔,索姆·古隆

出版

蜥脚类恐龙的颈长和平均动脉压。
刘国强,刘国强,刘国强,刘国强。
生物学报,2016年4月15日

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