T. rex byl skutečně endotermní

…aneb Další „novinka“, kterou známe už několik desetiletí

Již v roce 1994, tedy pouhý rok po premiéře Spielbergova filmového trháku Jurský park, byl publikován první přímý důkaz o tom, že zástupci severoamerického pozdně křídového teropoda druhu Tyrannosaurus rex byli endotermní. Tento důkaz, předložený tehdy dvojící smělých a inovativních badatelů, paleontologem Reesem E. Barrickem a geochemikem Williamem J. Showersem, měl podobu výzkumu poměrů izotopů kyslíku v různých částech kostry jednoho exempláře druhu T. rex. Celkem bylo tehdy otestováno 54 vzorků z dvanácti různých fosilních kostí tyranosaura. Výsledek vycházel z ověřeného předpokladu, že poměr zastoupení některých kyslíkových izotopů úzce koreluje s teplotou původního organismu, a tak dvojice vědců využila tuto metodu ke stanovení přibližné tělesné teploty dinosaura v době jeho smrti. Došli k zajímavému a výmluvnému závěru, že rozdíl v teplotě v okolí hrudních obratlů a žeber (reprezentujících trup, tedy „jádrovou“ část těla) a naopak v posledních ocasních obratlích, holenní kosti, i dalších kostech zadních končetin (reprezentujících distální části kostry) nepřekračoval rozmezí asi 4,2 °C. Z tohoto zjištění již před více než třemi desetiletími Barrick a Showers odvodili, že Tyrannosaurus si musel udržovat konstantní tělesnou teplotu (byl tedy homoiotermní) a aktivitou svého metabolismu se nacházel přinejmenším na půli cesty mezi studenokrevnými plazy a teplokrevnými savci, ovšem fyziologicky blíže měl k druhé skupině, tedy k endotermním obratlovcům.[1] Autoři závěrem konstatovali, že i když výkonnost jeho metabolismu nedosahovala stejné míry jako u současných aktivních placentálních savců a ptáků, tyranosaurus zřejmě nebyl v průběhu roku závislý na teplotě okolního prostředí. Zcela dle očekávání se brzy objevily oponující studie, které vytýkaly Barrickovi a Showersovi přílišnou důvěru v získané údaje a zároveň kritizovali jejich ignorování skutečnosti, že poměr izotopů ve fosiliích již v současnosti nemusí nutně odpovídat původnímu, protože mohl být pozměněn v průběhu diagenetických procesů. Podobný výsledek však obdrželi stejní autoři také v roce 1999, kdy publikovali výsledky svého výzkumu u dalšího obřího teropoda, argentinského karcharodontosaurida druhu Giganotosaurus carolinii. I tento o čtyřicet milionů let starší dravý obr z Patagonie si podle získaných výsledků udržoval stálou tělesnou teplotu přinejmenším v oblasti trupu a velmi rychle také rostl.[2]

———

Expozice se třemi tyranosauridy v instituci Natural History Museum of Los Angeles County. K novému výzkumu, který odhalil původní tělesnou teplotu druhu Tyrannosaurus rex, byly využity i fosilie zde největšího (ačkoliv ještě subadultního) exempláře LACM 150167. Kredit: AbstractionBlue; Wikimedia Commons (CC BY-SA 4.0)

———

V roce 2022 německá molekulární paleobioložka Jasmina Wiemannová z Yaleovy univerzity se svým týmem měřila ve třiceti stehenních kostech různých druhů dinosaurů biomarkery oxidačního stresu za pomoci Ramanovy a infračervené spektroskopie, a sice látky zvané thioethery (organosulfidy).[3] Ty vznikají jako vedlejší produkt při procesu, kdy je v buňkách kyslík přeměňován v energii. Jejich vyšší množství přitom odpovídá větší spotřebě kyslíku, která je typická pro endotermní živočichy. Výsledky byly velmi překvapivé – zatímco u plazopánvých dinosaurů (Saurischia – primárně draví teropodi a velcí až gigantičtí sauropodomorfové) naznačují „teplokrevnost“, u ptakopánvých (Ornithischia – zejména ornitopodi, tyreofoři a marginocefalové) tomu bylo naopak. Ptakopánví dinosauři však nemuseli být nutně ektotermové, protože některé ukazatele rychlosti a míry metabolismu nebyly ve výzkumu zahrnuty. Jednalo se například o průměr a celkovou velikost cév, svědčící o objemnějším krevním průtoku, přičemž někteří hadrosauridi měli tyto cévy extrémně velké (vešel by se do nich i prst dospělého člověka). U samotného tyranosaura byla kupodivu zjištěna relativně nízká úroveň rychlosti metabolismu, dokonce pak jedna z nejnižších mezi plazopánvými dinosaury! Jak je vidět, jasnou odpověď nám ani tento pozoruhodný výzkum nepřinesl. Rozhodně se ovšem nedá říci, že by letošní nová práce, publikovaná dne 16. září v periodiku Science Advances, byla naprosto novou senzací a nečekaným závěrem.[4] Nový výzkum ostatně vychází z podobných základů jako již první zmiňovaná odborná práce z doby před 32 lety, tedy z rozboru izotopů, v tomto případě však ne z kostí, ale z tyranosauřích zubů. K tomuto účelu byla využita trojice fosilních zubů ze sbírek instituce Los Angeles County Museum (LACM), a to dva od exempláře LACM 150167 a jeden od exempláře LACM 151468. V prvním případě se jedná o zuby patřící nedospělému jedinci známému jako „Thomas“, což byl mladý exemplář dosahující hmotnosti přes 3000 kg, ale zdaleka ne plně dorostlý. Třetí zub byl objeven jako izolovaná fosilie. Ve všech případech se jedná o zkameněliny z geologického souvrství Hell Creek na území okresu Carter County jihovýchodně od města Ekalaka v Montaně. Pro porovnání byly zkoumány také zuby krokodýlotvarých plazů ze stejného souvrství na území okresu McCone County v Montaně, které pro výzkum poskytla instituce Raymond M. Alf Museum of Paleontology (RAM).

