Przez dziesięciolecia paleontolodzy debatowali, czy dinozaury były stałocieplne, jak współczesne ssaki i ptaki, czy zimnokrwiste, jak współczesne gady. Wiedza o tym, czy dinozaury były ciepło- czy zimnokrwiste, może dać nam wskazówki na temat ich aktywności i tego, jak wyglądało ich codzienne życie, ale metody określania ich ciepło- lub zimnokrwistości – jak szybko ich metabolizm może zamienić tlen w energię. — były niejednoznaczne. Ale w nowym artykule w Nature naukowcy ujawniają nową metodę badania tempa metabolizmu dinozaurów, wykorzystując wskazówki w ich kościach, które wskazywały, ile poszczególne zwierzęta oddychały w ostatniej godzinie życia.
„To jest naprawdę ekscytujące dla nas, paleontologów – pytanie, czy dinozaury były ciepłokrwiste, czy zimnokrwiste, jest jednym z najstarszych pytań w paleontologii, a teraz myślimy, że mamy konsensus, że większość dinozaurów była ciepłokrwista”. mówi Jasmina Wiemann, główna autorka artykułu i badaczka podoktorancka w California Institute of Technology.
„Nowe proxy opracowane przez Jasminę Wiemann pozwala nam bezpośrednio wnioskować o metabolizmie w wymarłych organizmach, o czym tylko marzyliśmy zaledwie kilka lat temu. Znaleźliśmy również różne szybkości metabolizmu charakteryzujące różne grupy, co wcześniej sugerowano w oparciu o inne metody, ale nigdy nie testowano bezpośrednio” – mówi Matteo Fabbri, badacz z tytułem doktora w Field Museum w Chicago i jeden z autorów badania.
Ludzie czasami mówią o metabolizmie w kategoriach tego, jak łatwo jest zachować formę, ale w istocie „metabolizm polega na tym, jak skutecznie przekształcamy wdychany przez nas tlen w energię chemiczną, która napędza nasze ciało” – mówi Wiemann, który jest związany z Uniwersytetem Yale i Muzeum Historii Naturalnej hrabstwa Los Angeles.
Zwierzęta o wysokim tempie metabolizmu są endotermiczne lub ciepłokrwiste; Zwierzęta stałocieplne, takie jak ptaki i ssaki, pobierają dużo tlenu i muszą spalać dużo kalorii, aby utrzymać temperaturę ciała i pozostać aktywnym. Zwierzęta zimnokrwiste lub zmiennocieplne, takie jak gady, mniej oddychają i mniej jedzą. Ich styl życia jest mniej kosztowny energetycznie niż zwierzęta stałocieplne, ale ma to swoją cenę: zwierzęta zimnokrwiste są zależne od świata zewnętrznego, który utrzymuje ich ciała w odpowiedniej temperaturze do funkcjonowania (jak jaszczurka wygrzewająca się na słońcu), i wydają się być mniej aktywne niż stworzenia stałocieplne.
Ponieważ ptaki były ciepłokrwiste, a gady zimnokrwiste, dinozaury zostały złapane w środku debaty. Ptaki są jedynymi dinozaurami, które przetrwały masowe wymieranie pod koniec kredy, ale dinozaury (a co za tym idzie, ptaki) są technicznie gadami – poza ptakami ich najbliższymi żyjącymi krewnymi są krokodyle i aligatory. Czy to sprawi, że dinozaury będą stałocieplne czy zimnokrwiste?
Naukowcy próbowali zebrać tempo metabolizmu dinozaurów na podstawie analiz chemicznych i osteohistologicznych ich kości. „W przeszłości ludzie przyglądali się kościom dinozaurów za pomocą geochemii izotopowej, która zasadniczo działa jak paleotermometr” – mówi Wiemann – naukowcy badają minerały w skamieniałości i określają, w jakich temperaturach te minerały się uformują. „To naprawdę fajne podejście i było naprawdę rewolucyjne, kiedy się pojawiło, i nadal zapewnia bardzo ekscytujący wgląd w fizjologię wymarłych zwierząt. Ale zdaliśmy sobie sprawę, że tak naprawdę nie rozumiemy jeszcze, jak procesy fosylizacji zmieniają odbierane sygnały izotopowe , więc trudno jest jednoznacznie porównać dane ze skamielin ze współczesnymi zwierzętami”.
Inną metodą badania metabolizmu jest tempo wzrostu. „Jeśli spojrzysz na przekrój tkanki kostnej dinozaura, zobaczysz serię linii, takich jak słoje drzew, które odpowiadają latom wzrostu” – mówi Fabbri. „Możesz policzyć linie wzrostu i przestrzeń między nimi, aby zobaczyć, jak szybko rósł dinozaur. Limit zależy od tego, jak przekształcasz szacunki tempa wzrostu w metabolizm: szybszy lub wolniejszy wzrost może mieć więcej wspólnego z etapem życia zwierzęcia niż z jego metabolizmem, na przykład jak rośniemy szybciej, gdy jesteśmy młodzi i wolniej, gdy jesteśmy starsi”.
Nowa metoda zaproponowana przez Wiemanna, Fabbri i ich kolegów nie bierze pod uwagę minerałów obecnych w kościach ani szybkości wzrostu dinozaura. Zamiast tego przyglądają się jednej z najbardziej podstawowych cech metabolizmu: zużyciu tlenu. Kiedy zwierzęta oddychają, tworzą się produkty uboczne, które reagują z białkami, cukrami i lipidami, pozostawiając molekularne „odpady”. Odpady te są niezwykle stabilne i nierozpuszczalne w wodzie, dzięki czemu zostają zachowane podczas procesu fosylizacji. Pozostawia za sobą zapis, ile tlenu wdychał dinozaur, a tym samym tempo jego metabolizmu.
