Wie Sauropodendinosaurier immer wieder zu den größten Landtieren wurden

Neue Forschungsergebnisse deuten darauf hin, wie Sauropoden-Dinosaurier so gigantisch werden konnten

Von allen Tieren, die jemals auf dem Planeten umherstreiften, sind die ikonischen Dinosaurier mit langem Hals und langem Schwanz, die als Sauropoden bekannt sind, konkurrenzlos. Kein anderes Lebewesen auf der Erde hat auch nur annähernd diese kolossale Größe erreicht. Sie stellten alle anderen Dinosaurier in den Schatten, von den Entenschnabel-Hadrosauriern und den gehörnten Ceratopsiern bis hin zu den gepanzerten Ankylosauriern und räuberischen Tyrannosauriern. Selbst die mächtigsten Landsäugetiere – Mammuts und Nashorntiere, die bis zu doppelt so schwer waren wie die größten heute lebenden Elefanten – waren im Vergleich zu den größten Sauropoden Federgewichte.

Aus evolutionärer Sicht macht diese Singularität Sauropoden zu einer faszinierenden Anomalie. In der Evolution gibt es zahlreiche Beispiele für Konvergenz, bei denen sich dasselbe Merkmal mehr als einmal unabhängig voneinander in verschiedenen Gruppen von Organismen entwickelt. Ein klassisches Beispiel für Konvergenz ist der Motorflug – schlagende Flügel haben sich bei Vögeln, Fledermäusen, Flugsauriern und Insekten entwickelt, aber die besonderen Knochen oder anderen Strukturen, aus denen die Flügel bestehen, unterscheiden sich zwischen den Gruppen, was ihre unabhängigen evolutionären Ursprünge bezeugt. Konvergenz in der Evolution ist sehr häufig, selbst wenn es um komplizierte Merkmale geht: Warmblüter, Augen, die sich bewegen und fokussieren können, zweibeinige Fortbewegung, der Verlust von Gliedmaßen, die Verwendung von Werkzeugen und Lebendgeburten haben sich bei verschiedenen Tiergruppen mehrfach entwickelt. Konvergenz ist auch im Pflanzenreich weit verbreitet: Fleischfressende Pflanzen haben sich mindestens ein Dutzend Mal entwickelt, Wurzeln haben sich mehr als einmal entwickelt und sogar Arboreszenzpflanzen – Pflanzen, die die Form von Bäumen annehmen – haben sich mehr als einmal entwickelt. Da Konvergenz in der Natur so häufig vorkommt, ist die einzigartige Größe der Sauropoden an sich schon etwas Besonderes. Kein anderes Landtier hat auch nur annähernd ein Drittel des Gewichts der größten Sauropoden erreicht. Was unterscheidet Sauropoden von der Masse, sowohl im wörtlichen als auch im übertragenen Sinne?

Dank einer Fülle von Sauropoden-Entdeckungen in den letzten Jahrzehnten beginnen Paläontologen, die Antwort auf diese Frage zu finden. Analysen dieses wachsenden Fossilienbestands zeigen, wo und wann diese Dinosaurier zu Riesen wurden und welche Faktoren es ihnen ermöglichten, im Laufe ihrer fast 150 Millionen Jahre dauernden Herrschaft immer wieder extreme Größen zu entwickeln. Sie deuten auch darauf hin, dass die größten bekannten Sauropoden zwar unglaublich groß waren, es aber noch größere zu entdecken gibt.

