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Paläontologie

„Heißen“ und „kalten“ Dinos auf der Spur

Schematische Darstellung einiger Tiere, die im Rahmen der Studie untersucht wurden. Orange Farbtöne kennzeichnen dabei einen hohen und blaue eine niedrige Stoffwechselrate. © J. Wiemann

Wie kamen die Wesen der Urzeit auf Betriebstemperatur? Inwieweit die Dinosaurier schon gleichwarm wie Vögel und Säuger oder wechselwarm wie heutige Reptilien waren, erscheint noch immer unklar. Nun präsentieren Forscher eine neue Methode, die mehr Licht auf diese Frage werfen kann. Sie liefert Hinweise auf den Stoffwechsel der Tiere anhand von fossilen Spuren ihres Sauerstoffverbrauchs. Die Ergebnisse bestätigen, dass die meisten Dinosaurier gleichwarm waren und einige sogar eine besonders hohe Stoffwechselrate besaßen. Manche waren aber offenbar durchaus auch wechselwarm. Die Informationen ermöglichen wiederum Rückschlüsse auf die Lebensweise, sagen die Paläontologen.

Eidechse und Co legen sich in die Sonne oder müssen mit den Umgebungswerten als körperliche Betriebstemperatur zurechtkommen. Vögel und Säuger brauchen das hingegen nicht – sie erzeugen selber eine optimale Körperwärme durch ihre hohe Stoffwechselrate. Diese beiden Konzepte teilen die heutigen Tiere in wechselwarme und gleichwarme Wesen ein. Beide Systeme haben dabei Vor- und Nachteile: Wechselwarme Tiere sparen Energie, denn die Körperwärme kommt kostenlos von außen. Kühle Bedingungen stellen sie allerdings buchstäblich kalt und selbst bei Wärme sind sie nicht so flink wie gleichwarme Tiere. Säugetiere und Vögel müssen sich ihre körpereigene „Heizung“ allerdings leisten können: Sie benötigen vergleichsweise viel Nahrung, um ihren Stoffwechsel zu befeuern.

Doch zu welcher Kategorie gehörten die Dinosaurier? Lange Zeit nahm man an, sie seien wechselarm wie die heutigen Reptilien gewesen. Doch mittlerweile haben verschiedene Studien bereits deutliche Hinweise darauf geliefert, dass zumindest einige Vertreter gleichwarm waren. Doch die bisher genutzten Nachweisverfahren ließen Fragen offen, sagen die Forscher um Jasmina Wiemann California Institute of Technology in Pasadena. „Bisher hat man bestimmte Isotope in Dinosaurierknochen untersucht, die im Grunde wie ein Paläothermometer funktionieren“, sagt Wiemann. „Das war revolutionär und das Verfahren liefert weiterhin sehr spannende Einblicke. Aber es bleibt fraglich, wie Fossilisierungsprozesse die Isotopensignale verändert haben, sodass es schwierig ist, die Daten von Fossilien mit denen moderner Tiere eindeutig zu vergleichen“, erklärt Wiemann.

Thermoregulation im Spiegel des Sauerstoffverbrauchs

Eine weitere Methode, die Hinweise auf die Thermoregulation geliefert hat, war der Nachweis von Wachstumsraten in Dinosaurierknochen. Untersuchungen haben beispielsweise gezeigt, dass Dinosaurier schnell wuchsen, was hohe Stoffwechselraten nahelegt, die für gleichwarme Tiere typisch sind. Das von Wiemann und ihren Kollegen entwickelte Verfahren erlaubt es nun hingegen, direkt auf den Stoffwechsel der ausgestorbenen Tiere zu schließen. Denn es basiert auf dem Nachweis fossiler Spuren des Sauerstoffverbrauchs. Wie die Forscher erklären, handelt es sich dabei um molekulare Substanzen, die im Zusammenhang mit der zellulären Atmung aus Proteinen, Zuckern und Lipiden entstehen. Diese Reaktionsprodukte sind äußerst stabil und wasserunlöslich, sodass sie während des Fossilisierungsprozesses erhalten bleiben können. Der Gehalt an diesen Substanzen liefert somit Hinweise auf den Sauerstoffverbrauch eines Dinosauriers und somit auf seine Stoffwechselraten.

