Fossiler gemmer spor af stofskiftet

Når dyr forbraender føden, afsaetter det spor i knoglerne, som kan måles i fossiler millioner af år senere. Restprodukterne fra stofskiftet fortaeller, om dyrene var varm- eller koldblodede.

Mørket hersker døgnet rundt, sneen vaelter ned, og kulden bider. Den arktiske vinter er brutal og helt uegnet for koldblodede krybdyr. Alligevel viser fund, at der med sikkerhed levede dinosaurer på de nordligste breddegrader taet på nordpolen.

Opdagelsen har hidtil undret forskerne, for hvordan kunne de kaempe krybdyr overleve i Arktis’ kulde og mørke? Det har en gruppe palaeontologer fra California Institute of Technology nu fundet svaret på:

Stik imod den hidtidige forestilling var mange dinosaurer varmblodede og havde et stofskifte, der mindede mere om fugles og pattedyrs end om krybdyrs. Kropsvarmen gjorde dinosaurerne i stand til at overleve i kolde egne, hvor nutidens krybdyr ikke ville have en chance.

Forskerne kom på sporet af den

30 opsigtsvaekkende opdagelse ved at analysere biprodukter fra dyrenes stofskifte, som er bevaret i deres fossiler.

Den nye forskning giver ikke kun indsigt i dinosaurernes kropstemperaturer, men afliver også en gammel teori om, hvorfor de uddøde under den kolossale masseudryddelse for 66 millioner år siden.

Varmblodethed har en pris

Mens fugle og pattedyr er i stand til at regulere deres kropstemperatur – og dermed holde den stabil uanset vind og vejr – er krybdyr afhaengige af varme fra omgivelserne. Derfor kaldes fugle og pattedyr varmblodede, mens krybdyr kaldes koldblodede eller vekselvarme.

Den indefrakommende evne til at regulere kropstemperaturen giver varmblodede dyr en raekke fordele. Fugle og pattedyr kan fx forblive aktive året rundt trods årstidernes svingende temperaturer og kan faerdes i koldere miljøer end de koldblodede krybdyr.

Varmblodede dyr kan også praestere bedre fysisk end koldblodede – de har et højere aktivitetsniveau og er mere udholdende. Og mens varmblodede dyr i princippet kan få unger året rundt, er koldblodede dyr afhaengige af lys og varme for at kunne forplante sig.

Den større fleksibilitet, som varmblodetheden giver, gør fugle og pattedyr mere tilpasningsdygtige over for forandringer i omgivelserne, mens koldblodede dyr har svaerere ved at tilpasse sig nye miljøer.

Men alle fordelene ved varmblodethed har en pris: Der skal rigelige maengder af føde til at holde kropstemperaturen oppe, da det er forbraendingen af kalorier, der giver den indre varme.

For at omsaette kalorierne til varme

kører stofskiftet, dvs. alle de kemiske reaktioner i kroppen, på højtryk i varmblodede dyr.

Ilt er afgørende for, at stofskiftet kan fungere, og derfor forbruger varmblodede dyr mere ilt end koldblodede. Stofskiftet defineres og udregnes netop som maengden af indåndet ilt i timen pr. gram kropsvaegt.

Jo mere ilt et dyr indånder i forhold til sin vaegt, desto højere er dets stofskifte. Fugle har generelt de højeste stofskifteniveauer blandt alle nulevende dyr, mens krybdyr har de laveste.

Det højeste målte stofskifte findes hos kolibrier, hvor det kan vaere 77 gange så højt som et gennemsnitligt menneskes og op til 100 gange så højt som elefanters.

Stofskiftet er så højt, at kolibrier dagligt skal indtage samme maengde nektar som deres egen kropsvaegt, og deres normale kropstemperatur er helt oppe omkring 4042 °C. I den anden ende af spektret har en undersøgelse vist, at subtropiske slanger stadig kan vaere aktive med en kropstemperatur på helt ned til 10 °C.

Mens forskere kan måle på nulevende arters stofskifte, har der laenge hersket

tvivl om, hvorvidt dinosaurer var koldblodede eller varmblodede.

Tidligere forsøg på at finde svaret har givet tvetydige resultater. Forsøgene har nemlig brugt stabile isotoper – dvs. varianter af grundstoffer – og vaekstringe i dyrenes knogler som stofskiftemarkører, og de kan begge blive påvirket af den forsteningsproces, der forvandler knoglerne til fossiler.

Men nu har forskere fra California Institute of Technology fundet en mere pålidelig stofskiftemarkør og har dermed endelig kunnet løfte sløret for, om dinosaurerne var varm eller koldblodede.

Stofskifte saetter spor i knogler

For at blive klogere på dinosaurernes stofskifte og deres evne til at opretholde en stabil kropstemperatur analyserede forskerholdet lårbensknogler fra en raekke forskellige dyr – lige fra dinosaurer,

flyveøgler og havøgler til nulevende pattedyr, fugle og krybdyr.

I alt 55 arter blev undersøgt. Heraf var de 30 uddøde dyr, mens de resterende var nulevende arter, der blev brugt som sammenligningsgrundlag. Resultaterne blev publiceret i det prestigefyldte tidsskrift Nature i 2022.

Forskerne finkaemmede knoglerne for spor af biprodukter, der dannes, når ilt indåndes og saetter gang i stofskiftet.

Da fortidsdyrene omsatte kalorierne, dannede deres celler iltbaserede stoffer, der reagerede med fedtstoffer og proteiner i cellerne. De kemiske reaktioner efterlod biprodukter kaldet ALE, som forskerne stadig kan spore i fossilerne.

Maengden af biprodukter i dyrenes knogler er direkte proportional med deres stofskifte. Jo mere ilt et dyr indånder, desto hurtigere kører stofskiftet, og derfor er høje niveauer af biprodukter et

32 tegn på, at dyret er varmblodet. Biprodukterne er uhyre stabile og overlever knoglernes forsteningsproces, da de ikke opløses i vand. Deres holdbarhed gør dem til en meget pålidelig stofskiftemarkør, der holder sig stort set uaendret over millioner af år.

Maengden af biprodukter i dyrenes fossile knogler blev målt ved hjaelp af en teknik kaldet infrarød spektroskopi.

Forskerne sendte infrarødt lys ind i knoglevaevet og kunne så ud fra interaktionen mellem lyset og biprodukterne bestemme koncentrationen af biprodukter i knoglerne.

Derefter blev maengden af biprodukter i fossilerne sammenlignet med maengden i moderne dyrs knogler, og på den måde kunne forskerne anslå dinosaurernes stofskifteniveauer.

Selvom dinosaurer kategoriseres som krybdyr, afslørede undersøgelserne, at mange af dem faktisk var varmblodede og endda havde ekstremt høje stofskifteniveauer.

Dinosaurer inddeles i to hovedgrupper, Saurischia og Ornithischia, og forskerne fandt, at de varmblodede dinosaurer alle tilhørte gruppen Saurischia,

Brutal draeber lignede fugle

Det højeste stofskifte fandt forskerne hos Allosaurus fragilis. Det ca. 10 m lange rovdyr havde et stofskifte på niveau med fugle. Det gjorde draeberen i stand til at tilpasse sig mange miljøer og gav den en glubende appetit.