Herauszufinden, wie Sauropoden ihre einzigartig enorme Größe entwickelt haben, hat sich als schwierig erwiesen, da sie historisch gesehen einen relativ schrecklichen Fossilienbestand hatten – viel schlimmer als der vieler anderer Landtiere und um Größenordnungen schlimmer als der der meisten im Meer lebenden Tiere. Der erste Schritt, um zu einem Fossil zu werden, ist die Bestattung, und für riesige Sauropoden wäre dafür ein Ereignis erforderlich gewesen, bei dem sich auf einmal viel Sediment auf dem Körper ablagern könnte. Denken Sie an Erdrutsche und Sturzfluten, die in einer bestimmten Region möglicherweise nur ein paar Mal pro Jahrzehnt oder Jahrhundert auftreten, im Gegensatz zu saisonalen Überschwemmungen kleinerer Bäche und Flüsse, die mehrmals im Jahr kleinere Tiere begraben können. Dieses Problem wird dadurch verschärft, dass Erdrutsche und Sturzfluten gewalttätige Ereignisse sind, die die zerbrechlichen Teile des Skeletts eines Tieres zerstreuen. Sauropoden hatten besonders unebene Skelette, bestehend aus dichten Gliedmaßenknochen, die so dick wie Baumstämme waren, Wirbeln, die so mit Luftsäcken durchsetzt waren, dass sie an Bienenwaben erinnerten, und kleinen Schädeln, die aus manchmal hauchdünnen Knochen bestanden.

Es gibt auch ein menschliches Element, das den Fossilienbestand der Sauropoden zurückhält. Ein Paläontologe kann eine Feldexpedition damit verbringen, nur eine Handvoll Sauropodenknochen auszugraben, oder in der gleichen Zeit mehrere Skelette kleinerer Kreaturen auskundschaften und sammeln. Ebenso können Wissenschaftler ihre begrenzte Forschungszeit in einem Museum damit verbringen, darauf zu warten, mit einem Gabelstapler einen einzelnen Knochen aus einem Regal zu holen, oder sich direkt an die Arbeit machen, die Anatomie eines Tieres von vernünftigerer Größe zu studieren. Aufgrund begrenzter Zeit und begrenzter Fördermittel werden Sauropoden manchmal übersprungen.

Trotz dieser Hindernisse haben sich sowohl der Fossilienbestand der Sauropoden als auch unser Verständnis darüber in den letzten Jahrzehnten erheblich verbessert. Während des größten Teils des 20. Jahrhunderts kamen nur wenige neue Sauropoden ans Licht. In den 1990er Jahren begann sich die Situation zu ändern, als das Interesse an Dinosauriern zunahm und Paläontologen weitere Ausgrabungen durchführten. Um die Jahrtausendwende nahmen die Entdeckungen von Sauropoden rasch zu. Im letzten Jahrzehnt haben Forscher im Allgemeinen jedes Jahr etwa zehn neue Arten angekündigt. Mit diesem besseren Datensatz über Sauropoden können wir endlich damit beginnen, die Entwicklung ihrer enormen Größe zu untersuchen.

Um herauszufinden, warum Sauropoden so außergewöhnlich sind, müssen wir zunächst verstehen, wann, wo und wie sie zu dieser Ausnahme kamen. Derzeit sind rund 250 Sauropodenarten aus der ganzen Welt bekannt, und Forscher machen weiterhin wichtige Entdeckungen in relativ unerforschten Gebieten wie der Antarktis und in Gebieten, die seit Jahrzehnten erforscht werden, darunter Australien und Nordamerika.

Aus diesen neuen Entdeckungen wissen wir, dass die Gesamtkörperproportionen der Sauropoden recht unterschiedlich waren. Einige waren schlank wie Giraffen, andere stämmig wie Elefanten. Einige hatten Hälse, die elegant ihren Schwanz widerspiegelten, während andere beunruhigend aus dem Gleichgewicht geraten wirkten. Einige hatten längere Vorderbeine als Hinterbeine, was ihnen ein stattliches Aussehen verlieh; andere hatten tiefe Schultern und hielten Hals und Kopf in Bodennähe. Aus ihren Fußabdrücken wissen wir, dass einige Sauropoden wie die meisten Vierbeiner mit ihren Beinen nahe der Mittellinie gingen; andere hielten ihre Beine weiter ausgestreckt, wie 15 Meter lange französische Bulldoggen. Diese Vielfalt an Körperformen bedeutete, dass mehrere Sauropoden in denselben Ökosystemen koexistieren konnten, wobei jede Art an die Ausbeutung unterschiedlicher Ressourcen innerhalb einer bestimmten Umgebung angepasst war. Wir finden oft mehr als eine Sauropodenart aus einer bestimmten Zeit und einem bestimmten Ort.

