Paläontologen haben sich lange mit der Frage des Stoffwechsels von Dinosauriern auseinandergesetzt – ob sie heiß liefen, wie es moderne Vögel und Säugetiere tun, oder dem langsameren Stoffwechsel moderner Reptilien ähnelten. Überraschenderweise scheint die Antwort beides zu sein.
„Obwohl wir angenommen hatten, dass die meisten Dinosaurier warmblütig sind, gab es einfach keine Möglichkeit, die zugrunde liegenden Stoffwechselkapazitäten zu messen“, sagte Jasmina Wiemann, Paläontologin am California Institute of Technology. In Ermangelung verfügbarer Dinosaurier, sagte sie, mussten sich Paläontologen, die sich mit Fragen zum prähistorischen Stoffwechsel auseinandersetzen – ob ein bestimmtes Tier zum Beispiel warm- oder kaltblütig war – auf indirekte Beweise verlassen, wie isotopische Beweise oder Wachstumsraten von Knochenscheiben .
Jetzt haben Dr. Wiemann und ihre Kollegen eine neue Methode zur direkten Messung der Stoffwechselrate ausgestorbener Tiere entwickelt. Ihre Schlussfolgerungen, die am Mittwoch in der Zeitschrift Nature veröffentlicht wurden, bestätigten, dass viele Dinosaurier sowie ihre geflügelten Verwandten, die Flugsaurier, warmblütige Vorfahren waren. Aber in einer Wendung deutet die Forschung auch darauf hin, dass einige pflanzenfressende Dinosaurier zig Millionen Jahre damit verbracht haben, einen kaltblütigen Stoffwechsel zu entwickeln, der eher dem von zeitgenössischen und alten Reptilien ähnelt
Das Team analysierte über 50 ausgestorbene und moderne Wirbeltiere aus den Sammlungen des Yale Peabody Museum of Natural History, darunter Säugetiere, Eidechsen, Vögel und 11 verschiedene Nicht-Vogel-Dinosaurier. Mittels Laser-Mikrospektroskopie identifizierten sie einen spezifischen molekularen Marker für metabolischen Stress sowohl in den Fossilien als auch in den modernen Knochen – einer, der direkt mit der Menge an Sauerstoff korreliert, die das Tier atmete. Das wiederum ist ein direkter Indikator für seinen Stoffwechsel.
Das Team fand heraus, dass sowohl Säugetiere als auch Plesiosaurier – langhalsige Meeresreptilien – ihren hohen Stoffwechsel unabhängig voneinander entwickelt hatten. Flugsaurier und Dinosaurier, die zusammen eine Gruppe namens Ornithodira bilden, scheinen von warmblütigen Vorfahren abstammen zu sein – ein Zustand, der bei langhalsigen Sauropoden, räuberischen Theropoden wie Tyrannosaurus rex und ihren überlebenden gefiederten Nachkommen wie Hühnern bestand.
Dass Sauropoden einen hohen Stoffwechsel haben, ist unerwartet, sagt Stephen Brusatte, ein Paläontologe an der Universität von Edinburgh, der nicht an der Studie teilgenommen hat. Forscher hatten in der Vergangenheit vermutet, dass es die riesigen, schwerfälligen Pflanzenfresser gewesen wären, wenn Dinosaurier einen niedrigeren Stoffwechsel hätten.
„Stellen Sie sich die Hunderte oder Tausende von Pfund an Pflanzen vor, die sie jeden Tag essen müssten, um einen so schnellen Stoffwechsel anzukurbeln“, sagte Dr. Brusatte.
Noch überraschender waren die Ergebnisse des Teams in Bezug auf eine andere Gruppe von Dinosauriern – die vielfältige Überfamilie von Pflanzenfressern namens Ornithischianer. Während ornithischische Vorfahren den heißblütigen Stoffwechsel anderer Dinosaurier teilten, sagte Dr. Wiemann, reduzierten ihre größeren Nachkommen wie Stegosaurus und Triceratops im Laufe der Zeit tatsächlich ihren Stoffwechsel und erreichten schließlich eine Stoffwechselrate, die näher an der moderner Reptilien liegt. Und wie moderne Reptilien mussten sie möglicherweise ihre Kerntemperatur durch Verhalten aufrechterhalten – indem sie sich in der Sonne aalen oder saisonal in wärmere Klimazonen migrieren.
„Die Entwicklung verringerter Stoffwechselraten bei einigen Ornithischianern ist überraschend, insbesondere wenn man bedenkt, dass dies bei riesigen Sauropoden nicht der Fall ist“, sagte Jingmai O’Connor, stellvertretender Kurator für fossile Reptilien am Field Museum in Chicago, der ebenfalls nicht beteiligt war die Studium. „Diese Arbeit wird die Art und Weise, wie wir den Lebensstil und das Verhalten dieser Tiere interpretieren, drastisch verändern.“
Weitere Forschung – und viele weitere Fossilienproben – werden notwendig sein, um die Temperatur aller Gliedmaßen des Ornithischia-Stammbaums zu messen. Aber sie wären nicht die ersten Mitglieder der breiteren Familie der Dinosaurier, der Archosaurier, die möglicherweise den Wechsel vornehmen würden. Dr. Wiemann sagte, dass die Wachstumsraten bestimmter ausgestorbener Krokodilgruppen darauf hindeuteten, dass sie möglicherweise auch warmblütig waren, während ihre modernen Verwandten einen langsameren Stoffwechsel entwickelten.
Jetzt, da sie das Potenzial dieser Technik demonstriert haben, sagte Dr. Wiemann, dass detailliertere Studien helfen könnten zu klären, warum bestimmte Dinosaurierfamilien ihren hohen Stoffwechsel aufgegeben haben.
„Das erscheint kontraintuitiv, weil wir Warmblüter in uns selbst als diese große evolutionäre Innovation schätzen, die es war“, sagte Dr. Brusatte. Aber ein hoher Stoffwechsel ist in Bezug auf Ernährung und Energie teuer, bemerkt er und fügt hinzu, dass das, was sie brauchten, um ihn aufrechtzuerhalten, „für einige Dinosaurier eine zu große Belastung gewesen sein könnte“.