El Metabolismo de los Titanes

De crío, me fascinaban estos extintos animales, ¿a quién no?. Me pasaba horas mirando libros y documentales, preguntándome acerca de ellos y, si algún día correríamos su misma suerte de la mano de un meteorito llamado Armagedón. Quería ser paleontólogo o astrofísico, o las dos cosas. Ahora soy bioquímico,  mis viejos me regalaron un quiminova y un micronova.  Pero no por eso he dejado de preguntarme acerca de estas magníficas bestias. Claro está que he pasado de pensar en términos de: ¿Podría un T-Rex comerse el mulo de mi abuela con carro y todo?... a pensar en términos de transmisión neuronal, biomecánica y tasas metabólicas. Es lo que tienen 25 años de diferencia,  es diferente pero no deja de ser divertido, y más si se trata de participar en el XV Carnaval de Biología alojado esta edicion en Hablando de Ciencia.

 

Es difícil estudiar el metabolismo o la bioquímica de animales cuyos escasos restos no tienen mas química que la de una roca. Pero mucho ha llovido desde que en 1676 Robert Plot describiera el primer fragmento de un fémur de lo que hoy llamamos Megalosaurio, que en 1763 un señor llamado Richard Brookes  clasificó como el inequívoco escroto de un gigante. 

Telita con los cojones del gigante, en qué estaria pensando este señor. (Wiki)

Dado que, es más que probable que jamás encontremos tejidos blandos suficientes - porque haberlos haylos (1, 2, 3) - que permitan extraer ADN dinosaurio o estudiar extensivamente su composición protéica, una buena forma de aproximar el tipo de metabolismo que poseían es averiguando si eran animales de sangre fría o caliente, o mejor dicho, si eran ectotermos o endotermos. 

 Para situarnos un poco en el tiempo y sus variadas formas.

Debido a su similitud (la que ha podido encontrarse en los esqueletos fosilizados) con los actuales reptiles, desde un principio, allá por 1824 cuando William Buckland describió el primer dinosaurio (el Megalosaurio),  se pensó que los dinosaurios eran animales de sangre fría (ectotermos).  Mejor dicho, se creía que no poseían mecanismos fisiológico-metabólicos que les permitieran generar y regular su temperatura interna independientemente del ambiente, como pasa exempli gratia con los mamíferos (endotermos homeotermos). Mas bien no se trata de si estaban más o menos calientes (y no hablo de reproducción) sino de si eran capaces de mantener su temperatura en un estrecho margen de manera activa y autónoma mediante consumo de energía química.  

Cladograma de los Arcosaurios donde se muestran las relaciones de varios grupos con las aves modernas, queda más o menos claro a qué me refiero con no-avianos, creo. (Cleveland P. Hickman et al, 1998).

Una ectotermia asentada empezó a tambalearse a partir de 1960 con el estudio de fósiles de regiones paleoclimáticas polares, y los primeros modelos de comportamiento en depredación y velocidades en carrera. Simplemente no cuadraba que estos grandes saurios soportasen climas tan fríos o requerimientos energéticos tan altos siendo ectotermos, característica que casi ineludiblemente apunta a metabolismos muy lentos, que no disipan energía en forma de calor y además con una entrega de potencia (Capacidad de trabajo) mucho mas baja que los endotermos. Hubo mucha discusión, sobre todo en los inicios pero actualmente modelos biomecánicos de costes energéticos para el desplazamiento apuntan a una endotermia muy generalizada para los dinusaurios no-avianos, aunque entre los de pequeño tamaño no está tan claro.

Requisitos de potencia del aparato locomotor para dinosauriformes (potencia aeróbica, mlO2/s) según el peso estimado (círculos blancos) o según el volumen muscular (círculos negros) representados  en una gráfica de la potencia aeróbica máxima
para endotermos existentes (círculos rojos de luz y de la región sombreada roja) y ectotermos (círculos azules y de la región sombreada azul) en comparación con la masa corporal (4)

Hablaron los huesos. A favor de la endotermia. Mostraron elevadas tasas de crecimiento incompatibles con metabolismos ectodérmicos (al menos con los que conocemos vivos). Pero estas elevadas tasas metabólicas también pueden ser explicadas por algo que ha dado en llamarse gigantotermia o, en cristiano, inercia térmica. Esto de la inercia térmica es algo que tiene que ver con que los nórdicos, de media, nos saquen dos cabezas y 10 kilos. Un cuerpo comparativamente más grande tarda mucho más en perder el calor porque tiene menos relación superficie volumen. La gigantotermia posibilitaría una elevada tasa metabólica y además, teóricamante casi imposibilita que los saurios más grandes fueran endotermos, ya que alcanzarían temperaturas muy elevadas. Eso sí, esta teoría falla de lleno con los dinosaurios de tamaño pequeño y a mi me da que con las crías también.

