Chemische Hinweise enthüllen den Stoffwechsel von Dinosauriern

Schematische Darstellung einer Untergruppe von Tieren, die im Rahmen der Studie untersucht wurden. Stoffwechselraten und die daraus resultierenden thermophysiologischen Strategien sind farbkodiert, orangefarbene Farbtöne charakterisieren hohe Stoffwechselraten, die mit warmblütigen Blutungen zusammenfallen, und blaue Farbtöne charakterisieren niedrige Stoffwechselraten, die mit kaltblütigen Blutungen zusammenfallen. Von links nach rechts: Plesiosaurier, Stegosaurus, Diplodocus, Allosaurus, Calypt (moderner Kolibri). Bildnachweis: J. Wiemann

Jahrzehntelang diskutierten Paläontologen darüber, ob Dinosaurier warmblütig wie moderne Säugetiere und Vögel oder kaltblütig wie moderne Reptilien seien. Zu wissen, ob Dinosaurier warm- oder kaltblütig waren, kann uns Hinweise darauf geben, wie aktiv sie waren und wie ihr tägliches Leben war, aber Möglichkeiten, ihre Warm- oder Kaltblüter zu bestimmen – wie schnell ihr Stoffwechsel Sauerstoff in Energie umwandelt – waren bisher nicht schlüssig. Aber in einem neuen Papier in Natur temperierenWissenschaftler zeigen eine neue Möglichkeit, die Stoffwechselraten von Dinosauriern zu untersuchen, indem sie Hinweise in ihren Knochen verwenden, die darauf hinweisen, wie viel einzelne Tiere in der letzten Stunde ihres Lebens geatmet haben.

„Das ist wirklich spannend für uns als Paläontologen – die Frage, ob Dinosaurier warmblütig oder kaltblütig waren, ist eine der ältesten Fragen in der Paläontologie, und jetzt glauben wir, dass wir einen Konsens darüber haben, dass die meisten Dinosaurier warmblütig waren“, Yasmina Wehmann, Autor des Artikels Principal and Postdoctoral Research Fellow am Caltech.

„Der von Jasmina Wiemann entwickelte neue Wirkstoff erlaubt uns, direkt auf den Stoffwechsel ausgestorbener Organismen zu schließen, wovon wir vor wenigen Jahren nur geträumt haben. Wir haben auch unterschiedliche Stoffwechselraten gefunden, die verschiedene Gruppen charakterisieren, die zuvor mit anderen Methoden vorgeschlagen wurden “, sagt Mathieu. Fabry, Postdoktorand am Chicago Field Museum und einer der Autoren der Studie: „Aber es wurde nie direkt getestet.“

Die Leute sprechen manchmal über den Stoffwechsel in Bezug darauf, wie leicht eine Person in Form bleibt, aber im Wesentlichen „ist der Stoffwechsel, wie effektiv wir den Sauerstoff, den wir atmen, in chemische Energie umwandeln, die unseren Körper antreibt“, sagt Weiman, der der Yale University und dem Los angehört Angeles County Museum für Naturgeschichte. .

Tiere mit einer hohen Stoffwechselrate sind endotherm oder warmblütig. Warmblüter wie Vögel und Säugetiere verbrauchen viel Sauerstoff und müssen viele Kalorien verbrennen, um ihre Körpertemperatur zu halten und aktiv zu bleiben. Kaltblüter wie Reptilien atmen weniger und fressen weniger. Ihr Lebensstil ist weniger teuer als der von warmblütigen Tieren, aber es hat seinen Preis: Kaltblütige Tiere sind auf die Außenwelt angewiesen, um ihren Körper auf der richtigen Temperatur zu halten, um zu funktionieren (wie eine Eidechse, die sich in der Sonne sonnt), und Sie neigen dazu, weniger aktiv zu sein als warmblütige Kreaturen.

Da Vögel warmblütig und Reptilien kaltblütig sind, wurden Dinosaurier in die Debatte verwickelt. Vögel sind die einzigen Dinosaurier, die das Massensterben am Ende der Kreidezeit überlebt haben, aber Dinosaurier (und damit Vögel) sind technisch gesehen Reptilien – abgesehen von Vögeln sind Krokodile und Krokodile ihre nächsten Verwandten. Werden Dinosaurier dadurch warm- oder kaltblütig?

