Waren Dinosaurier Warm- oder Kaltblüter?

Ob Dinosaurier, wie wir Menschen und andere Säugetiere, ihre Körpertemperatur selbst regeln bzw. konstant halten konnten und sich sozusagen selbst von innen beheizten, ist eine Frage, die Wissenschaftler schon seit langem beschäftigt. Ebenso ist bis heute ungeklärt,  seit wann es in der Erdgeschichte Warmblüter gibt.

Man mag denken, es sei unmöglich, das zu erfahren. Einem Forscherteam des Kalifornischen Instituts für Technologie (Caltech) ist es aber vor kurzem gelungen, einen wichtigen Schritt zur Lösung dieser Rätsel zu machen.

Ein Online-Bericht der Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) beschreibt, wie zum ersten Mal mit Hilfe seltener Isotope in Zähnen, Knochen und Eierschalen von verstorbenen Tieren die Körpertemperatur zu Lebzeiten bestimmt werden kann.

„Wir können nicht in der Zeit zurückgehen und ein Thermometer an einen Saurier heften“, sagt John Eiler, Professor für Geologie und Professor für Geochemie an der Caltech, „aber wir sind ganz nah dran“.

Bislang konnten Werte wie die Körpertemperatur ausgestorbener Spezies lediglich geschätzt werden, indem die Anatomie und die Ernährung mit heutigen Spezies verglichen wurden. Um allerdings über die Temperaturregelung Aussagen machen zu können, muss man zumindest die Körpertemperatur zu Lebzeiten der Tiere kennen. Bis dato schien es jedoch unmöglich, diese zu ermitteln.

Um diese Informationen aus den Gebeinen der verstorbenen Wesen zu erlangen, benutzten die Wissenschaftler ein interessantes Verfahren. Es beruht auf dem Wissen, dass bestimmte seltene Isotope abhängig von der Umgebungstemperatur mehr oder weniger stark dazu neigen, Verklumpungen zu bilden. „Der Effekt ist abhängig von der Temperatur“, erklärt Postdoktorand Robert Eagle, der Erstautor der Veröffentlichung.  „Bei sehr hohen Temperaturen ist die Verteilung dieser Isotope eher zufällig und weniger klumpig. Bei niedrigen Temperaturen gibt es mehr Verklumpungen.“

Solche Verklumpungen von Isotopen können im Apatit (dem Mineral, das Knochen, Zahnschmelz und Eierschalen aufbaut) von lebenden Tieren gefunden werden. Zum Beispiel gibt es bei der Zahnbildung einen Zeitpunkt, an dem das Mineral vom Blut getrennt wird. Ab diesem Moment bleibt der Zustand der verklumpten Isotope erhalten und kann für Millionen von Jahren bewahrt werden. Wird der Zahn nach sehr langer Zeit gefunden, kann aufgrund des Verklumpungsgrads der Isotope im Mineral also die Körpertemperatur zum Zeitpunkt der Bildung bestimmt werden.

Dieser Zusammenhang zwischen der Verklumpung und der Körpertemperatur wurde durch Forschungsarbeiten in Eilers Labor herausgefunden. Die Methode ist auf ein bis zwei Grad genau. „Ein großer Teil der Veröffentlichung beschäftigt sich damit, welche Mineralien Temperaturinformationen speichern und wo“, schreibt Eiler.

Um ihre Ergebnisse abzusichern, wandten die Wissenschaftler die Methode bei Spezies an, deren Körpertemperatur bereits bekannt ist. „Wir wissen zum Beispiel, dass Säugetiere warmblütig sind; alles Apatit in ihrem Körper wurde bei ca. 37 Grad Celsius gebildet“, so Eagle.

Nachdem das Konzept an heute lebenden Tieren überprüft wurde, befasste sich das Team mit Tieren, die nicht mehr auf der Erde wandeln. So wurden zum Beispiel Mammutzähne analysiert und Körpertemperaturen zwischen 37 und 38 Grad bestimmt – genau wie erwartet.

Noch weiter zurück in der Vergangenheit lebte vor 12 Millionen Jahren ein Verwandter des Rhinozeros und ein Kaltblüter aus der Familie der Alligatoren. „Wir dachten, wir könnten die erwartete Körpertemperatur des rhinozerosartigen Säugetiers messen und stellten zwischen ihm und dem Alligatorverwandten eine Temperaturdifferenz von sechs Grad fest“, sagt Eagle.

Allerdings gibt es Einschränkungen bei dieser Methode der Temperaturbestimmung. Laut Eiler sind die Informationen, die diese Technik zur Verfügung stellt, nur ein  „Schnappschuss“ zu einer Zeit und einem bestimmten Ort  und nicht eine Aufzeichnung während des ganzen Lebens. „Wenn wir uns zum Beispiel den Zahnschmelz anschauen, erhalten wir aus der Messung die Kopftemperatur des Tieres, als der Zahn wuchs“, bemerkt er. „Wenn du die Temperatur des großen Zehs zwei Jahre später wissen willst – keine Chance.“

Außerdem hängen die Ergebnisse des Verfahrens natürlich von der Qualität der Fossilien, die zum Testen zur Verfügung stehen, ab. Während zum Beispiel Zähne den Einflüssen der Einlagerung und der Zeit widerstehen, sind Eierschalen dagegen „zerbrechlich und neigen zur Rekristallisation“, sagt Eiler. Gute Testobjekte zu finden hat sich als schwierig erwiesen.

Aber die Mühe lohnt sich. „Der Grund, warum wir diese Arbeit hauptsächlich machen ist, weil Landsäugetiere an sich faszinierend sind“, so Eiler. „Wir möchten schauen, bei welchen Spezies Warmblütigkeit aufgetaucht ist und bei welchen das nicht der Fall war. Diese Technik wird uns auch dabei helfen, Nahrungsketten zu rekonstruieren. In der fernen Vergangenheit waren Dinosaurier und andere große Tiere an der Spitze der Nahrungskette. Wir werden erfahren, wie sie das bewerkstelligt haben.“

Jetzt, da sie ein akkurates Paläothermometer festgelegt haben, gehen die Forscher weiter zurück in der Zeit und werfen einen Blick auf die Körpertemperaturen von Wirbeltieren, über die noch wenig bekannt ist. „Was vor den Säugetieren und Vögeln war“, sagt Eagle, „davon haben wir gar keine Vorstellung. Die Physiologie dieser uralten Geschöpfe ist uns völlig unbekannt.“

„Am interessantesten sind natürlich Dinosaurier. Wir schauen uns Eierschalen und Zähne an um zu erfahren, ob die auffälligsten Dinosaurierspezies Warm- oder Kaltblüter waren.“

Ergänzend erklärt er,  dass die Forscher ihre Methode dazu anwenden, um ein besseres Verständnis einiger bedeutender Entwicklungsschritte der Evolution zu erlangen. „Nehmen wir zum Beispiel Vögel.  Waren sie Warmblüter, bevor sie zu fliegen begannen oder bevor sie begannen, Federn zu entwickeln? Wir möchten kleine Vögel nehmen und ihre Körpertemperatur zurück in die Vergangenheit verfolgen, um zu sehen, was wir daraus lernen können.“

Schließlich hoffen die Forscher, einen Blick auf das Klima in vergangenen Erdzeiten werfen zu können, indem sie die uralten Kaltblüter untersuchen. „Mit dieser Methode können wir Änderungen in der Körpertemperatur als eine ungefähre Schätzung der Luft- oder Wassertemperatur zurückverfolgen.“ (red)