———

Tyranosauři byli obří dravci, dosahující dospělé tělesné hmotnosti přes 8 tun. Zároveň si byli schopni udržovat stálou tělesnou teplotu, což nepochybně znamenalo také potřebu pravidelné konzumace značného množství masa. Je tak pravděpodobné, že tyranosauři ve svých ekosystémech představovali velmi efektivní predátory. Kredit: ABelov2014; Wikimedia Commons (CC BY 3.0)

———

Autoři práce nejdříve porovnali údaje o izotopech ve fosiliích dinosaurů a krokodýlů v zubní sklovině prošlé fosilizací a prakticky vyloučili možnost, že by získané hodnoty mohly být výrazně pozměněny v průběhu diageneze. K tomuto účelu využili například i moderní analýzu FTIR (infračervenou spektroskopii s Fourierovou transformací) pro identifikaci přesné chemické struktury a složení zkoumaných fosilií. Vědci z Kalifornské univerzity v Los Angeles (UCLA) vyvinuli metodu pro stanovení tělesné teploty živočichů založenou na výzkumu vazeb v rámci chemické struktury skloviny zubů, konkrétně pak v ní obsažených vzácných izotopech prvků uhlíku a kyslíku. Jejich vazby jsou totiž zčásti závislé na teplotě organismu, a čím je tělesná teplota dotyčného živočicha vyšší, tím méně vazeb je ve sklovině obsaženo. Častěji se naopak tvoří u studenokrevných živočichů, v jejichž sklovině je potom těchto vazeb více. Právě tento poznatek a zdokonalené metody i technologie pro zjišťování početnosti těchto mikroskopických struktur a chemických signatur nám nyní umožňují vytvořit jakýsi velmi přesný teploměr, který můžeme použít i u zvířete mrtvého přes 66 milionů let.[5] Stejný postup lze sice využít i u kterékoliv kosti v tyranosauřím skeletu (jak učinili už v 90. letech Barrick a Showers), je zde ale jeden významný problém. Kosti v tělech obratlovců jsou v průběhu života prakticky neustále přetvářeny, vstřebávány a znovu stavěny, takže původní informace o chemické signatuře se neustále mění a postupně ztrácejí. Oproti tomu zubní sklovina obsahuje pevné krystalické struktury, které jsou nesmírně odolné a nejlépe i nejdéle z celého skeletu odolávají chemickým změnám při fosilizaci i interakci s měnícím se okolním prostředím. Právě zubní sklovina je tedy ideálním zdrojem informací o původní tělesné teplotě dávno vyhynulých organismů. Aby tyto informace získal, musel tým pod vedením Randyho Florese nejdříve navrtat tyranosauří a krokodýlí zuby zubní vrtačkou a následně takto získaný na prášek rozdrcený materiál rozpustit v kyselině fosforečné. Uvolněný oxid uhličitý již obsahoval všechny potřebné informace o přítomných vazbách izotopů, které byly nadále detailně zkoumány. Poměry izotopů v plynné substanci byly určeny za pomoci vyspělé hmotnostní spektrometrie, přičemž účinným stlačováním CO₂ dokázali autoři odborné práce provést potřebná měření i z objemově mnohem menších plynných vzorků.[6]