Wissenschaftler haben versucht, die Stoffwechselraten von Dinosauriern aus chemischen und histologischen Analysen ihrer Knochen zu extrahieren. „In der Vergangenheit betrachteten die Menschen Dinosaurierknochen mit einer Geochemie von Isotopen, die im Grunde wie ein altes Thermometer funktionierten“, sagt Wiemann, während er Mineralien in den Fossilien untersucht und die Temperaturen bestimmt, bei denen sich diese Mineralien bilden würden. „Es ist eine wirklich coole Methode. Und es war wirklich revolutionär, als es herauskam, und es liefert immer noch sehr spannende Einblicke in die Physiologie ausgestorbener Tiere. Aber wir haben festgestellt, dass wir noch nicht wirklich verstehen, wie Fossilisierungsprozesse die Isotopensignale verändern.“ die wir aufgreifen, daher ist es schwierig, Daten von Fossilien mit Tieren zu vergleichen.” Eindeutig modern.”

Eine andere Möglichkeit, den Stoffwechsel zu untersuchen, ist die Wachstumsrate. “Wenn Sie sich einen Querschnitt durch Knochengewebe von Dinosauriern ansehen, können Sie eine Reihe von Linien sehen, die wie Baumringe dem jahrelangen Wachstum entsprechen”, sagt Fabry. „Sie können Wachstumslinien und den Abstand zwischen ihnen berechnen, um zu sehen, wie schnell ein Dinosaurier gewachsen ist. Die Grenze hängt davon ab, wie Sie Schätzungen der Wachstumsrate in den Stoffwechsel umwandeln: Schnelleres oder langsameres Wachstum kann mehr mit dem Lebensabschnitt eines Tieres zu tun haben als mit dem Stoffwechsel , wie wir schneller wachsen, wenn wir jung sind, und langsamer, wenn wir älter sind.“

Die von Wyman, Fabry und ihren Kollegen vorgeschlagene neue Methode betrachtet nicht die Mineralien in den Knochen oder wie schnell Dinosaurier gewachsen sind. Stattdessen betrachten sie eines der Kennzeichen des Grundstoffwechsels: die Verwendung von Sauerstoff. Wenn Tiere atmen, entstehen Nebenprodukte, die mit Proteinen, Zuckern und Fetten reagieren und molekulare „Abfälle“ hinterlassen. Dieser Abfall ist sehr stabil und wasserunlöslich, sodass er während des Versteinerungsprozesses konserviert wird. Es hinterlässt Aufzeichnungen darüber, wie viel Sauerstoff ein Dinosaurier geatmet hat und damit seine Stoffwechselrate.

Warmblütiger T. rex und kaltblütiger Stegosaurus: chemische Beweise, die den Stoffwechsel von Dinosauriern enthüllen.

Mikroskopische Ansicht von Weichgewebe, das aus den Knochen eines Allosaurus-Exemplars extrahiert wurde, das auf metabolische Hinweise (metabolische Querverbindungen) in den verknöcherten Auswüchsen der Protein-Knochenmatrix untersucht wurde. Die Ossifikation führt zusätzliche Vernetzungen ein, die in Kombination mit metabolischen Vernetzungen die charakteristische braune Farbe der fossilen extrazellulären Matrix erzeugen, die Osteoblasten (verzweigte dunkle Strukturen) und Blutgefäße (röhrenartige Struktur in der Mitte) an Ort und Stelle hält. Bildnachweis: J. Wiemann

Die Forscher suchten nach diesen molekularen Abfallstücken in dunkel gefärbten Knochenfossilien, da diese dunkleren Farben darauf hindeuten, dass viel organisches Material erhalten geblieben ist. Sie untersuchten die Fossilien mittels Raman- und Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie – „diese Methoden funktionieren wie Lasermikroskope, wir können im Grunde die Häufigkeit dieser molekularen Marker bestimmen, die uns etwas über ihren Stoffwechsel verraten“, sagt Wiemann. “Es ist eine besonders attraktive Methode für Paläontologen, weil sie zerstörungsfrei ist.”

Das Team analysierte die Oberschenkel von 55 verschiedenen Tiergruppen, darunter Dinosaurier, ihre fliegenden Cousins ​​​​Flugsaurier und ihre entfernteren marinen Verwandten Plesiosaurier, Vögel, Säugetiere und moderne Eidechsen. Sie verglichen die Menge an molekularen Nebenprodukten, die mit der Atmung verbunden sind, mit den bekannten Stoffwechselraten lebender Tiere und nutzten diese Daten, um auf die Stoffwechselraten ausgestorbener Tiere zu schließen.

Das Team stellte fest, dass die Stoffwechselraten der Dinosaurier im Allgemeinen hoch waren. Es gibt zwei große Gruppen von Dinosauriern, die Saurier und Ornithischianer – die Hüfte der Eidechse und die Hüfte des Vogels. Dinosaurier mit Echsenhüften, wie Triceratops und Stegosaurus, hatten niedrigere Stoffwechselraten, ähnlich denen moderner kaltblütiger Tiere. Hiphoped-Dinosaurier, einschließlich Theropoden und Sauropoden – beinige, eher vogelähnliche Raubsaurier wie Velociraptor und T-Rex und riesige langhalsige Pflanzenfresser wie Brachiosaurus – waren warmblütig oder sogar warmblütig. Die Forscher waren überrascht zu entdecken, dass einige dieser Dinosaurier nicht nur warmblütig waren – ihre Stoffwechselraten waren denen moderner Vögel ähnlich, viel höher als die von Säugetieren. Diese Ergebnisse ergänzen frühere unabhängige Beobachtungen, die auf solche Trends hindeuteten, aber aufgrund des Fehlens eines direkten Proxys für metabolische Schlussfolgerungen keine direkten Beweise liefern konnten.

