Treffen Sie das riesige ausgestorbene Reptil, das so viel wog wie ein erwachsenes Spitzmaulnashorn

Postdoktorand am Evolutionary Studies Institute (ESI), University of the Witwatersrand, Johannesburg., University of the Witwatersrand

Dozent, University of Chicago

Professor für Paläontologie, Universität Sapienza Rom

Marc Johan Van den Brandt erhält Fördermittel von der University of the Witwatersrand, GENUS (DSI-NRF Center of Excellence in Palaeosciences, UID 86073) und dem Millenium Trust.

Kenneth D. Angielczyk erhält Fördermittel von der US National Science Foundation und dem Field Museum of Natural History.

Marco Romano arbeitet nicht für Unternehmen oder Organisationen, die von diesem Artikel profitieren würden, berät sie nicht, besitzt keine Anteile an ihnen und erhält keine Finanzierung von diesen, und hat über ihre akademische Anstellung hinaus keine relevanten Verbindungen offengelegt.

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Vor etwa 262 Millionen Jahren, im mittleren Perm, entstand eine neue Reptilienfamilie. Pareiasaurier – was „Wangenechsen“ bedeutet, eine Anspielung auf die flachen Knochenflansche, aus denen ihre Wangen bestehen – hatten Schädel, die mit knöchernen Wucherungen und Beulen bedeckt waren, und Knochenplatten an ihren Körpern.

Sie gehörten zu den ersten großen Landtieren, die sich schnell entwickelten, und entwickelten sich schnell zu den am häufigsten vorkommenden Pflanzenfressern weltweit. Mindestens 21 verschiedene Arten entwickelten sich, bevor vor etwa 252 Millionen Jahren im Zuge des Aussterbens im Perm und der Trias alle Pareiasaurier ausgerottet wurden.

Ab den 1830er Jahren wurden in verschiedenen Teilen der Welt Pareiasaurierfossilien gefunden. Eine große, häufig vorkommende Art, Bradysaurus, aus der mittleren Perm-Zeit, wurde in Südafrika gefunden und 1892 wissenschaftlich beschrieben. Scutosaurus, aus der späten Perm-Zeit in Russland, wurde 1922 beschrieben.

Dank mehr als 150 Jahren Forschung wissen wir, dass mehrere Pareiasaurier große Tiere waren, die eine Länge von bis zu 3 Metern erreichten. Ihre Knochen verraten, dass sie dick und stämmig waren. Sie standen tief am Boden und hatten eine primitive, ausgestreckte Haltung. Es gibt jedoch keine genauen Studien über ihre wahrscheinliche Körpermasse.

Die Körpermasse spielt eine zentrale Rolle beim Verständnis der allgemeinen Physiologie, Ökologie, des Stoffwechsels, der Ernährung und der Bewegung eines Organismus.

In unserer neuen Studie haben wir uns zum Ziel gesetzt, diese Wissenslücke für Bradysaurus zu schließen, nachdem wir dies bereits für Scutosaurus in einer anderen Arbeit getan hatten. Wir verwendeten eine neue Methode zur Berechnung der Körpermasse, die es uns ermöglichte, zu berechnen, dass der Bradysaurus eine wahrscheinliche durchschnittliche Gesamtkörpermasse von 1.022 kg hatte.

Für den russischen Scutosaurus haben wir eine durchschnittliche Körpermasse von 1.160 kg ermittelt. Das bedeutet, dass diese beiden Pareiasaurier, die aus unterschiedlichen Hemisphären stammen und zu unterschiedlichen Zeiten lebten, etwa die Masse eines großen ausgewachsenen Spitzmaulnashorns oder eines großen Hausbullen wogen.

Bradysaurus ist der älteste Pareiasaurier, der zuverlässig datiert werden konnte. Zusammen mit anderen großen Pareiasaurierarten wie Scutosaurus war er einer der ersten riesigen pflanzenfressenden Tetrapoden (vierbeinige Kreaturen), die in der Entwicklung des Lebens auf der Erde auftauchten. Indem wir genaue Schätzungen der Körpermasse dieser Tiere erhalten, können wir die Entwicklung dieser Körpermasse besser verstehen, die um einen langen Darmkanal in einer riesigen Fermentationskammer herum aufgebaut wurde – genau das, was die Tiere brauchten, um große Mengen minderwertiger Vegetation abzubauen .

Typischerweise werden die Körpermassen ausgestorbener Tetrapoden mithilfe mathematischer Formeln geschätzt, die die Umfänge des Oberschenkelknochens (Femur) und des Oberarmknochens (Humerus) mit der Körpermasse in Beziehung setzen.

