Forschungsteam vom Caltech misst erstmals die Körpertemperaturen von Dinosauriern

Waren Dinosaurier langsam und schwerfällig oder schnell und agil? Es hängt größtenteils davon ab, ob sie kalt- oder warmblütig waren. Als Dinosaurier erstmals Mitte des 19. Jahrhunderts entdeckt wurden, dachten Paläontologen, dass sie trottende Monster waren, die sich auf ihre Umgebung stützen mussten, um warm zu bleiben, wie moderne Reptilien. Aber weitere Forschungsarbeiten während der letzten Jahrzehnte deuten darauf hin, dass sie schnellere Kreaturen waren, flink wie die Velociraptoren oder der Tyrannosaurus Rex aus dem Film Jurassic Park, die eine regulierte, höhere Körpertemperatur benötigten, so wie bei Säugetieren.

“Es ist, als würde man in der Lage sein, ein Thermometer in ein Tier zu stecken, das seit 150 Millionen Jahren ausgestorben ist”, sagt Robert Eagle, ein Postdoktorand am Caltech und leitender Autor der Studie, die in der Ausgabe vom 23. Juni des Magazins Science Express veröffentlicht wurde.

“Einigkeit bestand darin, dass niemand jemals die Körpertemperaturen von Dinosauriern messen könnte, es ist unmöglich”, sagt John Eiler, Co-Autor der Studie und Robert P. Sharp Professor für Geologie und Professor für Geochemie. Und jetzt hat das Team unter Verwendung einer in Eilers Laboratorium entwickelten Technik genau das getan.

Die Forscher analysierten elf Zähne, die in Tansania, Wyoming und Oklahoma ausgegraben wurden und zu Brachiosaurus brancai und Camarosaurus gehörten. Sie fanden heraus, dass der Brachiosaurus eine Temperatur von 38,2 Grad Celsius hatte und der Camarosaurus 35,7 Grad Celsius warm war – wärmer als moderne und ausgestorbene Krokodile und Alligatoren, aber kühler als Vögel. Die Messungen sind bis auf ein oder zwei Grad Celsius genau.

“Niemand hat bislang diesen Ansatz benutzt, um die Körpertemperaturen von Dinosauriern zu untersuchen, deswegen liefert unsere Studie eine völlig neue Perspektive auf die seit langer Zeit geführte Debatte über die Physiologie von Dinosauriern”, sagt Eagle.

Die Tatsache, dass die Temperaturen vergleichbar mit denen der meisten modernen Säugetieren waren könnte darauf hinweisen, dass Dinosaurier einen warmblütigen Metabolismus besaßen. Aber das Problem sei komplexer, sagen die Wissenschaftler. Weil große Sauropoden so riesig waren, konnten sie ihre Körperwärme viel effizienter bewahren als kleinere Säugetiere wie Menschen. “Wenn man ein Tier ist, das man als eine Masse Fleisch von den Abmessungen eines Raumes beschreiben kann, kann man nicht kalt sein, bevor man nicht auch tot ist”, erklärt Eiler. Also selbst wenn Dinosaurier “kaltblütig” waren, in dem Sinne, dass es von ihren Umgebungen abhing, hätten sie trotzdem warme Körpertemperaturen gehabt.

“Die von uns geschätzten Körpertemperaturen liefern jetzt ein Schlüsselelement von Daten, das jedes Modell über die Physiologie von Dinosauriern erklären können muss”, sagt Aradhna Tripati, Co-Autor, Dozent an der UCLA und zurzeit Geochemiker am Caltech. “Als Folge können die Daten Wissenschaftlern helfen, physiologische Modelle zu testen oder zu erklären, wie diese Organismen lebten.”

Die gemessenen Temperaturen sind kleiner als von einigen Körpertemperatur-Modellen vorhergesagt wurde, was darauf schließen lässt, dass das Verständnis der Wissenschaftler von der Physiologie der Dinosaurier noch nicht vollständig ist. Diese Modelle lassen vermuten, dass Dinosaurier so genannte Gigantothermen waren – dass sie ihre warmen Temperaturen durch ihre schiere Größe aufrecht erhielten. Um die geringeren Temperaturen zu erklären weisen die Forscher darauf hin, dass die Dinosaurier physiologische Anpassungen oder Verhaltensanpassungen besessen haben könnten, die sie davor bewahrten, zu warm zu werden. Die Dinosaurier könnten niedrigere Metabolismusraten gehabt haben, um die Menge an innerer Wärme zu reduzieren, insbesondere als große erwachsene Tiere. Alternativ könnten sie Wärme über ihre langen Hälse und Schwänze abgegeben haben.