  Tamaño relativo de algunos dinosaurios (Fuente)

 Por otro lado, los huesos de estos titanes muestran anillos de crecimiento cíclico (algo parecido a lo de los árboles) extremadamente marcados, propios de ectotermos: ciclos anuales de crecimiento y detención que se correlaciona con un disminución de la temperatura corporal y la tasa metabólica. Mientras que los endotermos parecen crecer continuamente hasta que alcanzan la madurez a causa de la temperatura constante y una tasa metabólica estable.  Sin embargo, esto último parece no cumplirse en endotermos modernos de vida salvaje donde  estudios globales más exhaustivos han encontrado que esta estacionalidad en el crecimiento óseo también aparece. Con lo que la formación de las líneas parada de crecimiento en los dinosaurios deja de ser un buen apoyo a la ectotermia.

Está claro, que en los clubes paleontológicos aficionados a los saurópodos se han pegao de leches.  Ostias como panes diría yo, acerca de que si sangre fría que si caliente. Pero parece que la disquisición ha encontrado una acicate en la física-química (o viceversa, no se me enfaden los químicos). No hace mucho se ha empezado a aplicar una técnica llamada termometría isotópica para estudiar, marcianamente, a qué temperatura crecieron, por ejemplo, los dientes de un dinosaurio.  Calibradas adecuadamente, esta técnica o sus variantes permiten medir con una precisión muy elevada la cantidad de los diferentes isótopos de oxígeno y/o carbono en el arcano esmalte dentario. ¿Si bueno y a mi que?. Pues que por ejemplo el oxígeno tiene tres isótopos mayoritarios: O16, O17 y O18 que se encuentran en la naturaleza en ciertas proporciones. Cuando un mineral se forma, dependiendo a qué temperatura se forme, la proporción isotópica es diferente. Pues bien, sin marear más en la química isotópica, lo que se ha encontrado es que la temperatura de formación de los dientes de varios dinosaurios cretácicos y jurásicos se encuentra entre 33 y 38°C y 36 y 38°C respectivamente, más compatible con la endotermia homeotermia que con la ectotermia. Estas temeraturas vienen a ser entre 4°C y 7°C menor que las estimas hechas por gigantotermia, lo que además apunta a que estos animales, al menos los más grandes, debían ser capaces de refrigerar eficientemente sus titánicos bodys.  

En fin, aún hay en esta materia tela que rasgar pero parece que la acumulación de pruebas va inclinando la balanza a una generalización de la endotermia entre los saurópodos. Está claro que generalizar el tipo de metabolismo entre los saurópodos sería casi como generalizar el metabolismo para todos los animales actuales que comen hierba.  Parece razonable pensar que si ya las aves fueron el primer gran grupo que presentó endotermia homeotermia clara y eficiente, grupos muy relacionados como los dinosaurios no-avianos pudiesen tener algún tipo de endotermia. Como en la vida, las cosas no solo son blancas o negras, puede que presentasen una endotermia parcial, con gradientes de temperatura corporales (cosa muy inusual en los taxones actuales). Igual que, por ejemplo, muchos mamíferos marinos son capaces de suministrar oxígeno solo al cerebro y al corazón y dejar trabajando en anaerobiosis al resto del organismo. O puede que fuesen endotérmicos durante el crecimiento, hasta la madurez sexual y luego, cuando fuesen grandes como castillos, ectotérmicos, para no cocinarse su propia chuleta de brontosaurio.

Sea como fuere, su metabolismo debía ser diferente en algún grado al de aves y mamíferos, porque, cual fuere el desastre del cretácico-terciario, cascaron todos, no quedó ni uno, ni los titánicos como dragones ni los pequeños como pollos… el tiempo nos dirá, si no corremos antes la misma suerte. 

Bibliografía

1) Cleland TP et al. Histological, chemical, and morphological reexamination of the heart of a small Late Cretaceous Thescelosaurus. Naturwissenschaften 2000

2) Mary H. Schweitzer et al. Gender-Specific Reproductive Tissue in Ratites and Tyrannosaurus rex. Science 2005

3) Mary H. Schweitzer et al. Biomolecular Characterization and Protein Sequences of the Campanian Hadrosaur. Science 2009

4) Herman Pontzer et al. Biomechanics of Running Indicates Endothermy in Bipedal Dinosaurs. PlosOne 2009

5) Robert A. Eagle et al. Dinosaur Body Temperatures Determined from Isotopic Ordering in Fossil Biominerals. Science 2011

6) Meike Köhler et al. Seasonal bone growth and physiology in endotherms shed light on dinosaur physiology. Nature 2012