Fossiele analyse laat een verschuiving zien die wijst op een sterke stijging van de lichaamstemperatuur 233 miljoen jaar geleden
Een voorouder van zoogdieren ademt hete lucht uit op een koude nacht, wat suggereert dat het warmbloedig is, in de vertolking van deze kunstenaar.
Heet of niet? Als je in het oor van een dier gluurt – zelfs een gefossiliseerd oor – kan je zien of het warm- of koudbloedig was. Met behulp van een nieuwe methode die de grootte en vorm van de binnenoorkanalen analyseert, suggereren onderzoekers dat: voorouders van zoogdieren werden plotseling warmbloedig ongeveer 233 miljoen jaar geleden, meldt het team in Natuur 20 juli.
Warmbloedigheid, of endothermie, is niet uniek voor zoogdieren – vogels, de enige levende dinosaurussen, zijn ook warmbloedig. Maar endothermie is een van de belangrijkste kenmerken van zoogdieren, waardoor de dieren hun interne lichaamstemperatuur kunnen regelen door hun stofwisseling te beheersen. Dankzij deze functie konden zoogdieren omgevingsnissen van pool tot evenaar bezetten en de instabiliteit van oude klimaten doorstaan (SN: 6/7/22).
Wanneer endothermie is geëvolueerd, is echter een mysterie geweest. Op basis van fossiele analyses van groeisnelheden en zuurstofisotopen in botten, hebben onderzoekers al 300 miljoen jaar geleden data voorgesteld voor het ontstaan ervan.
De binnenoorstructuren van zoogdieren en hun voorouders vormen de sleutel tot het oplossen van dat mysterie, zegt Ricardo Araújo, paleontoloog van gewervelde dieren aan de Universiteit van Lissabon. Bij alle gewervelde dieren bevat het labyrint van halfcirkelvormige kanalen in het binnenoor een vloeistof die reageert op hoofdbewegingen, tegen kleine haarcellen in het oor strijkt en helpt om een gevoel van evenwicht te behouden. Die vloeistof kan dikker of dunner worden, afhankelijk van de lichaamstemperatuur.
“Zoogdieren hebben zeer unieke binnenoren”, zegt Araújo. Vergeleken met koudbloedige gewervelde dieren van vergelijkbare grootte, zijn de afmetingen van de halfcirkelvormige kanalen van zoogdieren – zoals dikte, lengte en kromtestraal – bijzonder klein, zegt hij. “De kanalen zijn erg dun en hebben de neiging erg rond te zijn in vergelijking met andere dieren.” Vissen daarentegen hebben de grootste voor hun lichaamsgrootte.
Wat als, zo veronderstelden Araújo en zijn collega’s, de grootte en vorm van de gehoorgangen verband houden met de lichaamstemperatuur van het dier? Bij warmbloedige dieren wordt de vloeistof minder stroperig en kunnen de kanalen zijn gekrompen om te compenseren. Als dat zo is, is het misschien mogelijk om na te gaan hoe de vorm van gefossiliseerde binnenoorkanalen in de loop van de tijd veranderde om te ontdekken wanneer warmbloedigheid ontstond in de afstamming van zoogdieren.
Om die hypothese te testen, creëerden de onderzoekers een hulpmiddel dat ze de “thermo-motiliteitsindex” noemen om warmbloedigheid te koppelen aan die binnenoorafmetingen bij 341 verschillende gewervelde dieren. Rekening houdend met grootteverschillen, bleek de waarde van deze index de lichaamstemperatuur van een dier nauwkeurig te volgen, van vissen tot reptielen tot zoogdieren. Reptielen hadden lage indexwaarden; zoogdieren waren hoog.
Het team paste deze index vervolgens toe op de gefossiliseerde gehoorgangen van 56 uitgestorven vooroudersoorten van zoogdieren. Tot hun verbazing toonden de gegevens ongeveer 233 miljoen jaar geleden een scherpe verandering in de morfologie van het binnenoor. Dat zou overeenkomen met een stijging van de lichaamstemperatuur van tussen de 5 en 9 graden Celsius – wat suggereert dat endothermie rond die tijd abrupt evolueerde, concludeert het team.
Opwarmen
De binnenoren van warmbloedige voorouders van zoogdieren, zoogdiermorfen genaamd (geïllustreerd, links) die leefden in het late Trias, hadden kleinere, strakker gebogen binnenoorkanalen vergeleken met eerdere koudbloedige synapsiden (rechts), die leefden tijdens de Perm-periode. Analyses van de afmetingen van de gehoorgang van voorouders van zoogdieren suggereren dat warmbloedigheid ongeveer 233 miljoen jaar geleden abrupt ontstond in de afstamming van zoogdieren.
“Het feit dat het een scherpe breuk in de data is” [suggests] de overgang gebeurde snel, binnen ongeveer een miljoen jaar”, zegt co-auteur Kenneth Angielczyk, een paleontoloog bij het Field Museum in Chicago.
Het is een slimme studie, zegt Stephen Brusatte, een paleontoloog aan de Universiteit van Edinburgh die niet bij het werk betrokken was. “Ik heb gebruikt” [computed tomography] gegevens om de vormen van binnenoren jarenlang te bestuderen, om te proberen af te leiden hoe uitgestorven soorten zich bewogen en hoe ze konden horen, en het kwam nooit bij me op dat de vorm van het binnenoor gerelateerd is aan het metabolisme en kan worden gebruikt om de lichaamstemperatuur van fossiele soorten te voorspellen .”
Brusatte merkt echter op dat er een limiet is aan wat wetenschappers alleen uit gefossiliseerde gehoorgangen kunnen halen, omdat ze niet onthullen welke zachte weefsels aanwezig kunnen zijn geweest, zoals de haarcellen, of de werkelijke viscositeit van de oorvloeistof. “Vorm alleen is misschien niet altijd voldoende om zoiets complexs als lichaamstemperatuur of metabolische stijl te voorspellen.”
De timing van de vermeende verschuiving, ongeveer 233 miljoen jaar geleden, komt overeen met een geologisch kort intermezzo van een zeer onstabiel klimaat dat bekend staat als de Carnian Pluvial Episode (SN: 30/09/21). “Het was een tijd waarin de mondiale temperaturen veel veranderden, en het was ook een erg natte, vochtige tijd”, zegt Angielczyk. “Een van de voordelen van endothermie is dat het de interne lichaamsomgeving stabiliseert, zodat u onafhankelijk van de omgevingsomstandigheden kunt werken.”
De bevinding laat zien hoe “het hele Trias een beetje krankzinnig was”, zegt Araújo. Het begin van het Trias was episch heet en kwam op de hielen van de massale uitsterving van de “Grote Stervende” aan het einde van de Perm-periode (SN: 12/6/18). Gewervelde soorten waren net begonnen te herstellen van die gebeurtenis toen ze werden getroffen door de Carnian Pluvial Episode. Toch zag het Trias ook de dageraad van zowel zoogdieren als dinosaurussen – die beide wisten te overleven.
Het was “een cruciale periode in de geschiedenis van het leven”, zegt Araújo. Al die instabiliteit heeft beide groepen misschien bewapend met de evolutionaire hulpmiddelen die ze nodig hadden om weer een massale uitsterving te doorstaan aan het einde van het Trias, 201 miljoen jaar geleden (SN: 7/1/22).