Aufgrund ihrer Vielfalt an Körperformen ist es auch schwierig, die Entwicklung der Körpergröße in Bezug auf Länge oder Körpergröße zu vergleichen. Daher greifen Biologen auf die Körpermasse (oder das Körpergewicht) zurück, um gerechtere Vergleiche anzustellen. Die Körpermasse ist nicht nur für Vergleiche zwischen Äpfeln nützlich. Es korreliert auch mit biologisch wichtigen Merkmalen wie Stoffwechselrate, Wachstumsrate, Nestgelegegröße, Langlebigkeit und Größe des Reviers. Auf diese Weise kann uns die Berechnung der Körpermasse einen Eindruck von diesen Merkmalen eines ausgestorbenen Tieres vermitteln, sofern wir uns darüber im Klaren sind, wie unscharf oder scharf die Korrelation ist.

Es gibt verschiedene Methoden zur Schätzung der Körpermasse ausgestorbener Tiere. Die beliebteste basiert auf den Knochenmaßen der Gliedmaßen. Stellen Sie sich die Gliedmaßenknochen von Sauropoden als Säulen vor, die ein Gebäude tragen. Da das von einer Säule getragene Gewicht mit der Dicke zunimmt, können wir die Masse eines Sauropoden anhand der Querschnittsfläche seiner Gliedmaßenknochen abschätzen. Etwa 200 der 250 erfassten Sauropodenarten sind aus Fossilien bekannt, die Gliedmaßenknochen enthalten, die vollständig genug sind, um diese Art messen zu können.

Ich habe diese Messungen kürzlich erhalten und sie verwendet, um die Entwicklung der Körpermasse von Sauropoden aufzuzeichnen. Es stellt sich heraus, dass Sauropoden im Laufe ihrer langen Geschichte ein breites Größenspektrum entwickelt haben. Zu den Größten zählen wirklich gigantische Exemplare wie der mehr als 50 Tonnen schwere Titanosaurier Patagotitan. Die Kleinsten, wie der 20 Fuß lange Magyarosaurus, wogen nur so viel wie ein Bulle. Ich habe diese Arten in einem Evolutionsbaum aufgezeichnet und den Baum über die Zeit gedehnt, um zu sehen, wann und wie oft Sauropoden ihre Körpermasse erhöhten oder verringerten. Als sie vor mehr als 200 Millionen Jahren zum ersten Mal auftauchten, waren sie relativ klein – etwa so groß wie ein Nashorn. Vor etwa 165 Millionen Jahren entwickelten sich die ersten Riesen, Nicht-Neosauropoden, darunter die Ultralanghals-Mamenchisaurier.

Die meisten Sauropoden waren im Vergleich zu den größten Landsäugetieren nicht außergewöhnlich groß. Betrachten Sie Diplodocus, einen besonders langschwänzigen Sauropoden, der vor etwa 155 bis 145 Millionen Jahren im Westen Nordamerikas lebte. Das als „Dippy“ bekannte Diplodocus-Exemplar, dessen Nachbildungen in Museen auf der ganzen Welt ausgestellt sind, wog im Leben nur lächerliche 14 Tonnen und war damit kleiner als die größten Mammuts oder nashornähnlichen Säugetiere der Vergangenheit. Dippys Gewicht liegt nahe an der durchschnittlichen Körpermasse eines Sauropoden. Wie Dippy wogen drei Viertel aller Sauropoden weniger als das größte Landsäugetier.