Die Forscher sagen, dass diese Ergebnisse uns grundlegend neue Einblicke in das Leben der Dinosaurier geben könnten.

„Dinosaurier mit niedrigeren Stoffwechselraten waren etwas abhängig von Außentemperaturen“, sagt Wyman. “Eidechsen und Schildkröten sitzen in der Sonne und aalen sich, und wir müssen möglicherweise an eine ähnliche “Verhaltens”-Thermoregulation bei Vögeln mit außergewöhnlich niedrigen Stoffwechselraten denken. Kaltblütige Dinosaurier müssen möglicherweise auch in der kalten Jahreszeit und im Mai in wärmere Klimazonen migrieren waren ein selektiver Faktor dafür, wo einige dieser Dinosaurier leben könnten.“

Auf der anderen Seite, sagt sie, seien warmblütige Dinosaurier aktiver und müssten viel fressen. „Riesige, warmblütige Sauropoden waren Pflanzenfresser, und es würde eine Menge Pflanzenmaterial erfordern, um dieses Stoffwechselsystem mit Energie zu versorgen. Sie hatten sehr effiziente Verdauungssysteme, und weil sie so groß waren, war es wahrscheinlich ein großes Problem für sie, sie zu kühlen runter von der Heizung.” Währenddessen entwickelten Theropoden-Dinosaurier – die Gruppe, zu der auch Vögel gehören – einen hohen Stoffwechsel, noch bevor sich einige ihrer Mitglieder zum Fliegen entwickelten.

“Die Rekonstruktion der Biologie und Physiologie ausgestorbener Tiere ist eine der schwierigsten Aufgaben in der Paläontologie. Diese neue Studie fügt ein wesentliches Puzzleteil zum Verständnis der Evolution der Physiologie in der Antike hinzu und ergänzt frühere Mittel, die zur Untersuchung dieser Fragen verwendet wurden. Wir können jetzt die Körpertemperatur aus Isotopen, Wachstumsstrategien aus der Knochenmorphologie und Stoffwechselraten aus chemischen Wirkstoffen ableiten“, sagt Fabry.

Diese Studie gibt uns nicht nur einen Einblick in das Aussehen der Dinosaurier, sondern hilft uns auch, die Welt um uns herum heute besser zu verstehen. Dinosaurier, mit Ausnahme von Vögeln, starben bei einem Massensterben vor 65 Millionen Jahren aus, als ein Asteroid die Erde traf. “Es wurde vermutet, dass eine allgemein höhere Stoffwechselrate einer der Hauptvorteile ist, wenn es darum geht, Massensterben zu überleben und danach erfolgreich zu verstrahlen”, sagt Wyman, und einige Wissenschaftler haben vorgeschlagen, dass die Vögel überlebten, während die Nicht-Vogel-Dinosaurier starben wegen den vögeln. Erhöhte Stoffwechselkapazität. Aber diese Studie, sagt Wiemann, hilft zu zeigen, dass das nicht stimmt: Viele Dinosaurier mit vogelähnlichen Stoffwechselfähigkeiten starben aus.

„Wir leben im sechsten Massenaussterben, daher ist es für uns wichtig zu verstehen, wie physiologisch moderne und ausgestorbene Tiere auf den Klimawandel und vergangene Umweltstörungen reagiert haben, damit die Vergangenheit den Schutz der biologischen Vielfalt in der Gegenwart und unser zukünftiges Handeln beeinflussen kann “, sagt Wyman.


Die Studie zeigt, dass Dinosaurier warmblütig waren


Mehr Informationen:
Jasmina Wiemann, Fossile Biomoleküle enthüllen vogelähnlichen Stoffwechsel bei Dinosaurier-Vorfahren, Natur temperieren (2022). DOI: 10.1038/s41586-022-04770-6. www.nature.com/articles/s41586-022-04770-6

das Zitat: Warmblooded T. rex and Cold-blooded Stegosaurus: Chemical Evidence Revealing Dinosaur Metabolism (2022, 25. Mai), abgerufen am 26. Mai 2022 von https://phys.org/news/2022-05-hot-blooded -rex -Kälte -Blut-Stegosaurus-Chemikalie. html

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