Vögel halten sich mit Wärme warm, die von einigen der am härtesten arbeitenden Stoffwechselvorgänge auf dem Planeten erzeugt wird, während Eidechsen auf die Sonne angewiesen sind, um sie warm zu halten. Beide Gruppen sind mit Dinosauriern verbunden , und aus diesem Grund haben sich Paläontologen lange gefragt, ob Dinosaurier einen sogenannten kaltblütigen Stoffwechsel hatten wie ihre Eidechsen-Cousins, oder warmblütige Stoffwechsel wie ihre Vogel-Verwandten. Jetzt wissen Wissenschaftler die Antwort:Es ist beides.
Der Stoffwechsel eines Tieres bezieht sich darauf, wie viel Energie sein Körper verbraucht, um normale Funktionen auszuführen. Ein höherer Stoffwechsel – für dessen Aufrechterhaltung mehr Energie erforderlich ist – bedeutet, dass ein Tier aktiver sein kann, aber das Tier muss genug Nahrung zu sich nehmen und genug Sauerstoff atmen, um seinen Stoffwechselmotor am Laufen zu halten. Als zusätzlicher Bonus erzeugt ein hoher Stoffwechsel Wärme, die Tiere warm hält, daher der Begriff warmblütig oder endotherm. Die entgegengesetzte Stoffwechselstrategie erfordert weniger Energie und wird als kaltblütig oder ektotherm bezeichnet. Kaltblüter benötigen weniger Sauerstoff und Nahrung als endotherme Lebewesen, müssen aber ihre Körpertemperatur durch Verhalten regulieren. Anstatt ihre eigene Wärme zu erzeugen, halten sie ihre Innentemperatur aufrecht, indem sie sich in der Sonne aalen oder sich im Schatten verstecken.
„Vögel haben ihre außergewöhnlich hohen Stoffwechselraten von ihren Dinosaurier-Vorfahren geerbt, was ziemlich cool ist“, sagte Jasmina Wiemann, derzeit Postdoktorandin am CalTech und Hauptautorin einer neuen Studie über den Stoffwechsel von Dinosauriern, gegenüber WordsSideKick.com. In einer Analyse von 55 lebenden und ausgestorbenen Arten (darunter viele Dinosaurier) stellten Wiemann und Co-Autoren fest, dass Warmblüter, die derzeit nur bei Säugetieren und Vögeln vorkommen, bei Dinosauriern recht weit verbreitet waren, aber nicht alle Dinosaurier warm waren -blutig.
Durch die Analyse von Arten aus verschiedenen Dinosauriergruppen verfolgte das Team die Evolution des warmblütigen und kaltblütigen Stoffwechsels im Laufe der Zeit. Sie fanden heraus, dass Dinosaurier, die von einem Vorfahren abstammen, wahrscheinlich warmblütig waren, aber nicht alle Dinosaurier blieben so. In der Trias-Periode, vor 251,9 Millionen bis 201,3 Millionen Jahren, teilten sich die Dinosaurier in zwei große Gruppen:die Saurischianer („Echsenhüft“-Dinosaurier) und die Ornithischia („Vogelhüft“-Dinosaurier). Beweise deuten darauf hin, dass die Saurischianer, einschließlich fleischfressender Theropoden wie Tyrannosaurus und Allosaurus waren unter vielen anderen warmblütige Kreaturen wie ihre Vorfahren. Vögel stammen von dieser Linie ab und haben sich einen warmblütigen Stoffwechsel bewahrt.
Die Ornithischianer, zu denen Triceratops gehört und Hadrosaurus mit Entenschnabel , verloren mit der Zeit ihren schnellen Stoffwechsel und wurden zu Kaltblütern.
Diese Daten untermauern Erkenntnisse aus früheren Untersuchungen. Frühere Studien fanden beispielsweise heraus, dass Stegosaurus , eine ornithischische Gattung gepanzerter Pflanzenfresser, hatte eine außergewöhnlich niedrige Wachstumsrate — ein Kennzeichen eines langsamen, kaltblütigen Stoffwechsels. Eine weitere Studie fanden heraus, dass Hadrosaurier, eine Gruppe von Entenschnabel-Pflanzenfressern, Körpertemperaturen zu haben schienen, die viel zu unterschiedlich waren, als dass die Tiere warmblütig sein könnten. Andere Studien haben auf Warmblüter hingewiesen, wie die Entdeckung, dass einige Dinosaurierarten das ganze Jahr über in der Arktis lebten . Dies ist die erste Studie, die zeigt, dass Dinosaurier einen unterschiedlichen Stoffwechsel hatten und einem evolutionären Muster folgen. „Es ist sehr schön, dem auf den Grund zu gehen und zu erkennen, dass dies echte Muster sind, nicht nur Artefakte“, sagte Wiemann.