Diese Formeln wurden aus umfangreichen Messungen der Gliedmaßenknochen moderner Tiere abgeleitet, deren Masse direkt gemessen werden kann.

Doch wie der Paläontologe Marco Romano in mehreren Studien dargelegt hat, führt die Verwendung dieser Formeln bei der Anwendung auf ausgestorbene Reptilien tendenziell zu stark überhöhten Körpermasseschätzungen. Diese Tiere hatten oft eine ausgestreckte Haltung und dadurch verdickte Knochen. Moderne Säugetiere haben eine aufrechte Haltung und relativ schlanke Gliedmaßenknochen.

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Wir haben eine neue volumetrische Methode verwendet, um eine realistischere Massenschätzung zu ermitteln. Zunächst wurden mithilfe der Photogrammetrie 3D-Modelle von Skeletten erstellt. Um jedes Skelett herum wurden fast 200 Fotos gemacht und dann in einer speziellen Software digital kombiniert, um genaue 3D-Modelle der Knochen zu erstellen.

Anschließend modellierte der Paläokünstler Fabio Manucci mit einer anderen Spezialsoftware Weichgewebe, Muskeln und Eingeweide um die Knochen herum und erstellte drei Rekonstruktionen möglicher Volumina („schlank“, „durchschnittlich“, „fett“) für jedes Skelett, indem er drei unterschiedliche Mengen an Weichgewebe hinzufügte Gewebe.

Die durchschnittliche Dichte sowohl ausgestorbener als auch lebender Wirbeltiere liegt sehr nahe an der Dichte von Wasser (1 kg pro Liter). Die dichteren Knochen und Gewebe werden durch Leerräume wie Luft in der Lunge und im Darm ausgeglichen. Ausgestorbene Pareiasaurier waren aufgrund ihrer sehr dicken Knochen und der plattierten knöchernen Körperpanzerung wahrscheinlich etwas dichter.

Um einen Massenbereich zu bestimmen, haben wir drei verschiedene Dichten für lebendes Gewebe (0,99 kg, 1 kg und 1,15 kg/Liter) auf jedes unserer schlanken, durchschnittlichen und fetten Volumina angewendet, um mögliche Körpermassen zu berechnen.

Die Schätzungen, die wir erhielten, unterschieden sich von denen, die mit zwei gängigen Formeln ermittelt wurden, die auf Messungen der Gliedmaßenknochen moderner Säugetiere und Nicht-Vogel-Reptilien basierten. Für Bradysaurus übertrafen die beiden Formeln unsere volumetrischen Schätzungen um bis zu 375 %, was auf eine Masse von nahezu 4 Tonnen schließen lässt. Bei Scutosaurus lag der Wert um bis zu 235 % über unseren Ergebnissen.

Diese hohen Massenschätzungen erscheinen höchst unwahrscheinlich. Wenn sie korrekt wären, wäre die Gewebedichte des Tieres größer gewesen als die von Sandstein oder Beton.

Was sagt uns das, nachdem wir nun über eine unserer Meinung nach genaue Schätzung der Körpermasse zweier Pareiasaurierarten verfügen?

Der Fossilienbestand lässt auf eine rasche Zunahme der Körpergröße zwischen der Zeit, als sich ihre (wahrscheinlich kleinen) Vorfahren von anderen frühen Reptilien trennten, und dem ersten Auftreten von Bradysaurus im Fossilienbestand vor etwa 262 Millionen Jahren schließen.

Die große Größe von Bradysaurus lässt sich am besten durch einen negativen Zusammenhang zwischen der Nahrungsverdaulichkeit und der Körpermasse erklären. In der Ökologie ist dies als Jarman-Bell-Prinzip bekannt. Es sagt die Entwicklung großer Körpergrößen bei Pflanzenfressern voraus, die reichlich Pflanzenmaterial von geringer Qualität aufnehmen. Pflanzen sind schwer verdaulich und eine pflanzliche Ernährung führt typischerweise zu einer großen Körpergröße – Pflanzenfresser sind bei lebenden Tieren typischerweise wesentlich schwerer als andere Ernährungsgruppen.

Alternativ oder möglicherweise im Zusammenhang mit der Entwicklung der Pflanzenfresser könnte sich die große Körpergröße des Bradysaurus auch zum Schutz vor gleichzeitig existierenden Raubtieren entwickelt haben. Pareiasaurier-Körperschutz und ihre großen Wangenflansche deuten auch auf Anpassungen hin, die zum Schutz vor gewöhnlichen Raubtieren entwickelt wurden und für diese langsamen, stämmigen Pflanzenfresser besonders nützlich wären.