Los triceratops eran de sangre fría y los tiranosaurios de sangre caliente

Durante décadas, los paleontólogos han debatido si los dinosaurios eran de sangre caliente, como los mamíferos y aves modernos, o de sangre fría, como los reptiles modernos. Saber si los dinosaurios eran de sangre fría o caliente podría darnos pistas sobre cuán activos eran y cómo era su vida cotidiana, pero los métodos para determinarlo no fueron concluyentes. 

Ahora, un estudio publicado este miércoles en la revista Nature, un equipo de científicos con participación española revela un nuevo método para estudiar las tasas metabólicas de los dinosaurios, utilizando pistas en sus huesos que indicaban cuánto respiraron los animales individuales en su última hora de vida.

"Esto es realmente emocionante para nosotros como paleontólogos: la cuestión de si los dinosaurios eran de sangre caliente o fría es una de las preguntas más antiguas de la paleontología, y ahora creemos que tenemos un consenso de que la mayoría de los dinosaurios eran de sangre caliente”, dice Jasmina Wiemann, autora principal del artículo.

“El nuevo proxy desarrollado por Jasmina Wiemann nos permite inferir directamente el metabolismo en organismos extintos, algo con lo que solo soñábamos hace unos años” asegura dice Matteo Fabbri, coautor del estudio. “También encontramos diferentes tasas metabólicas que caracterizan a diferentes grupos, lo que se sugirió anteriormente en base a otros métodos, pero nunca se probó directamente”.

“El metabolismo es la eficacia con la que convertimos el oxígeno que respiramos en energía química”

La gente a veces habla del metabolismo en términos de lo fácil que es para alguien mantenerse en forma, pero en esencia, "el metabolismo es la eficacia con la que convertimos el oxígeno que respiramos en energía química que alimenta nuestro cuerpo", explica Wiemann.

Endotermos y ectotermos 

Los animales con una tasa metabólica alta son endotérmicos o de sangre caliente. Los animales de sangre caliente, como las aves y los mamíferos, toman mucho oxígeno y tienen que quemar muchas calorías para mantener su temperatura corporal y mantenerse activos. Los animales de sangre fría o ectotérmicos, como los reptiles, respiran menos y comen menos. Su estilo de vida es energéticamente menos costoso que el de un animal de sangre caliente, pero tiene un precio: los animales de sangre fría dependen del mundo exterior para mantener sus cuerpos a la temperatura adecuada para funcionar (como un lagarto tomando el sol), y tienden a ser menos activos que las criaturas de sangre caliente.

Con las aves de sangre caliente y los reptiles de sangre fría, los dinosaurios quedaron atrapados en medio de un debate. Las aves son los únicos dinosaurios que sobrevivieron a la extinción masiva al final del Cretácico, pero los dinosaurios (y, por extensión, las aves) son técnicamente reptiles; fuera de las aves, sus parientes vivos más cercanos son los cocodrilos y los caimanes. Entonces, ¿eso haría que los dinosaurios fueran de sangre caliente o de sangre fría?

Los métodos anteriores

Los científicos han tratado de obtener las tasas metabólicas de los dinosaurios a partir de análisis químicos y osteohistológicos de sus huesos. "En el pasado, la gente ha observado huesos de dinosaurios con geoquímica de isótopos que básicamente funciona como un paleotermómetro", dice Wiemann; los investigadores examinan los minerales en un fósil y determinan a qué temperaturas se formarían esos minerales, un enfoque realmente revolucionario cuando salió, y continúa brindando conocimientos muy emocionantes sobre la fisiología de los animales extintos. Pero nos hemos dado cuenta de que todavía no entendemos realmente cómo los procesos de fosilización cambian las señales de isótopos que captamos, por lo que es difícil comparar sin ambigüedades los datos de los fósiles con los animales modernos”.

Otro método para estudiar el metabolismo es la tasa de crecimiento. “Si observas una sección transversal del tejido óseo de un dinosaurio, puedes ver una serie de líneas, como anillos de árboles, que corresponden a años de crecimiento”, dice Fabbri. “Puedes contar las líneas de crecimiento y el espacio entre ellas para ver cómo de rápido creció el dinosaurio. El límite depende de cómo transforme las estimaciones de la tasa de crecimiento en metabolismo: crecer más rápido o más lento puede tener más que ver con la etapa de vida del animal que con su metabolismo, por ejemplo, cómo crecemos más rápido cuando somos jóvenes y más lento cuando somos mayores”.

La clave: el uso de oxígeno

El nuevo método propuesto por Wiemann, Fabbri y sus colegas no analiza los minerales presentes en el hueso ni la rapidez con la que creció el dinosaurio. En cambio, analizan una de las características más básicas del metabolismo: el uso de oxígeno. Cuando los animales respiran, se forman productos secundarios que reaccionan con proteínas, azúcares y lípidos, dejando atrás “desechos” moleculares. Este desecho es extremadamente estable e insoluble en agua, por lo que se conserva durante el proceso de fosilización. Deja un registro de la cantidad de oxígeno que respiraba un dinosaurio y, por lo tanto, su tasa metabólica.