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Besonders reich an diesen Spuren sind den Forschern zufolge häufig dunkel gefärbte fossile Oberschenkelknochen, denn diese Färbung deutet darauf hin, dass viel organisches Material erhalten geblieben ist. Nachweisen lassen sich die Substanzen mittels spezieller Verfahren der Mikroskopie, erklären die Wissenschaftler. „Sie ähneln der Lasermikroskopie und ermöglichen es uns, die Häufigkeit dieser molekularen Marker zerstörungsfrei zu quantifizieren, die uns etwas über die Stoffwechselraten verraten“, sagt Wiemann.

Um das Potenzial der Methode auszuloten, hat das Team die Oberschenkelknochen von 55 verschiedenen Tiergruppen analysiert. Darunter waren unterschiedliche Vertreter der Dinosaurier und einige ihrer Verwandten sowie moderne Vögel, Säugetiere und Reptilien. Durch die Vergleiche mit den Ergebnissen bei diesen Lebewesen mit bekannten Stoffwechselraten waren Rückschlüsse auf die Merkmale der ausgestorbenen Tiere möglich, erklären die Forscher. Wie sie berichten, rundeten ihre Ergebnisse nun die Hinweise aus früheren Studien entscheidend ab: „Die Frage, ob Dinosaurier warmblütig oder kaltblütig waren, ist eine der ältesten Fragen der Paläontologie, und jetzt glauben wir, dass wir einen Konsens darüber erreicht haben, dass die meisten Dinosaurier warmblütig waren“, sagt Wiemann.

Heißblütiger T. rex und cooler Stegosaurus

Im Detail zeichnen sich dabei interessante Besonderheiten ab. Es gab demnach offenbar auch durchaus wechselwarme Dinosaurier: Vertreter aus der Gruppe, zu der Triceratops und Stegosaurus gehörten, besaßen den Ergebnissen zufolge niedrige Stoffwechselraten, die mit denen moderner Reptilien vergleichbar sind. Doch die großen Gruppen der Theropoden und Sauropoden – die zweibeinigen, eher vogelähnlichen Raubsaurier wie Velociraptor und T. rex und die riesigen, langhalsigen Pflanzenfresser wie Brachiosaurus – waren warmblütig, bestätigten die Analysen. Überraschend war dabei, dass man einige dieser Dinosaurier sogar als „heißblütig“ bezeichnen könnte. Denn es zeichneten sich Stoffwechselraten ab, die mit denen moderner Vögel vergleichbar waren und weit über denen von Säugetieren lagen, berichten die Forscher.

„Unsere Arbeit fügt ein grundlegendes Puzzleteil zum Verständnis der Evolution der Physiologie hinzu und ergänzt die bisherigen Verfahren: Wir können nun anhand von Isotopen Rückschlüsse auf die Körpertemperatur, anhand der Osteohistologie auf die Wachstumsstrategien und nun auch anhand von chemischen Spuren auf die Stoffwechselraten ziehen“, resümiert Co-Autor Matteo Fabbri, ein Postdoktorand am Field Museum in Chicago .

Den Forschern zufolge können ihre sowie zukünftige Erkenntnisse neues Licht auf die Lebensweise ausgestorbener Tiere werfen: „Bei Dinosauriern mit außergewöhnlich niedrigen Stoffwechselraten müssen wir etwa ähnliche ‚verhaltensbedingte‘ Wärmeregulierungen in Betracht ziehen, wie bei manchen heutigen Reptilien“, so Wiemann. „Sie mussten während der kalten Jahreszeit möglicherweise auch in wärmere Gefilde ausweichen und das Klima könnte bestimmt haben, wo einige dieser Arten leben konnten“. Die warmblütigen Dinosaurier waren wohl flexibler. „Einige Wissenschaftler haben auch vermutet, dass die Vorfahren der heutigen Vögel im Gegensatz zu den nicht-aviären Dinosauriern das Massensterben vor 65 Millionen Jahren überlebten, weil sie eine hohe Stoffwechselrate aufweisen. Unsere Ergebnisse zeigen nun allerdings, dass das so nicht stimmt. Denn viele Dinosaurier mit vogelähnlich hohen Stoffwechselraten sind ebenfalls ausgestorben“, hebt Wiemann hervor.

Quelle: Field Museum, Fachartikel: Nature, doi: 10.1038/s41586-022-04770-6

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