———

Zástupci megateropoda druhu Tyrannosaurus rex představovali jedny z největších známých suchozemských predátorů všech dob. Dnes už víme s jistotou, že se nejednalo o pomalá a těžkopádná zvířata, ale že šlo naopak o velmi dynamické, rychle se pohybující a aktivní živočichy. Na obrázku slavný exemplář „Sue“, dosahující délky 12,3 metru a hmotnosti pravděpodobně v rozmezí 8 až 10 tun. Kredit: Gallimimus wikipedista.; Wikimedia Commons (CC BY-SA 4.0)

———

Ačkoliv se tedy zdaleka nejedná o první podobný výzkum, jeho výsledky by měly být dosud nejpřesnější a nejdůvěryhodnější. A jaké tedy ony výsledky jsou? Velké překvapení se nekonalo – průměrná teplota tyranosauřího těla byla určena na 36,3 (±2,5) °C, tedy zhruba stejná, jako je dnes u zdravého člověka. Správnost měření potvrzuje i výsledek pro studenokrevné pozdně křídové krokodýly, u nichž byla určená tělesná teplota podstatně nižší – činila v průměru 30,9 °C. To naznačuje, že chemické změny ve sklovinách těchto pravěkých obratlovců nemohly probíhat tak, aby stejným způsobem pozměnily výsledky měření pro všechny zkoumané fosilie z geologického souvrství Hell Creek. V současnosti dosahují ektotermní plazi průměrné tělesné teploty v rozmezí 28 a 30 °C, zatímco letu schopní ptáci mají běžnou teplotu asi 40 až 43 °C.[7] Tyranosauři tedy představovali jakousi pomyslnou přechodnou fázi mezi těmito dvěma extrémy. Obří několikatunoví dravci si každopádně udržovali stálou, vysokou tělesnou teplotu a byli nepochybně aktivními masožravci, kteří potřebovali relativně velký přísun masité potravy pro uspokojení vysokých energetických nároků svého metabolismu. Zajímavé je, že tato skutečnost dobře koreluje i s ohromujícím paleogeografickým rozšířením druhu Tyrannosaurus rex, zabírajícím prakticky několik milionů čtverečních kilometrů. Fosilie tohoto obřího teropoda totiž známe jak z kanadské Britské Kolumbie, Alberty a Saskatchewanu na severu, tak i z Nového Mexika a Texasu (a možná dokonce i severu Mexika) na jihu. Toto velké zeměpisné rozšíření naznačuje, že díky svému rychlému metabolismu a schopnosti udržovat stálou a vysokou tělesnou teplotu mohli tyranosauři obsadit i značně nepříznivé a nehostinné oblasti s nižšími teplotami.[8] Podle autorů práce je dokonce možné, že jejich populace mohla osídlit i území současné Aljašky, tedy tehdejší polární oblasti. Ačkoliv v době končící křídy panovalo celkově výrazně teplejší klima než dnes (rozdíl se pohyboval v rozmezí 6 až 14 °C), přesto bylo ve vyšších zeměpisných šířkách zimní období velmi tvrdé a pro jakéhokoliv studenokrevného tvora muselo být prakticky nezvládnutelné. Nová studie tedy potvrzuje to, co si mnozí paleontologové mysleli již dávno – tyranosauři byli extrémně dobře adaptovaní draví dinosauři, kteří dokázali na samotném konci druhohorní éry dokonale využít své anatomické i fyziologické přednosti a stali se dominantními predátory přinejmenším na území celé Laramidie, tedy západní části Severní Ameriky.[9]

———

S novými zjištěními o stálé a vysoké tělesné teplotě druhu T. rex je konzistentní také povědomí o jeho značném zeměpisném rozšíření (zde rudá silueta v rámci ekosystémů souvrství Hell Creek). Tento druh na konci křídové periody obýval rozsáhlá území Laramidie o průměru několika tisíců kilometrů. Jednalo se o nesmírně úspěšného dravce, podle některých paleontologů pak dokonce představoval invazivní druh. Kredit: PaleoNeolitic; Wikimedia Commons (CC BY-SA 4.0)

———

Short Summary in English:

We finally know the body temperature of the giant Late Cretaceous theropod Tyrannosaurus rex. Chemical clues preserved inside fossilized T. rex teeth reveal that the dinosaur maintained a body temperature of about 36.3 degrees Celsius, almost identical to humans. The finding provides another important piece of direct evidence that the giant predator was warm-blooded, helping explain how it stayed active and survived also in chilly environments perhaps as far north as modern Alaska.

———

Ještě mnohem více informací nejen o druhu Tyrannosaurus rex se dozvíte z mé loňské přednášky pro platformu Pátečníci (Popularizační sekce Českého klubu skeptiků Sisyfos):