Los investigadores buscaron estos fragmentos de desechos moleculares en fémures fósiles de color oscuro, porque esos colores oscuros indican que se conserva mucha materia orgánica. Examinaron los fósiles utilizando espectroscopia infrarroja de transformada de Fourier y Raman: "estos métodos funcionan como microscopios láser, básicamente podemos cuantificar la abundancia de estos marcadores moleculares que nos informan sobre la tasa metabólica", sostiene Wiemann. “Es un método particularmente atractivo para los paleontólogos, porque no es destructivo”.

Triceratops de sangre fría

El equipo analizó los fémures de 55 grupos diferentes de animales, incluidos los dinosaurios, sus primos voladores, los pterosaurios, sus parientes marinos más lejanos, los plesiosaurios, y las aves, mamíferos y lagartos modernos. Compararon la cantidad de subproductos moleculares relacionados con la respiración con las tasas metabólicas conocidas de los animales vivos y utilizaron esos datos para inferir las tasas metabólicas de los extintos.

El equipo analizó los fémures de 55 grupos diferentes de animales

El equipo encontró que las tasas metabólicas de los dinosaurios eran generalmente altas. Hay dos grandes grupos de dinosaurios, los saurisquios y los ornitisquios: caderas de lagarto y caderas de pájaro. Los dinosaurios con caderas de lagarto, como Triceratops y Stegosaurus, tenían tasas metabólicas bajas comparables a las de los animales modernos de sangre fría. Los dinosaurios con caderas de pájaro, incluidos los terópodos y los saurópodos, los dinosaurios depredadores de dos patas, más parecidos a pájaros, como Velociraptor y T. rex , y los herbívoros gigantes de cuello largo como Brachiosaurus .- eran de sangre caliente. 

Los investigadores se sorprendieron al descubrir que algunos de estos dinosaurios no solo eran de sangre caliente, sino que tenían tasas metabólicas comparables a las de las aves modernas, mucho más altas que las de los mamíferos. Estos resultados complementan observaciones independientes previas que insinuaban tales tendencias pero que no podían proporcionar evidencia directa debido a la falta de un representante directo para inferir el metabolismo.

Estilos de vida

Estos hallazgos, dicen los investigadores, pueden brindarnos información fundamentalmente nueva sobre cómo era la vida de los dinosaurios. "Los dinosaurios con tasas metabólicas más bajas habrían sido, hasta cierto punto, dependientes de las temperaturas externas", dice Wiemann. “Las lagartijas y las tortugas se sientan al sol y toman el sol, y es posible que tengamos que considerar una termorregulación 'comportamental' similar en los ornitisquios con tasas metabólicas excepcionalmente bajas. Los dinosaurios de sangre fría también podrían haber tenido que migrar a climas más cálidos durante la estación fría, y el clima puede haber sido un factor selectivo de dónde podrían vivir algunos de estos dinosaurios”.

Los dinosaurios de sangre fría también podrían haber tenido que migrar a climas más cálidos

Por otro lado, dice, los dinosaurios de sangre caliente habrían sido más activos y habrían necesitado comer mucho. “Los saurópodos gigantes de sangre caliente eran herbívoros, y se necesitaría mucha materia vegetal para alimentar este sistema metabólico. Tenían sistemas digestivos muy eficientes, y dado que eran tan grandes, probablemente era más un problema para ellos enfriarse que calentarse”. Mientras tanto, los dinosaurios terópodos, el grupo que contiene a las aves, desarrollaron metabolismos elevados incluso antes de que algunos de sus miembros desarrollaran el vuelo.

“Reconstruir la biología y fisiología de animales extintos es una de las cosas más difíciles de hacer en paleontología. Este nuevo estudio agrega una pieza fundamental del rompecabezas para comprender la evolución de la fisiología en el tiempo profundo y complementa los proxies anteriores utilizados para investigar estas preguntas. Ahora podemos inferir la temperatura corporal a través de isótopos, las estrategias de crecimiento a través de la osteohistología y las tasas metabólicas a través de representantes químicos”, dice Fabbri.

Lecciones para la sexta extinción

Además de darnos una idea de cómo eran los dinosaurios, este estudio también nos ayuda a comprender mejor el mundo que nos rodea hoy. Los dinosaurios, con la excepción de las aves, se extinguieron en una extinción masiva hace 65 millones de años cuando un asteroide golpeó la Tierra. 

"En general, se ha sugerido que tener una tasa metabólica alta es una de las ventajas clave cuando se trata de sobrevivir a las extinciones masivas y luego irradiar con éxito", dice Wiemann. Algunos científicos han propuesto que las aves sobrevivieron mientras que los dinosaurios no aviares murieron debido a la aumento de la capacidad metabólica de las aves. Pero este estudio, dice Wiemann, ayuda a demostrar que esto no es cierto: muchos dinosaurios con capacidades metabólicas excepcionales similares a las de las aves se extinguieron.

Muchos dinosaurios con capacidades metabólicas excepcionales similares a las de las aves se extinguieron

“Vivimos en la sexta extinción masiva”, asegura Wiemann, “por lo que es importante para nosotros comprender cómo los animales modernos y extintos respondieron fisiológicamente al cambio climático y las perturbaciones ambientales anteriores, para que el pasado pueda informar la conservación de la biodiversidad en el presente y informar nuestras acciones futuras”.

Referencia: Fossil biomolecules reveal an avian-like metabolism in ancestral dinosaurs (Nature) DOI 10.1038/s41586-022-04770-6