Ich fand heraus, dass aus diesem relativ bescheidenen Bestand Sauropoden im Laufe von 100 Millionen Jahren bemerkenswerte drei Dutzend Mal auf sechs Landmassen ihre Rekordgröße entwickelten. Sauropoden entwickelten schon früh ihre charakteristischen Größen, und mit jeder neuen Familie, die sich entwickelte, erreichten eine oder mehrere Abstammungslinien unabhängig voneinander einen Status der Superlative. Dieses Füllen und Wiederauffüllen der Nische „extrem großer Körper“ spiegelt das Muster wider, das bei Landsäugetieren beobachtet wurde, die nach dem Aussterben der Dinosaurier schnell sehr große Körpergrößen entwickelten, bevor sie im Bereich der Riesenmammuts ein Plateau erreichten.

Die größten der großen Sauropoden hatten unterschiedlich geformte Zähne und Köpfe sowie deutlich proportionierte Körper, was darauf hindeutet, dass diese pflanzenfressenden Dinosaurier verschiedene Pflanzen fraßen und in subtil unterschiedlichen Lebensräumen lebten. Mit anderen Worten: Wie die Sauropoden im Allgemeinen besetzten auch die kräftigsten Sauropoden etwas unterschiedliche ökologische Nischen.

Die schiere Größe der größten bekannten Sauropoden wirft faszinierende Fragen über die Grenzen der Evolution auf: Wie groß können Tiere an Land werden? Und warum können sie nicht größer werden? Biomechanische Studien liefern einige Hinweise. Die Beweglichkeit nimmt ab, wenn die Knochen der Gliedmaßen dicker werden, um das Gewicht eines größeren Tieres zu tragen. Daher gibt es eine Obergrenze dafür, wie dick die Knochen der Gliedmaßen sein können, während sie gleichzeitig ein funktionsfähiges Tier tragen. Aus physikalischer Sicht deuten Untersuchungen von Jyrki Hokkanen von der Universität Helsinki darauf hin, dass die theoretische Grenze der terrestrischen Körpermasse basierend auf der Biomechanik weit über 100 Tonnen liegt. Im Laufe der Jahre gab es düstere Berichte über einige heute verlorene Fossilien, die auf die Existenz von Sauropoden mit größeren Massen hindeuteten. Aber der größte definitive Sauropod, der außergewöhnliche 75 Tonnen schwere Argentinosaurus, erreicht diese Grenze nicht annähernd. Neben der Biomechanik begrenzen auch Faktoren wie die Verfügbarkeit von Ressourcen und Lebensräumen sowie die Wärmeableitung die maximale Körpermasse auf komplexe und interagierende Weise, die schwer vorherzusagen ist. Im Moment können wir nur sagen, dass Landtiere mindestens so groß werden könnten wie Argentinosaurus und höchstwahrscheinlich noch größer. Es ist wahrscheinlich nur eine Frage der Zeit, bis Sauropoden entdeckt werden, die größer als Argentinosaurus sind.

Um ihre Rekordgröße zu erreichen, verzeichneten Sauropoden ein Rekordwachstum. Sie hatten von allen Tieren (im absoluten Sinne) das meiste Wachstum und durchliefen vier Größenordnungen an Körpermasse. Sie mussten so stark wachsen, nicht nur, weil ihre erwachsenen Körpergrößen riesig waren, sondern auch, weil sie so klein anfingen. Wie andere Dinosaurier, darunter auch moderne Vögel, schlüpften Sauropoden aus Eiern. Je größer ein Ei ist, desto stabiler muss die Schale sein. Aber die Evolution kann die Eierschale nur so stark verdicken und stärken, weil die Schale den Gasaustausch und den eventuellen Austritt des Jungtiers ermöglichen muss. Diese Anforderungen schränken die Eigröße stark ein. Die Eier der Sauropoden hatten die Größe einer Melone bis eines Basketballs und waren kleiner als die der größten Vögel. Sogar ein 100 Fuß langer Sauropod war zu Beginn seines Lebens nur ein oder zwei Fuß lang. Im Gegensatz dazu haben plazentare Säugetiere, die lebende Nachkommen zur Welt bringen, anfangs relativ große Jungtiere. Beispielsweise sind Blauwalkälber bei ihrer Geburt etwa 20 bis 25 Fuß lang, daher müssen sie ihre Länge ungefähr vervierfachen, um ihre Erwachsenengröße zu erreichen – eine bescheidene Aufgabe im Vergleich zu der vielleicht 100-fachen Längenzunahme, die vor einem schlüpfenden Sauropoden zu verzeichnen war.