Naukowcy szukali tych kawałków odpadów molekularnych w kopalnych kościach udowych o ciemnym kolorze, ponieważ te ciemne kolory wskazują, że zachowało się dużo materii organicznej. Zbadali skamieliny za pomocą spektroskopii w podczerwieni z transformacją Ramana i Fouriera – „te metody działają jak mikroskopy laserowe, możemy zasadniczo określić ilościowo obfitość tych markerów molekularnych, które mówią nam o tempie metabolizmu” – mówi Wiemann. „Jest to szczególnie atrakcyjna metoda dla paleontologów, ponieważ nie jest destrukcyjna”.
Zespół przeanalizował kości udowe 55 różnych grup zwierząt, w tym dinozaurów, ich latających kuzynów pterozaurów, ich bardziej odległych morskich krewnych plezjozaurów oraz współczesnych ptaków, ssaków i jaszczurek. Porównali ilość molekularnych produktów ubocznych związanych z oddychaniem ze znanymi tempami metabolizmu żywych zwierząt i wykorzystali te dane do wywnioskowania tempa metabolizmu tych wymarłych.
Zespół odkrył, że tempo metabolizmu dinozaurów było ogólnie wysokie. Istnieją dwie duże grupy dinozaurów, saurischian i ornithischian – biodra jaszczurek i biodra ptaków. Dinozaury o ptasich biodrach, takie jak triceratops i stegozaur, miały niskie tempo metabolizmu, porównywalne do tempa współczesnych zwierząt zimnokrwistych. Dinozaury o jaszczurze biodrach, w tym teropody i zauropody – dwunożne, bardziej przypominające ptaki drapieżne dinozaury, takie jak Velociraptor i T. rex oraz gigantyczne, długoszyje roślinożerne, takie jak Brachiosaurus – były ciepłolubne, a nawet gorącokrwiste. . Naukowcy byli zaskoczeni, gdy odkryli, że niektóre z tych dinozaurów były nie tylko stałocieplne – miały tempo metabolizmu porównywalne do współczesnych ptaków, znacznie wyższe niż u ssaków. Wyniki te uzupełniają poprzednie niezależne obserwacje, które wskazywały na takie trendy, ale nie mogły dostarczyć bezpośrednich dowodów z powodu braku bezpośredniego zastępstwa do wywnioskowania metabolizmu.
Naukowcy twierdzą, że te odkrycia mogą dać nam zupełnie nowy wgląd w to, jak wyglądało życie dinozaurów.
„Dinozaury o niższym tempie metabolizmu byłyby do pewnego stopnia zależne od temperatury zewnętrznej”, mówi Wiemann. „Jaszczurki i żółwie siedzą na słońcu i wygrzewają się, a my być może będziemy musieli rozważyć podobną „behawioralną” termoregulację u ornithischów z wyjątkowo niskim tempem metabolizmu. mógł być selektywnym czynnikiem dla miejsca, w którym niektóre z tych dinozaurów mogą żyć”.
Z drugiej strony, jak mówi, gorącokrwiste dinozaury byłyby bardziej aktywne i musiałyby dużo jeść. Gorącokrwiste olbrzymie zauropody były roślinożercami i wymagałoby to dużo materii roślinnej, aby wyżywić ten system metaboliczny. Miały bardzo sprawny układ trawienny, a ponieważ były tak duże, prawdopodobnie większym problemem było dla nich ochłodzenie. niż podgrzać.” Tymczasem teropody – grupa składająca się z ptaków – rozwinęły wysoki metabolizm jeszcze zanim niektórzy z ich członków wyewoluowali do lotu.
„Rekonstrukcja biologii i fizjologii wymarłych zwierząt jest jedną z najtrudniejszych rzeczy do zrobienia w paleontologii. To nowe badanie dodaje fundamentalny element układanki w zrozumieniu ewolucji fizjologii w głębokim czasie i uzupełnia poprzednie dane zastępcze używane do badania tych pytań. może teraz wywnioskować temperaturę ciała za pomocą izotopów, strategie wzrostu za pomocą osteohistologii i tempo przemiany materii za pomocą chemicznych pośredników” – mówi Fabbri.
Badanie to nie tylko daje nam wgląd w to, jak wyglądały dinozaury, ale także pomaga nam lepiej zrozumieć otaczający nas świat. Dinozaury, z wyjątkiem ptaków, wyginęły podczas masowego wyginięcia 65 milionów lat temu, kiedy asteroida uderzyła w Ziemię. „Posiadanie wysokiego tempa metabolizmu jest generalnie sugerowane jako jedna z kluczowych zalet, jeśli chodzi o przetrwanie masowego wymierania i udane wymieranie po nim” – mówi Wiemann – niektórzy naukowcy sugerowali, że ptaki przeżyły, podczas gdy nieptasie dinozaury wyginęły z powodu zwiększona zdolność metaboliczna ptaków. Ale to badanie, mówi Wiemann, pomaga pokazać, że to nieprawda: wiele dinozaurów z podobnymi do ptaków, wyjątkowymi zdolnościami metabolicznymi wyginęło.
„Żyjemy w trakcie szóstego masowego wymierania”, mówi Wiemann, „dlatego ważne jest, abyśmy zrozumieli, w jaki sposób współczesne i wymarłe zwierzęta fizjologicznie reagowały na poprzednie zmiany klimatyczne i perturbacje środowiskowe, tak aby przeszłość mogła wpływać na ochronę bioróżnorodności w teraźniejszości i informować o naszych przyszłych działaniach”.