Mørket hersker døgnet rundt, sneen vælter 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 tæt på nordpolen.
Opdagelsen har hidtil undret forskerne, for hvordan kunne de kæmpe krybdyr overleve i Arktis’ kulde og mørke? Det har en gruppe palæontologer 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 opsigtsvækkende 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 afhængige 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 række fordele. Fugle og pattedyr kan fx forblive aktive året rundt trods årstidernes svingende temperaturer og kan færdes i koldere miljøer end de koldblodede krybdyr.
Slanger er ligesom andre nulevende krybdyr koldblodede. De er afhængige af varme fra omgivelserne for at holde sig aktive.
Varmblodede dyr kan også præstere 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 afhængige 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 sværere ved at tilpasse sig nye miljøer.
Men alle fordelene ved varmblodethed har en pris: Der skal rigelige mængder af føde til at holde kropstemperaturen oppe, da det er forbrændingen af kalorier, der giver den indre varme.
For at omsætte kalorierne til varme kører stofskiftet, dvs. alle de kemiske reaktioner i kroppen, på højtryk i varmblodede dyr.
77 gange så højt som menneskers er kolibriens stofskifte. Fugle har dyreverdenens højeste stofskifte.
Ilt er afgørende for, at stofskiftet kan fungere, og derfor forbruger varmblodede dyr mere ilt end koldblodede. Stofskiftet defineres og udregnes netop som mængden af indåndet ilt i timen pr. gram kropsvægt.
Jo mere ilt et dyr indånder i forhold til sin vægt, 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 være 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 mængde nektar som deres egen kropsvægt, og deres normale kropstemperatur er helt oppe omkring 40-42 °C.
Kolibrier har det højeste stofskifte blandt nutidens dyr. Det kræver, at de dagligt indtager deres egen kropsvægt i nektar.
I den anden ende af spektret har en undersøgelse vist, at subtropiske slanger stadig kan være aktive med en kropstemperatur på helt ned til 10 °C.
Mens forskere kan måle på nulevende arters stofskifte, har der længe 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 vækstringe 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 sætter spor i knogler
For at blive klogere på dinosaurernes stofskifte og deres evne til at opretholde en stabil kropstemperatur analyserede forskerholdet lårbensknogler fra en række forskellige dyr – lige fra dinosaurer, flyveøgler og havøgler til nulevende pattedyr, fugle og krybdyr.
30 arter af dinosaurer, flyveøgler og havøgler fik stofskiftet målt og sammenlignet med 25 nutidsdyr.
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 finkæmmede knoglerne for spor af biprodukter, der dannes, når ilt indåndes og sætter 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.
Mængden 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 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 uændret over millioner af år.
Fossiler gemmer spor af stofskiftet
1. Stofskifte kører i mitokondrierne
Varmblodede dyr danner varme i forbindelse med stofskiftets omsætning af fedt og kulhydrat. Omsætningen foregår i cellernes mitokondrier ved kemiske reaktioner med ilt, og som led i processen dannes der reaktive karbonylstoffer (RCS).
2. Reaktioner sætter varige spor
RCS-stofferne trænger ud gennem mitokondriernes membran og slippes løs i cellen, hvor de indgår kemiske forbindelser med proteiner og dna. De biprodukter, der dannes ved reaktionerne, ALE, bliver i knoglerne, når de forstener.
3. Stoffer sladrer om temperaturen
Ved at sende infrarødt lys ind i fossilet kan forskerne se biprodukterne fra stofskiftet. Jo højere niveau, jo hurtigere stofskifte, og ved at sammenligne med moderne dyr kan det afgøres, om dinosauren var varm- eller koldblodet.
Mængden af biprodukter i dyrenes fossile knogler blev målt ved hjælp af en teknik kaldet infrarød spektroskopi.
Forskerne sendte infrarødt lys ind i knoglevævet og kunne så ud fra interaktionen mellem lyset og biprodukterne bestemme koncentrationen af biprodukter i knoglerne.
Derefter blev mængden af biprodukter i fossilerne sammenlignet med mængden 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, der betyder øglehoftet.
Velkendte Saurischia-dinosaurer som tyrannosaurer, allosaurer og deinonychus viste alle tegn på et højt stofskifte og har dermed været varmblodede – nogle af dem med kropstemperaturer på helt op mod 42 °C ligesom kolibrier.
De undersøgte Ornithischia-dinosaurer, der betyder fuglehoftet, var derimod koldblodede. Ikoniske Ornithischia-dinosaurer som triceratops, stegosaurus og hadrosaurus havde alle et ekstremt lavt stofskifte.
Trods navnet “fuglehofte” nedstammer nutidens fugle i øvrigt ikke fra Ornithischia-gruppen, men er beslægtet med de varmblodede Saurischia.
Dinosaurer var både kolde og varme
Forskerne har analyseret stofskiftet hos både rovdinosaurer og planteædere. Konklusionen er, at fortidsdyrene bredte sig over hele temperaturskalaen – fra de mest koldblodede til de mest varmblodede.
15-45 °C: Hornet planteæder lignede krybdyr
Den trehornede Triceratops havde et lavt stofskifte på niveau med moderne firben. Planteæderen har derfor været dybt afhængig af solens varme for at holde sig aktiv og tilbragte formentlig meget af sin tid med at slikke sol.
36-39 °C: Dinosaurernes konge lignede pattedyr
Tyrannosaurerne, der kulminerede med T. rex, havde et stofskifte på niveau med pattedyrs. Dinosaurernes konge har derfor været langt mere aktiv, end krybdyr er i dag, og kunne jage lige så flittigt som nutidens rovpattedyr.
39-42 °C: Brutal dræber 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 dræberen i stand til at tilpasse sig mange miljøer og gav den en glubende appetit.
Ifølge forskerne er det meget sandsynligt, at koldblodede dinosaurer brugte meget tid på at dvæle i solen ligesom fx skildpadder eller firben.
Det kan også tænkes, at de koldblodede arter har været migrerende dyr, der søgte mod varmere egne, når vinterkulden satte ind.
Gammel dinoteori står for fald
Opdagelsen af høje stofskifteniveauer i en lang række dinosaurer og fortidsøgler trækker tæppet væk under en gammel teori.
Forskere har nemlig længe ment, at det var det høje stofskifte, der blev fuglenes og pattedyrenes redning, da den store masseudryddelse for 66 millioner år siden gjorde en ende på dinosaurernes æra.
Teorien gav god mening, fordi varmblodede dyr er mere tilpasningsdygtige end koldblodede og derfor lettere har kunnet tackle de enorme miljømæssige forandringer i kølvandet på meteornedslaget.
Men den nye undersøgelse viser, at teorien er forkert.
I den sene kridttid, for ca. 100-66 mio. år siden, fandtes der både dinosaurer og flyveøgler med et højt stofskifte, som altså alligevel uddøde. Det må derfor have været andre faktorer, der afgjorde arternes overlevelseschancer.
Men indtil meteoren ramte, hjalp dinosaurernes forskellige kropstemperaturer dem med at erobre hele kloden – selv den kolde og mørke nordpol, som er lukket land for nutidens koldblodede krybdyr.