Mørket hersker døgnet rundt, snøen laver ned, og kulden biter. Den arktiske vinteren er brutal og helt uegnet for kaldblodige krypdyr. Likevel viser funn at det levde dinosaurer helt opp mot nordpolen.
Oppdagelsen har overrasket forskerne, for hvordan kunne de enorme krypdyrene overleve i Arktis, der det er så kaldt? Det har en gruppe paleontologer ved California Institute of Technology nå funnet svaret på:
Stikk i strid med tidligere forestillinger var mange dinosaurer varmblodige og hadde et stoffskifte som fugler og pattedyr, ikke som krypdyr. Kroppsvarmen gjorde dinosaurene i stand til å overleve i kalde områder der dagens krypdyr ikke ville ha en sjanse.
Forskerne kom på sporet av den oppsiktsvekkende oppdagelsen ved å analysere fossiler med avfallsstoffer fra dyrenes stoffskifte.
Den nye forskningen gir ikke bare innsikt i dinosaurenes kroppstemperatur, men avliver også en gammel teori om hvorfor de døde ut under den kolossale masseutryddelsen for 66 millioner år siden.
Varmblodighet har en pris
Mens fugler og pattedyr er i stand til å regulere kroppstemperaturen sin – og dermed holde den stabil uansett vær og vind – er krypdyr avhengige av varme fra omgivelsene. Derfor kalles fugler og pattedyr varmblodige, mens krypdyr kalles kaldblodige eller vekselvarme.
Evnen til å regulere kroppstemperaturen gir varmblodige dyr en rekke fordeler. Fugler og pattedyr kan for eksempel fortsette å være aktive året rundt tross ustabile temperaturer, og de kan ferdes i kaldere miljøer enn de kaldblodige krypdyrene.
Slanger er, akkurat som andre nålevende krypdyr, kaldblodige. De er avhengige av varme fra omgivelsene for å holde seg aktive.
Varmblodige dyr kan også prestere bedre fysisk – de har et høyere aktivitetsnivå og er mer utholdende. Og mens varmblodige dyr i prinsippet kan få unger året rundt, er kaldblodige dyr avhengige av lys og varme for å kunne forplante seg.
Den økte fleksibiliteten som varmblodigheten gir, gjør fugler og pattedyr mer tilpasningsdyktige overfor endringer i omgivelsene, mens kaldblodige dyr har problemer med å tilpasse seg nye miljøer.
Men alle fordelene med varmblodighet har en pris: Det kreves større mengder mat for å holde kroppstemperaturen oppe siden det er forbrenningen av kalorier som gir den indre varmen.
For å omsette kaloriene til varme går stoffskiftet, altså alle de kjemiske reaksjonene i kroppen, for full damp i varmblodige dyr.
77 ganger så høyt som menneskers er kolibriens stoffskifte. Fugler har dyreverdenens høyeste stoffskifte.
Oksygen er avgjørende for at stoffskiftet skal fungere, og derfor forbruker varmblodige dyr mer oksygen enn kaldblodige. Stoffskiftet defineres og regnes ut nettopp som mengden oksygen som pustes inn i timen per gram kroppsvekt.
Jo mer oksygen et dyr puster inn i forhold til vekten sin, desto høyere er stoffskiftet.
Fugler har de høyeste stoffskiftenivåene blant alle nålevende dyr, mens krypdyr har de laveste.
Det høyeste stoffskiftet som er målt, er hos kolibrier, der det kan være 77 ganger så høyt som hos et menneske og opptil hundre ganger så høyt som hos elefanter.
Stoffskiftet er så høyt at kolibrier må innta sin egen vekt i nektar hver dag, og kroppstemperatur er på hele 40–42 °C.
Kolibrier har det høyeste stoffskiftet blant nålevende dyr. Det krever at de daglig inntar sin egen kroppsvekt i nektar.
I den andre enden av spekteret har en studie vist at subtropiske slanger fortsatt kan være aktive ved en kroppstemperatur helt nede på 10 °C.
Mens forskere kan måle nålevende arters stoffskifte, har det lenge hersket tvil om dinosaurene var kaldblodige eller varmblodige.
Tidligere forsøk på å finne svaret har gitt tvetydige resultater. Forsøkene har nemlig brukt stabile isotoper – altså varianter av grunnstoffer – og vekstringer i dyrenes skjelett som stoffskiftemarkører, og begge deler kan bli påvirket av den forsteiningsprosessen som forvandler skjelettene til fossiler.
Men nå har forskere ved California Institute of Technology funnet en mer pålitelig stoffskiftemarkør og har dermed endelig kunnet avsløre om dinosaurene var varmblodige eller kaldblodige.
Stoffskifte setter spor i skjelett
For å lære mer om dinosaurenes stoffskifte og evnen til å opprettholde en stabil kroppstemperatur analyserte forskergruppen lårbein fra en rekke ulike dyr – alt fra dinosaurer, flygeøgler og havøgler til nålevende pattedyr, fugler og krypdyr.
30 arter av dinosaurer, flygeøgler og havøgler ble analysert og sammenlignet med 25 nålevende dyr.
I alt 55 arter ble undersøkt. 30 av dyrene var utdødde, mens resten var nålevende arter som ble brukt som sammenligningsgrunnlag. Resultatene ble publisert i det prestisjetunge tidsskriftet Nature i 2022.
Forskerne finkjemmet knoklene etter spor av biprodukter som dannes når oksygen pustes inn og setter i gang stoffskiftet.
Da fortidsdyrene omsatte kaloriene, dannet cellene oksygenbaserte stoffer som reagerte med fettstoffer og proteiner i cellene. De kjemiske reaksjonene etterlot seg biprodukter som kalles ALE, og som forskerne fortsatt kan spore i fossilene.