Laut Wiemann hatten Studien, die den Stoffwechsel von Dinosauriern untersuchten, zwei große Nachteile. Zum einen neigten sie dazu, indirekt auf den Stoffwechsel zu schließen, indem sie die Dicke der Eierschale, die Zahnstruktur oder Isotope – Variationen eines Elements analysierten mit unterschiedlich vielen Neutronen – die nach der Versteinerung übrig bleiben. Diese werden häufig verwendet, um die Wachstumsrate oder die Körpertemperatur zu bestimmen, die stellvertretend für die Stoffwechselrate stehen. Diese Proxys können Hinweise auf den Stoffwechsel eines Tieres geben, messen den Stoffwechsel aber nicht direkt. Zweitens sind die zur Durchführung dieser Forschung verwendeten Methoden oft destruktiv und erfordern, dass Forscher Fossilien beschädigen, um ihre Geheimnisse herauszukitzeln.
Anstatt unbezahlbare Fossilien zu Staub zu zermahlen, verwendeten Wiemann und ihre Kollegen für die neue Studie ein Streulichtmikroskop, um die chemische Zusammensetzung von Dinosaurierknochen zu bestimmen. Insbesondere suchten sie nach Abfallprodukten aus dem Stoffwechsel selbst (wie z. B. abgebaute Fette), die auf den Sauerstoffverbrauch im Körper eines Tieres hinweisen könnten – ein direktes Maß für die Stoffwechselrate.
Während diese Studie die Ergebnisse einiger früherer Arbeiten zum Stoffwechsel von Dinosauriern unterstützt, könnte Wiemanns zerstörungsfreie Probenahmemethode Wissenschaftlern eine beispiellose Möglichkeit bieten, die Stoffwechselentwicklung in anderen ausgestorbenen Abstammungslinien, nicht nur bei Dinosauriern, zu untersuchen.
Mit dieser zerstörungsfreien Methode können Paläontologen in Museumssammlungen eintauchen, "einen Knochen aus dem Regal nehmen und ohne große Vorbereitung analysieren", sagte Wiemann. "Aus diesem Grund konnten wir zum ersten Mal einen dieser wirklich großen Datensätze erstellen, die dann tatsächlich die Punkte verbinden."
Die Ableitung der Muster der Stoffwechselentwicklung bei Dinosauriern hat auch Fragen zum Stoffwechsel lebender Tiere aufgeworfen.
Zum Beispiel sind Vögel die einzige Dinosauriergruppe, die das Massensterben am Ende der Kreidezeit (vor ungefähr 145 Millionen bis 66 Millionen Jahren) überlebt hat, daher könnte es scheinen, als ob ihr hochaktiver Stoffwechsel ihnen einen Vorteil verschafft hätte. Viele andere Dinosaurier, die energiehungrige Stoffwechselraten zu haben schienen, hatten jedoch nicht so viel Glück. Ob der Stoffwechsel zu dieser Zeit eine große Rolle beim Überleben spielte, ist eine Frage, die Wiemann hoffentlich bald beantworten kann.
Die Studie fand auch heraus, dass der Stoffwechsel von Warmblütern in drei verschiedenen Evolutionslinien auftrat:bei Dinosauriern, bei Säugetieren und bei einer Gruppe ausgestorbener Meeresreptilien, die als Plesiosaurier bekannt sind. Diese Linien erreichten nicht nur unabhängig voneinander einen höheren Stoffwechsel, sie taten dies alle ungefähr zur gleichen Zeit während der Trias-Zeit. „Ich finde es ziemlich faszinierend zu erkennen, dass alles mehr oder weniger zur gleichen Zeit passiert ist“, sagte Wiemann.
Wiemann bemerkte, dass zukünftige Studien mit der Forschungsmethode des Teams das Wissen der Wissenschaftler über die Stoffwechselevolution erweitern könnten. „Sie könnten uns schließlich sagen, welche Rolle Massensterben und evolutionäre Engpässe tatsächlich spielen, um verschiedenen Tiergruppen die Möglichkeit zu geben, ihre Stoffwechselkapazitäten zu erweitern und zu erforschen“, sagte Wiemann. "Ich denke, es gibt da draußen in der Zukunft etwas sehr Aufregendes."
Die Ergebnisse wurden am 25. Mai in der Zeitschrift Nature veröffentlicht .