Heiß oder nicht? Ein Blick in das Ohr eines Tieres – selbst eines versteinerten – kann Ihnen sagen, ob es warm- oder kaltblütig war. Unter Verwendung einer neuartigen Methode, die die Größe und Form der inneren Gehörgänge analysiert, legen Forscher nahe, dass die Vorfahren der Säugetiere vor etwa 233 Millionen Jahren abrupt warmblütig wurden, berichtet das Team Natur 20. Juli.
Warmblüter oder Endothermie gibt es nicht nur bei Säugetieren – Vögel, die einzigen lebenden Dinosaurier, sind ebenfalls warmblütig. Endothermie ist jedoch eines der Hauptmerkmale von Säugetieren, das es den Tieren ermöglicht, ihre innere Körpertemperatur zu regulieren, indem sie ihre Stoffwechselraten steuern. Diese Eigenschaft ermöglichte es Säugetieren, Umweltnischen vom Pol bis zum Äquator zu besetzen und die Instabilität des alten Klimas zu überstehen (SN: 7.6.22).
Wann sich die Endothermie entwickelte, war jedoch ein Rätsel. Basierend auf fossilen Analysen von Wachstumsraten und Sauerstoffisotopen in Knochen haben Forscher Daten für seine Entstehung bis vor 300 Millionen Jahren vorgeschlagen.
Die Innenohrstrukturen von Säugetieren und ihren Vorfahren sind der Schlüssel zur Lösung dieses Rätsels, sagt Ricardo Araújo, Wirbeltierpaläontologe an der Universität Lissabon. Bei allen Wirbeltieren enthält das Labyrinth aus halbkreisförmigen Kanälen im Innenohr eine Flüssigkeit, die auf Kopfbewegungen reagiert, gegen winzige Haarzellen im Ohr streift und hilft, den Gleichgewichtssinn aufrechtzuerhalten. Diese Flüssigkeit kann je nach Körpertemperatur dicker oder dünner werden.
„Säugetiere haben sehr einzigartige Innenohren“, sagt Araújo. Im Vergleich zu wechselwarmen Wirbeltieren ähnlicher Größe seien die Abmessungen der Bogengänge von Säugetieren – wie Dicke, Länge und Krümmungsradius – besonders klein, sagt er. „Die Gänge sind sehr dünn und im Vergleich zu anderen Tieren tendenziell sehr kreisförmig.“ Im Gegensatz dazu haben Fische die größten für ihre Körpergröße.
Was wäre, wenn, so die Hypothese von Araújo und seinen Kollegen, die Größe und Form der Gehörgänge mit der Körpertemperatur des Tieres zusammenhängen? Bei warmblütigen Tieren wird die Flüssigkeit weniger viskos und die Kanäle können geschrumpft sein, um dies auszugleichen. Wenn dies der Fall ist, könnte es möglich sein, zu verfolgen, wie sich die Form versteinerter Innenohrkanäle im Laufe der Zeit verändert hat, um herauszufinden, wann Warmblüter in der Säugetierlinie auftauchten.
Um diese Hypothese zu testen, erstellten die Forscher ein Werkzeug, das sie den „Thermo-Motilitäts-Index“ nennen, um Warmblüter mit diesen Innenohrdimensionen bei 341 verschiedenen Wirbeltieren zu verknüpfen. Unter Berücksichtigung von Größenunterschieden stellte sich heraus, dass der Wert dieses Index die Körpertemperatur eines Tieres genau verfolgt, von Fischen über Reptilien bis hin zu Säugetieren. Reptilien hatten niedrige Indexwerte; Säugetiere waren hoch.
Das Team wendete diesen Index dann auf die versteinerten Gehörgänge von 56 ausgestorbenen Säugetier-Vorfahrenarten an. Zu ihrer Überraschung zeigten die Daten vor etwa 233 Millionen Jahren eine deutliche Veränderung der Innenohrmorphologie. Das würde einem Anstieg der Körpertemperatur zwischen 5 und 9 Grad Celsius entsprechen – was darauf hindeutet, dass sich die Endothermie zu dieser Zeit abrupt entwickelt hat, schlussfolgert das Team.
„Die Tatsache, dass es sich um einen scharfen Bruch in den Daten handelt [suggests] Der Übergang geschah schnell, innerhalb von etwa einer Million Jahren“, sagt Co-Autor Kenneth Angielczyk, Paläontologe am Field Museum in Chicago.
Es ist eine clevere Studie, sagt Stephen Brusatte, ein Paläontologe an der Universität von Edinburgh, der nicht an der Arbeit beteiligt war. „Ich habe verwendet [computed tomography] Daten, um die Formen der Innenohren jahrelang zu untersuchen, um zu versuchen, abzuleiten, wie sich ausgestorbene Arten bewegten und wie sie hören konnten, und es kam mir nie in den Sinn, dass die Form der Innenohren mit dem Stoffwechsel zusammenhängt und zur Vorhersage der Körpertemperatur fossiler Arten verwendet werden könnte .“
Brusatte merkt jedoch an, dass es eine Grenze dafür gibt, was Wissenschaftler allein aus versteinerten Gehörgängen entnehmen können, da sie nicht enthüllen, welche Weichteile möglicherweise vorhanden waren, wie z. B. die Haarzellen, oder die tatsächliche Viskosität der Ohrenflüssigkeit. „Die Form allein reicht möglicherweise nicht immer aus, um etwas so Komplexes wie die Körpertemperatur oder den Stoffwechselstil vorherzusagen.“
Der Zeitpunkt der angeblichen Verschiebung vor etwa 233 Millionen Jahren entspricht einem geologisch kurzen Zwischenspiel eines äußerst instabilen Klimas, das als Carnian Pluvial Episode bekannt ist (SN: 30.09.21). „Es war eine Zeit, in der sich die globalen Temperaturen stark veränderten, und es war auch eine sehr nasse, feuchte Zeit“, sagt Angielczyk. „Einer der Vorteile der Endothermie besteht darin, dass sie das innere Körpermilieu stabilisiert und Sie unabhängig von Umgebungsbedingungen arbeiten lässt.“
Der Fund unterstreicht, wie „die ganze Trias ein bisschen verrückt war“, sagt Araújo. Der Beginn der Trias war episch heiß und folgte dem Massensterben des „Großen Sterbens“ am Ende des Perm (SN: 6.12.18). Die Wirbeltierarten hatten gerade begonnen, sich von diesem Ereignis zu erholen, als sie von der Carnian Pluvial Episode heimgesucht wurden. Doch die Trias erlebte auch die Entstehung von Säugetieren und Dinosauriern – die beide überlebten.
Es war „eine entscheidende Zeit in der Geschichte des Lebens“, sagt Araújo. All diese Instabilität hat möglicherweise beide Gruppen mit den evolutionären Werkzeugen ausgestattet, die sie brauchten, um ein weiteres Massensterben am Ende der Trias vor 201 Millionen Jahren zu überstehen (SN: 1.7.22).