Een reconstructie van de behoorlijk snelle velociraptors. Chinese Academy of Sciences

Dino's konden overheersen dankzij "superlongen"

In het mesozoïcum, het tijdperk van de dinosauriërs dat liep van 251 tot 65 miljoen jaar geleden, bevatte de lucht op aarde maar 10 tot 15 procent zuurstof in plaats van de huidige 20 procent. Toch waren dinosauriërs in staat om behoorlijk snel te rennen in die zuurstofarme atmosfeer, Velociraptors hebben hun naam niet gestolen, en zouden meer dan 60 km/u gehaald hebben. Volgens een nieuwe studie was dat te danken aan hun superefficiënte, vogelachtige longen, die voor een constante stroom aan zuurstof zorgden. Mogelijk heeft dat de dino's ook toegelaten om in dat tijdperk de dominante diersoort op aarde te worden.   

De nieuwe studie vergeleek de longen van dinosauriërs met die van nu nog levende krokodilachtigen, als krokodillen en alligators, en met de longen van hedendaagse vogels, zoals de struisvogel. De onderzoekers deden dat omdat krokodilachtigen een gemeenschappelijke voorouder delen met de dinosauriërs, en omdat vogels de moderne afstammelingen zijn van een bepaalde groep dinosauriërs.

"Het ademhalingssysteem van niet-aviaire [niet vogelachtige] dinosauriërs is in de loop der jaren al behoorlijk goed bestudeerd, zowel om nieuw licht te laten schijnen op de biologie van nu uitgestorven leden van de dinosaurus-familie, als om de oorsprong en de evolutie van moderne vogels en reptielen beter te begrijpen", zei onderzoeker Robert Brocklehurst in een persmededeling van University of Manchester. Brocklehurst werkt in het Animal Simulation Lab van de School of Earth en Environmental Sciences van de universiteit, en hij was de leider van de studie. 

Om de verschillende soorten longen te vergelijken, gebruikten de onderzoekers CT-scans om te kijken naar de longholten van vier hedendaagse krokodilachtigen en 29 hedendaagse vogels, en hun structuur te vergelijken met die van 16 verschillende soorten dinosauriërs.  

Een trompetzwaan in volle vlucht. (Foto: Andy Reago & Chrissy McClarren/Wikimedia)

Rigide longen

Het is al lang bekend dat vogels een ongewoon, gesocifisticeerd ademhalingssysteem hebben. In tegenstelling met de longen van mensen en andere zoogdieren, die uitzetten en leeglopen, zijn de longen van vogels rigide en onbuigzaam. 

Speciale luchtzakken die langs de longen liggen, doen bij vogels al het harde werk, en pompen lucht door de longen, waar de zuurstof zich verspreidt in de bloedsomloop. De longen hangen vast aan de wervels en de ribben, die de bovenkant van de ribbenkast vormen, en dat helpt om de longen onbeweeglijk te houden. En het costovertrebale gewricht, een verbinding tussen de ribben en de ruggengraat, biedt nog meer steun aan de longen.  Die structuur laat een constante aanvoer van zuurstof toe, en vraagt minder energie dan het opblazen en leeglopen van de longen. 

Ze laat paleontologen ook toe om bij fossielen veel te weten te komen over de - niet bewaarde -longen door de beenderen er omheen te bestuderen, maar toch wordt er al lang gedebatteerd over de vraag of die "superlongen" enkel bij vogels geëvolueerd zijn, of al vroeger bij de dinosauriërs. 

Uit de scans in de nieuwe studie is nu gebleken dat al de dino's wervels hadden die meer de vorm hadden van die van vogels dan van reptielenwervels. Bovendien staken de wervels van de dinosauriërs vooruit in de longholte, wat men ook vindt bij hedendaagse vogels. 

"We dachten dat sommige dinosauriërs longen zouden hebben die meer op die van vogels leken, terwijl andere van hun longen zouden lijken op die van reptielen, maar dat was helemaal niet het geval. Elk staal van een dinosauriër dat we scanden, zag er net zo uit als de vogels die we scanden", zei Brocklehurst.

Naast de CT-scans verwijderden de onderzoekers ook de longen van een alligator en een struisvogel, en ze ontdekten dat de structuren van het skelet die de longen omringden en ondersteunden, erg verschilden bij de twee diersoorten. 

De longholte van de alligator was glad en liet de longen en andere inwendige organen toe te verschuiven als ze bewegen om lucht in en uit te pompen. De longholte van de struisvogel was daarentegen doorgroefd, net als die van de dinosauriërs. 

"Met deze nieuwe studie tonen we op een kwantitatieve manier aan dat alle niet-aviaire dinosauriërs costovertrebrale gewrichten bezaten die, wat hun structuur betreft, meer leken op die van vogels dan die van krokodilachtigen", zo voegde Brocklehurst er nog aan toe. 

Een alligator in Texas. Copyright 2017 The Associated Press. All rights reserved.

Overheersen dankzij efficiënte longen

Volgens de onderzoekers is een gevolg van hun bevindingen dat de dinosauriërs zich, dankzij hun efficiënte longen, konden aanpassen, en konden gedijen in de zuurstofarme omgeving waar andere diersoorten het moeilijk zullen gehad hebben. 

"Als zelfs de allereerste dinosauriërs die ontstaan zijn, vogelachtige longen hadden, vormt dit een aanzienlijk deel van de verklaring waarom dinosauriërs zodanig de dominante diersoorten van hun tijd zijn geworden. Andere groepen van dieren hadden eenvoudigweg niet dergelijke longen, die zo goed aangepast waren om zuurstof uit de lucht te halen. Dat eenvoudige evolutionaire verschil kan de dinsoauriërs toegelaten hebben de wereld te overheersen", zei professor Bill Sellers in de persmededeling. Sellers werkt eveneens aan de School of Earth and Environmental Sciences en is een mede-auteur van de studie.    

De studie van Brocklehurst, Sellers en Emma R. Schachner van de Louisiana State University in New Orleans is gepubliceerd in "Royal Society Open Science"