Untersuchungen an den Knochen mehrerer Sauropodenarten haben gezeigt, wie sie dieses Wachstum bewerkstelligten. So wie Bäume Ringe enthalten, die gezählt werden können, um ihr Alter und ihre Wachstumsgeschichte zu bestimmen, enthalten Knochen Ringe, die das Alter eines Wirbeltiers sowie seine Wachstumsgeschwindigkeit und -dauer aufzeichnen. Heutige Wirbeltiere weisen vielfältige Wachstumsstrategien auf. Reptilien, darunter Alligatoren, Eidechsen und Schildkröten, wachsen relativ langsam, wohingegen große Säugetiere wie der Blauwal schnell wachsen. Wenn Sauropoden mit der relativ langsamen Geschwindigkeit gewachsen wären, die Reptilien heute aufweisen, hätte es ein Jahrhundert oder länger gedauert, bis sie ihre immense Größe erreicht hätten. Stattdessen wuchsen sie, wie die Wachstumsringe zeigen, beeindruckend schnell – auf Augenhöhe mit den Wachstumsraten, die heute bei vielen großen Säugetieren beobachtet werden – und erreichten in 20 bis 50 Jahren die Größe eines Erwachsenen.

Sauropoden mussten wahrscheinlich schnell wachsen, denn obwohl erwachsene Tiere vor Raubtieren sicher waren, waren Jungtiere eine leichte Beute, die mit anderen Gruppen von Dinosauriern und Tieren um Ressourcen konkurrieren musste. Im Gegensatz zu großen Säugetieren wie Walen, die Jahre damit verbringen, jedes Kalb großzuziehen, verfolgten Sauropoden bei der Fortpflanzung einen Ansatz, bei dem Quantität vor Qualität ging, indem sie viele Eier produzierten und ihre Jungen dann sich selbst überließen. Fossilien zeigen, dass zumindest einige Gruppen von Sauropoden in Kolonien nisteten und ihre Nester ziemlich nahe beieinander bauten – zu nah, als dass ein Erwachsener dazwischen hätte hindurchgehen können –, was die elterliche Fürsorge verhindert hätte. Je schneller die Jungtiere wachsen konnten, desto besser waren ihre Chancen, Raubtiere zu überleben.

Allerdings variierten die Wachstumsraten der Sauropoden von Art zu Art erheblich. Als Sauropoden zunächst größere Größen entwickelten, wuchsen sie während der jährlichen Wachstumsimpulse schneller, während sie das Wachstum in ungünstigen Jahreszeiten unterbrachen, wie es bei den meisten Tieren der Fall ist. Spätere Sauropoden scheinen sich weiter angepasst zu haben, indem sie saisonale Pausen eliminierten oder minimierten und das ganze Jahr über schnell wuchsen, so eine Studie von Cecilia Alpadetti von der Nationalen Universität San Juan in Argentinien und ihren Kollegen. Die Abwanderung in Gebiete, in denen das ganze Jahr über Nahrung verfügbar war, hätte dieses nachhaltige Wachstum erleichtern können. Ein Forschungsteam, dem ich angehörte, zeigte kürzlich, dass einige Sauropoden wahrscheinlich über weite Strecken wanderten, beispielsweise von der Region der Großen Seen in die Rocky Mountains. Die Fähigkeit, das ganze Jahr über weiter zu wachsen, könnte eine Schlüsselinnovation gewesen sein, die durch große Wanderungen unterstützt wurde und die Entstehung des Gigantismus bei frühen Sauropoden erleichterte.