Mengden biprodukter i dyrenes knokler er direkte proporsjonal med stoffskiftet. Jo mer oksygen et dyr puster inn, desto raskere går stoffskiftet, og derfor er høye nivåer av biprodukter et tegn på at dyret er varmblodig.
Biproduktene er uhyre stabile og overlever forsteiningsprosessen siden de ikke oppløses i vann. Holdbarheten gjør dem til en veldig pålitelig stoffskiftemarkør som holder seg stort sett uendret over millioner av år.
Fossiler har spor av stoffskiftet
1 Stoffskiftet skjer i mitokondriene
Varmblodige dyr danner varme i forbindelse med stoffskiftets omsetning av fett og karbohydrat. Omsetningen foregår i cellenes mitokondrier ved kjemiske reaksjoner med oksygen, og som et ledd i prosessen dannes det reaktive karbonylstoffer (RCS).
2 Reaksjoner setter varige spor
RCS-stoffene trenger ut gjennom mitokondrienes membran og slippes løs i cellen, der de inngår i kjemiske forbindelser med proteiner og DNA. De biproduktene som dannes ved reaksjonene, ALE, blir værende i skjelettet når det forsteines.
3 Stoffer forteller om temperaturen
Ved å sende infrarødt lys inn i fossilet kan forskerne se biproduktene fra stoffskiftet. Jo høyere nivå, jo raskere stoffskifte, og ved å sammenligne med moderne dyr kan det avgjøres om dinosauren var varmblodig eller kaldblodig.
Mengden biprodukter i fossilene ble målt ved hjelp av en teknikk som kalles infrarød spektroskopi.
Forskerne sendte infrarødt lys inn i beinvevet og kunne ut fra interaksjonen mellom lyset og biproduktene bestemme konsentrasjonen av biprodukter i skjelettet.
Deretter ble mengden biprodukter i fossilene sammenlignet med mengden i skjelettet til moderne dyr, og på den måten kunne forskerne anslå dinosaurenes stoffskiftenivåer.
Selv om dinosaurer kategoriseres som krypdyr, avslørte studiene at mange av dem faktisk var varmblodige og til og med hadde ekstremt høye stoffskiftenivåer.
Dinosaurer deles inn i to hovedgrupper, Saurischia (’øglehofte’) og Ornithischia (’fuglehofte’), og forskerne fant ut at de varmblodige dinosaurene tilhørte gruppen Saurischia.
Velkjente Saurischia-dinosaurer som tyrannosaurer, allosaurer og deinonychus viste tegn til et høyt stoffskifte og har dermed vært varmblodige – noen av dem med kroppstemperaturer på helt opp mot 42 °C, akkurat som kolibrier.
Ornithischia-dinosaurene som ble undersøkt, var derimot kaldblodige. Ikoniske Ornithischia-dinosaurer som triceratops, stegosaur og hadrosaur hadde et ekstremt lavt stoffskifte.
Tross navnet «fuglehofte» stammer ikke dagens fugler fra Ornithischia-gruppen, men er i slekt med Saurischia-dinosaurene.
Dinosaurer var både kalde og varme
Forskerne har analysert stoffskiftet hos både rovdinosaurer og planteetere. Konklusjonen er at fortidsdyrene spredte seg langs hele temperaturskalaen – fra de mest kaldblodige til de mest varmblodige.
15–45 °C: Planteeter med horn så ut som krypdyr
Triceratops, kjent for sine tre horn, hadde et lavt stoffskifte, på nivå med moderne firfisler. Den har derfor vært fullstendig avhengig av varme fra solen for å holde seg aktiv og tilbrakte antagelig mye av tiden med å slikke sol.
36–39 °C: Dinosaurenes konge så ut som pattedyr
Tyrannosaurene, som kulminerte med T. rex, hadde et stoffskifte på nivå med pattedyr. Dinosaurenes konge har derfor vært mye mer aktiv enn krypdyr er i dag, og kunne jakte med like høy intensitet som dagens rovpattedyr.
39–42 °C: Brutal jeger så ut som fugler
Det høyeste stoffskiftet fant forskerne hos Allosaurus fragilis. Det om lag ti meter lange rovdyret hadde et stoffskifte på nivå med fugler. Det gjorde den i stand til å tilpasse seg mange miljøer og ga den en glupende appetitt.
Ifølge forskerne er det svært sannsynlig at kaldblodige dinosaurer brukte mye tid på å sole seg, akkurat som for eksempel skilpadder eller firfisler.
Det kan også tenkes at de kaldblodige artene har vært migrerende dyr som søkte mot varmere områder når vinterkulden satte inn.
Gammel dinosaurteori står for fall
Oppdagelsen av høye stoffskiftenivåer i en lang rekke dinosaurer og fortidsøgler ødelegger for en gammel teori.
Forskere har nemlig lenge ment at det var det høye stoffskiftet som reddet fuglene og pattedyrene da den store masseutryddelsen for 66 millioner år siden gjorde slutt på dinosaurenes tidsalder.
Teorien ga god mening: Varmblodige dyr er mer tilpasningsdyktige. Dermed forestilte forskerne seg at de lettere kunne takle de enorme endringene i kjølvannet av meteornedslaget.
Men den nye studien viser at teorien er feil.
I den sene krittiden, for om lag 100–66 millioner år siden, fantes det både dinosaurer og flygeøgler med høyt stoffskifte, men de døde ut likevel. Det må derfor ha vært andre faktorer som avgjorde hvilke arter som overlevde.
Men helt til meteoren traff, hjalp dinosaurenes ulike kroppstemperaturer dem med å erobre hele kloden – selv den kalde og mørke Nordpolen, der dagens kaldblodige krypdyr ikke kan overleve.