Các manh mối hóa học tiết lộ tốc độ trao đổi chất của các loài khủng long: Tyrannosaurus rex máu nóng, Stegosaurus máu lạnh!

Trong nhiều thập kỷ, các nhà cổ sinh vật học đã tranh luận về việc liệu khủng long là loài máu nóng, giống như động vật có vú và chim hiện đại, hay máu lạnh, giống như loài bò sát hiện đại. Việc biết khủng long là máu nóng hay máu lạnh có thể cho chúng ta gợi ý về mức độ hoạt động của chúng và cuộc sống hàng ngày của chúng như thế nào. Trong một bài báo mới trên tạp chí Nature, các nhà khoa học đã tiết lộ một phương pháp mới để nghiên cứu tỷ lệ trao đổi chất của khủng long thông qua sử dụng các manh mối trong xương của chúng.

"Điều này thực sự thú vị đối với chúng tôi với tư cách là các nhà cổ sinh vật học - câu hỏi liệu khủng long là máu nóng hay máu lạnh là một trong những câu hỏi lâu đời nhất trong giới cổ sinh vật học, và bây giờ chúng tôi nghĩ chúng tôi đã đồng thuận, rằng hầu hết các loài khủng long là máu nóng", Jasmina Wiemann, tác giả chính của bài báo và là nhà nghiên cứu sau tiến sĩ tại Viện Công nghệ California cho biết.

"Proxy mới do Jasmina Wiemann phát triển cho phép chúng tôi trực tiếp suy ra quá trình trao đổi chất ở các sinh vật đã tuyệt chủng, điều mà chúng tôi luôn mơ ước trước đây". Matteo Fabbri, một nhà nghiên cứu sau tiến sĩ tại Bảo tàng Field ở Chicago và là một trong những tác giả của nghiên cứu, cho biết tỷ lệ trao đổi chất khác nhau đặc trưng cho các nhóm khác nhau.

Đôi khi, người ta nói về sự trao đổi chất theo cách một người dễ dàng giữ được vóc dáng, nhưng cốt lõi của nó, "sự trao đổi chất là cách chúng ta chuyển đổi hiệu quả oxy mà chúng ta hít thở thành năng lượng hóa học cung cấp năng lượng cho cơ thể", Wiemann, chuyên gia liên kết với Đại học Yale và Bảo tàng Lịch sử Tự nhiên của Quận Los Angeles.

Động vật có tỷ lệ trao đổi chất cao là loài thu nhiệt, hoặc máu nóng; Động vật máu nóng như chim và động vật có vú lấy nhiều oxy và phải đốt cháy nhiều calo để duy trì nhiệt độ cơ thể. Các loài động vật máu lạnh, như bò sát thở ít hơn và ăn ít hơn so với các loài động vật máu nóng. Lối sống của chúng ít tốn năng lượng hơn so với động vật máu nóng, nhưng chúng phải phụ thuộc vào thế giới bên ngoài để giữ cho cơ thể chúng ở nhiệt độ thích hợp để hoạt động (giống như thằn lằn phơi mình trong ánh nắng mặt trời), và chúng có xu hướng hoạt động ít hơn các sinh vật máu nóng.

Với việc các loài chim là máu nóng và các loài bò sát là máu lạnh, khủng long đã bị cuốn vào giữa một cuộc tranh luận. Chim là loài khủng long duy nhất sống sót sau cuộc tuyệt chủng hàng loạt vào cuối kỷ Phấn trắng, nhưng khủng long về bản chất lại là loài bò sát. Vậy điều đó thực tế, khủng long là loài động vật máu nóng hay máu lạnh?

Các nhà khoa học đã cố gắng thu thập tỷ lệ trao đổi chất của khủng long từ các phân tích hóa học và xương sống về xương của chúng. Wiemann cho biết: "Trước đây, người ta đã xem xét xương khủng long bằng địa hóa đồng vị hoạt động giống như một nhiệt kế cổ điển" - các nhà nghiên cứu kiểm tra các khoáng chất trong một hóa thạch và xác định nhiệt độ mà các khoáng chất đó sẽ hình thành. Nhưng chúng tôi nhận ra rằng chúng ta chưa thực sự hiểu quá trình hóa thạch thay đổi các tín hiệu đồng vị, vì vậy thật khó để so sánh rõ ràng dữ liệu từ hóa thạch với động vật hiện đại".

Thay vào đó, họ xem xét một trong những dấu hiệu cơ bản nhất của quá trình trao đổi chất: việc sử dụng oxy. Khi động vật thở, các sản phẩm phụ phản ứng với protein, đường và lipid được hình thành, để lại "chất thải" phân tử. Chất thải này rất ổn định và không hòa tan trong nước nên được bảo quản trong các quá trình hóa dầu. Nó ghi lại lượng oxy mà khủng long hít vào, và do đó là tốc độ trao đổi chất của nó.

Các nhà nghiên cứu đã tìm kiếm những mẩu chất thải phân tử này trong những con cái hóa thạch có màu sẫm, vì những màu tối đó cho thấy rằng rất nhiều chất hữu cơ được bảo quản. Họ đã kiểm tra các hóa thạch bằng quang phổ hồng ngoại biến đổi Raman và Fourier - "những phương pháp này hoạt động giống như kính hiển vi laser, về cơ bản chúng ta có thể định lượng sự phong phú của các phân tử và biết về tốc độ trao đổi chất", Wiemann nói.

Nhóm nghiên cứu đã phân tích mẫu của 55 nhóm động vật khác nhau, bao gồm khủng long bao chúa, pterosaurs, plesiosaurs, và các loài chim, động vật có vú và thằn lằn hiện đại. Họ so sánh lượng phụ phẩm phân tử liên quan đến hô hấp với tỷ lệ trao đổi chất đã biết của các loài động vật sống và sử dụng những dữ liệu đó để suy ra tỷ lệ trao đổi chất của những loài đã tuyệt chủng.

Nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng tỷ lệ trao đổi chất của khủng long nói chung là cao. Có hai nhóm khủng long lớn, saurischians và ornithischians - hông thằn lằn và hông chim. Các loài khủng long chân chim, như Triceratops và Stegosaurus, có tỷ lệ trao đổi chất thấp tương đương với các loài động vật máu lạnh hiện đại.

Khủng long mỏm thằn lằn, bao gồm các loài khủng long săn mồi hai chân như Velociraptor, T. rex và động vật ăn cỏ cổ dài, khổng lồ như Brachiosaurus đều là những loài động vật máu nóng - chúng có tỷ lệ trao đổi chất tương đương với các loài chim hiện đại, cao hơn nhiều so với động vật có vú.

Các nhà nghiên cứu cho biết, phát hiện này có thể cung cấp hiểu biết cơ bản về cách sống của khủng long. Tái tạo sinh học và sinh lý học của các loài động vật đã tuyệt chủng là một trong những việc khó nhất trong ngành cổ sinh vật học. Nghiên cứu mới có thể suy ra nhiệt độ cơ thể từ đồng vị, chiến lược tăng trưởng từ mô học xương và tỷ lệ trao đổi chất từ hóa chất.

Các nhà nghiên cứu cho biết, việc hiểu các động vật hiện đại và đã tuyệt chủng phản ứng sinh lý như thế nào với những thay đổi khí hậu và xáo trộn môi trường trước đây là rất quan trọng để có thể cung cấp thông tin cho việc bảo tồn đa dạng sinh học hiện tại và thông báo cho các hành động của con người trong tương lai.