Wir beginnen gerade erst zu verstehen, warum Sauropoden so groß wurden. Die Antwort scheint komplex zu sein, da es keine einheitliche Erklärung für die Existenz aller größten Arten gibt. Wie alle Dinosaurier zeigten Sauropoden eine Mischung von Merkmalen, die auch bei heutigen Reptilien, Vögeln und Säugetieren zu finden sind. Ein großes Team unter der Leitung einer Gruppe von Forschern der Universität Bonn in Deutschland hat gezeigt, dass einige der eher „reptilienhaften“ Merkmale der Sauropoden wahrscheinlich dazu führten, dass sie zu den größten Tieren wurden, die jemals an Land liefen. Sauropoden hatten einfache Zähne, die nicht kauen konnten, was bedeutete, dass sie Nahrung schnell aufnehmen und in ihrem Darm vergären konnten, wie ihre voluminösen Brustkäfige beweisen. Das Nichtkauen bedeutete auch, dass sie keine sperrigen Kiefermuskeln brauchten, sodass ihr Kopf klein bleiben konnte. Diese Anordnung wiederum ermöglichte die Entwicklung eines längeren Halses, der es ihnen ermöglichte, große Nahrungsmengen zu erreichen, ohne sich viel zu bewegen – eine sehr energieeffiziente Lebensweise. Die Fortpflanzung durch das Legen von Eiern und die fehlende Pflege ihrer Jungen ermöglichte es den Sauropoden, ihre Energie und Ressourcen auf das Wachstum zu konzentrieren.

Sauropoden entwickelten auch unabhängig voneinander eine vogelähnliche Lunge mit Luftsäcken am ganzen Körper, was ihre Atmung effizienter und ihre Körper im Verhältnis zu ihrer Größe leichter machte. Viele große Sauropoden enthielten insgesamt mehr als 10 Prozent Luft im Inneren.

Ihre langen Hälse und kleinen Köpfe, mangelnde elterliche Fürsorge und luftgefüllte Körper erklären, warum Sauropoden im Allgemeinen größer sind als andere Landtiere. Aber diese Merkmale erklären nicht, warum 36 Abstammungslinien innerhalb der Sauropodengruppe die anderen Abstammungslinien übertrafen und wirklich epische Ausmaße erreichten. Jeder Fall scheint anders gewesen zu sein – in einem Fall könnte Raubtierdruck zur Entwicklung erhöhter Wachstumsraten geführt haben, in einem anderen hätte der Ressourcenreichtum längere Wachstumsperioden ermöglichen können – und es werden noch viel mehr Studien zur Lösung erforderlich sein.

Vieles an Sauropoden ist beeindruckend: Sie haben die Grenzen des biologischen Möglichen nicht nur einmal, sondern Dutzende Male überschritten. Mit einem sich ständig verbessernden Fossilienbestand hoffen wir, bald einige der evolutionären Zwänge zu verstehen, die dazu führten, dass Sauropoden immer wieder zu den größten Landtieren aller Zeiten wurden.

Dieser Artikel wurde ursprünglich mit dem Titel „Evolution of the Earth Shakers“ in Scientific American 329, 2, 26-33 (September 2023) veröffentlicht.

doi:10.1038/scientificamerican0923-26

Triumph der Titanen. Kristina A. Curry Rogers und Michael D. D'Emic; Mai 2012.

Michael D. D'Emic ist Paläontologe an der Adelphi University. Er untersucht die Entwicklung von Wachstum und Körpergröße bei Dinosauriern. Bildnachweis: Nick Higgins

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