Growth, diet, thermophysiology and mobility of sauropods - Implications from bone isotope geochemistry for paleobiology and gigantism
Final Report Abstract
Die Emmy Noether-Gruppe „Knochengeochemie“ hat in verschiedenen Teilprojekten an Dinosaurierskelettresten unterschiedliche Isotopensysteme (C, O, 13C-18O, Ca, Lu-Hf) analysiert. Dabei konnten neue Erkenntnisse zur Ernährung, Thermophysiologie, Biomineralisation und damit zur Paläobiologie der Sauropoden sowie zu Fossilisationsprozessen ihrer Knochen gewonnen werden. Diese werden im Folgenden zusammengefasst. Die Kohlenstoffisotopie fossiler Knochen und Zähne sowie möglicher Futterpflanzen zeigte, dass die Sauropoden terrestrische C3-Pflanzen gefressen haben. Auch küstennahe Populationen scheinen keine marinen Nahrungspflanzen wie Algen oder Tang aufgenommen zu haben. Koniferen und Cycadeen haben im Durchschnitt eine höhere Kohlenstoffisotopie in ihren Blättern als Farne und Schachtelhalme. Dies ermöglicht die Präferenz von Sauropoden für bestimmte Futterpflanzen einzugrenzen. Sauerstoffisotopenanalysen wurden in situ mit hoher räumlich Auflösung an rezenten und fossilen Reptilknochen durchgeführt, um saisonale Zyklen der Sauerstoffisotopie festzustellen. Diese könnten als „Isotopenjahresringe“ zur Bestimmung der Wachstumsraten und des Lebensalters der Dinosaurier genutzt werden. An den jährlichen Wachstumslinien fanden sich oft die niedrigsten Sauerstoffisotopenverhältnisse, was auf eine Relation von Klima und Knochenwachstum hindeutet. Die untersuchten Langknochen der Sauropoden zeigten aber keine klaren Saisonalitätsmuster und die Anzahl der Sauerstoffisotopenzyklen entsprach nicht den abgeschätzten Lebensaltern. Diese konnten daher nicht zur Skeletochronologie genutzt werden. Die Kalziumisotopie in Knochen moderner Säuger, Vögel und Reptilien wurde analysiert und ein artübergreifender trophischer Level Effekt zwischen Fleisch- und Pflanzenfressern festgestellt. Die Ursache ist der Konsum von Knochengewebe, das reich an leichten Kalziumisotopen ist. Wir konnten zeigen, dass die Kalziumisotopie fossiler Knochen durch Fossilisationsprozesse kaum verändert wird. Sie kann daher als Proxy für die Ernährungsweise ausgestorbener Wirbeltiere und deren Position im Nahrungsnetz genutzt werden. Unsere Ca-Isotopendaten belegen, dass T-Rex größere Mengen Knochen aufgenommen hat und ein Apex-Räuber war, während Allosaurus kein Knochengewebe gefressen zu haben scheint. Der im Eozän ausgestorbene bis 2m große, flugunfähige Riesenlaufvogel Gastornis, der aufgrund seines massiven knöchernen Schnabels in jedem Lehrbuch als Fleischfresser und Urpferdchenjäger abgebildete wird, war ein Pflanzenfresser. Seine Knochen haben die gleiche Ca-Isotopie, wie die der Urpferde, welche daher keine Beutetiere waren. Das chemische „clumped isotope“-Thermometer beruht auf der 13C-18O- Bindungshäufigkeit in Karbonat. Es wurde an Zahnschmelzproben heutiger Wirbeltiere mit unterschiedlichen Körpertemperaturen kalibriert, um damit die Körpertemperaturen von Dinosauriern zu bestimmen. Für Mammuts konnten Körpertemperaturen wie für heutige Elefanten gemessen werden. Ähnliche Temperaturwerte von 36-38°C wurden an gut erhaltenen Zahnschmelz- sowie Eischalenproben für große Sauropoden bestimmt. Oviraptor hatte nur eine Körpertemperatur von 32°C, die niedriger lag als die heutiger Vögel aber über der Umgebungstemperatur. Dinosaurier hatten somit unterschiedliche Thermoregulationsstrategien. Das Lutetium(Lu)-Hafnium(Hf)-Isotopensystem sollte als Methode zur direkten radiometrischen Datierung fossiler Knochen entwickelt werden. Konzentrationsprofile von seltenen Erdelementen sowie Lu-Hf-Isotopenanalysen zeigten aber eindeutig, daß die fossilen Knochen sich bezüglich der Elemente Lu und Hf als offene Systeme verhalten. Die radiometrischen Lu-Hf-Alter fossiler Knochen aus unterschiedlicher Ablagerungsmilieus waren daher fast alle jünger als die stratigraphischen Alter. Daher können nur Minimalalter mittels der Lu- Hf Datierung bestimmt werden. Die Aufnahme von seltenen Erdelementen und die Fossilisationsprozesse von Knochen dauern daher über Jahrmillionen an und sind nicht, wie bisher angenommen, innerhalb weniger tausend Jahre abgeschlossen.
Publications
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