Vorher waren Wissenschaftler nur in der Lage, indirekte Wege zu verwenden, um den Metabolismus oder die Körpertemperaturen von Dinosauriern abzuschätzen. Beispielsweise leiteten sie das Verhalten und die Physiologie von Dinosauriern ab, indem sie herausfanden, wie schnell sie liefen, basierend auf den Räumen zwischen Dinosaurierspuren. Oder sie studieren aus den fossilen Aufzeichnungen das Verhältnis von Räubern zu Beute oder sie maßen die Wachstumsraten von Knochen. Aber diese verschiedenen Hinweise lagen oft in Konflikt miteinander. “Für jedes Beispiel konnte man leicht Gegenbeispiele finden”, sagt Eiler. “Wie ein Organismus die durch Nahrungsaufnahme gewonnene Energie in den Muskeln speichert und verwaltet – davon gibt es keine fossilen Überreste”, sagt er. “Also muss man auf Basis indirekter Argumente die bestmögliche Schätzung machen.”

Aber Eagle, Eiler und ihre Kollegen haben eine so genannte “clumped-Isotope” (verklumpte Isotopen) Technik entwickelt, die zeigt, dass es möglich ist, Körpertemperaturen von Dinosauriern zu messen – und daran ist kein Schätzen beteiligt. “Wir bekommen die Körpertemperaturen durch eine Reihe von Schlussfolgerungen, die meiner Meinung nach ziemlich kugelsicher ist, anbei gibt es gut erhaltene Proben”, sagt Eiler. Bei dieser Methode messen die Forscher die Konzentrationen der seltenen Isotope Kohlenstoff-13 (C-13) und Sauerstoff-18 (O-18) in Apatiten, einer Gruppe von Mineralien, die in Zähnen und Knochen gefunden werden. Wie oft diese Isotope aneinander heften – oder “verklumpen” – hängt von der Temperatur ab. Je geringer die Temperatur, desto mehr C-13 und O-18 neigen dazu, sich in den Apatiten zu binden. Daher ist die Messung der Verklumpung dieser Isotope ein direkter Weg, um die Temperatur der Umgebung zu bestimmen, in der sich das Mineral bildete – in diesem Fall innerhalb des Dinosauriers.

“Was wir tun ist etwas Besonderes, weil es auf Thermodynamik basiert”, erklärt Eiler. “Thermodynamik ist wie das Gravitationsgesetz unabhängig von Ort, Zeit und Zusammenhang.” Weil Thermodynamik vor 150 Millionen Jahren genau so funktionierte wie heute, ist die Messung der Verklumpung von Isotopen eine solide Technik.

Die Identifizierung der am besten erhaltenen Proben von Dinosaurierzähnen sei eine der größten Herausforderungen der Analyse gewesen, sagen die Wissenschaftler und sie benutzten verschiedene Methoden, um die besten Proben zu finden. Zum Beispiel verglichen sie die Isotopen-Zusammensetzung der widerstandsfähigen Teile der Zähne – dem Zahnschmelz – mit der von leicht veränderbarem Material – Dentin und fossilen Knochen verwandter Tiere. Gut erhaltener Zahnschmelz würde die physiologisch möglichen Temperaturen bewahren und isotopisch von Dentin und Knochen unterscheidbar sein.

Der nächste Schritt war es, Temperaturmessungen von mehr Dinosaurierproben vorzunehmen und die Studie auf andere Spezies ausgestorbener Wirbeltiere auszudehnen, sagen die Forscher. Insbesondere die Temperaturmessung von ungewöhnlich kleinen und jungen Dinosauriern würde dabei helfen zu testen, ob Dinosaurier tatsächlich gigantotherm waren. Das Wissen um die Körpertemperaturen von mehr Dinosauriern und anderer ausgestorbener Tiere würde den Forschern auch erlauben, mehr über die Physiologie moderner Säugetiere und Vögel zu lernen.

Die Science-Studie trägt den Titel ” Dinosaur body temperatures determined from isotopic (13C-18O) ordering in fossil biominerals”. Neben Eagle, Eiler und Tripati haben auch Thomas Tütken von der Universität Bonn (Deutschland), der Caltech-Student Taylor Martin, Henry Fricke vom Colorado College, Melissa Connely vom Tate Geological Museum in Casper (Wyoming) und Richard Cifelli von der University of Oklahoma als Autoren an der Studie mitgewirkt. Eagle ist ebenfalls Mitglied an der UCLA.

Diese Forschungsarbeit wurde von der National Science Foundation und der German Research Foundation unterstützt.

Quelle: http://media.caltech.edu/press_releases/13429

(THK)