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Themophysiology and Biology of Giganotosaurs: Comparison with Tyrannosaurus

Reese E. Barrick and William J. Showers

Plain Language Abstract

In order to understand how large meat-eating dinosaurs lived, it is important to know how high was their metabolism or more simply, just how warm- or cold-blooded they were. Metabolism plays an important role in determining how much these dinosaurs needed to eat, how fast they grew, how actively they needed to search for food, how much territory they could cover in search of food, and finally, what reproductive strategies they used. Oxygen isotopes (oxygen atoms of two different masses, 18 and 16) may be extracted from their fossilized bones. The variation in the ratio of these two masses of oxygen from bone samples correlate to the temperature range at which these bones were grown while the dinosaurs lived. Very low ranges of body temperatures of land vertebrates that experience seasonal temperature changes generally correlate to higher metabolic rates. Results from Giganotosaurus and Tyrannosaurus (two of the largest meat-eating dinosaurs in Earth history) indicate that they both maintained constant body temperatures like most modern warm-blooded animals. However, they likely did so with metabolisms lower than modern mammals and birds and higher than modern lizards and crocodiles.

Resumen en Español

Termofisiología y biología de Giganotosaurus: Comparación con Tyrannosaurus

En el estudio de los grandes dinosaurios carnívoros se plantean numerosas cuestiones biológicas y ecológicas que resultan del mayor interés. La información más importante con vistas a la comprensión de su ecología es la derivada de su metabolismo y su fisiología térmica. Estos factores, en conexión con su masa corporal, determinan la cantidad de carne que tales animales necesitaban consumir, cuán rápido era su crecimiento o determinadas características (paleobiológicas y) etológicas, como su rango de tamaño y la reproducción. A estos fines se pueden usar los valores isotópicos del oxígeno, contenido en el fosfato óseo, para determinar las variaciones relativas de temperatura experimentadas por las regiones esqueléticas durante la osificación. Las variaciones en la temperatura se relacionan con la fisiología térmica del animal y se pueden usar para estimar su fisiología metabólica. Con anterioridad informamos sobre la termofisiología de Tyrannosaurus rex usando esta metodología (Barrick y Showers, 1994). En este artículo se presentan los resultados obtenidos para un dinosaurio carnívoro de mayores dimensiones, Giganotosaurus carolinii. La comparación de los patrones isotópicos se usa como base de una discusión preliminar sobre la biología de estos grandes terópodos. Los datos obtenidos corroboran la condición homotérmica deducida para ambos terópodos, conseguida mediante tasas metabólicas intermedias.

Palabras clave: dinosaurios, isótopos del oxígeno, metabolismo, huesos, vertebrados, Giganotosaurus, Tyrannosaurus, dieta alimenticia, crecimiento, fisiología

Traducción: Dr. Paul Palmqvist; Depto. de Ecología y Geología, Facultad de Ciencias; Universidad de Málaga; Campus Universitario de Teatinos s/n; E-29071 Málaga.

Résumé en Français

Thermophysiologie et biologie de Giganotosaurus: comparaison avec Tyrannosaurus

Nombreauses et intéressantes questions d’ordre biologique et écologiques peuvent être émises concernant les grands dinosaures carnivores. L’information la plus importante pour la compréhension de ces dinosaures est leur métabolisme et leur thermo-physiologie. En conjonction avec leur masse, ces facteurs déterminent la quantité de viande que ces animaux devraient consommer, leur taux de croissance et des charactéristiques du comportement telles leurs aires individuelles et leur reproduction. Les valeurs des isotopes d’oxygène dans les phosphates des os peuvent servir à déterminer les variations relatives de températures auquelles les différentes régions du squelette ont été soumis lors de la formation des os. Les variations de température sont liées à la thermophysiologie d’un animal, et peuvent servir à estimer la physiologie métabolique. En nous servant de cette méthodologie, nous avons rapportés antérieurement (Barrick et Showers, 1994) nos conclusions relatives à la thermophysiologie de Tyrannosaurus rex. Ici, nous présentons les résultats relatifs à un plus grand dinosaure carnivore Sud Américain, Giganotosaurus carolinii. Des comparaisons des distributions isotopiques servent de base pour une discussion préliminaire de la biologie de ces grands thérapodes. Les donnés confirment l’interpretation des deux thérapodes étant homéothermiques par moyen de taux métaboliques intermédiares.

Mots clés: dinosaures, isotopes d’oxygène, métabolisme, os, vertébrés, Giganotosaurus, Tyrannosaurus, régime alimentaire, croissance, physiologie.

Deutsche Zusammenfassung

Thermophysiologie et biologie de Giganotosaurus: comparaison avec Tyrannosaurus

Nombreauses et intéressantes questions d’ordre biologique et écologiques peuvent être émises concernant les grands dinosaures carnivores. L’information la plus importante pour la compréhension de ces dinosaures est leur métabolisme et leur thermo-physiologie. En conjonction avec leur masse, ces facteurs déterminent la quantité de viande que ces animaux devraient consommer, leur taux de croissance et des charactéristiques du comportement telles leurs aires individuelles et leur reproduction. Les valeurs des isotopes d’oxygène dans les phosphates des os peuvent servir à déterminer les variations relatives de températures auquelles les différentes régions du squelette ont été soumis lors de la formation des os. Les variations de température sont liées à la thermophysiologie d’un animal, et peuvent servir à estimer la physiologie métabolique. En nous servant de cette méthodologie, nous avons rapportés antérieurement (Barrick et Showers, 1994) nos conclusions relatives à la thermophysiologie de Tyrannosaurus rex. Ici, nous présentons les résultats relatifs à un plus grand dinosaure carnivore Sud Américain, Giganotosaurus carolinii. Des comparaisons des distributions isotopiques servent de base pour une discussion préliminaire de la biologie de ces grands thérapodes. Les donnés confirment l’interpretation des deux thérapodes étant homéothermiques par moyen de taux métaboliques intermédiares.

Mots clés: dinosaures, isotopes d’oxygène, métabolisme, os, vertébrés, Giganotosaurus, Tyrannosaurus, régime alimentaire, croissance, physiologie.

Italiano

TERMOFISIOLOGIA E BIOLOGIA DI GIGANOTOSAURUS: UN PARAGONE CON TYRANNOSAURUS 

I grandi dinosauri carnivori presentano numerosi interessanti quesiti dal punto di visto biologico ed ecologico. Le informazioni piu' importanti per potere capire l'ecologia di questi dinosauri sono il loro metabolismo e la loro fisiologia termica. Questi fattori, assieme alla massa corporale, determinano la quantita' di carne che questi animali avevano bisogno di consumare, la loro velocita' di crescita e caratteristiche comportamentali quali l'estensione del territorio e le modalita' di riproduzione. I valori degli isotopi dell'ossigeno nel fosfato contenuto nelle ossa puo' essere usato per determinare le variazioni relative di temperatura a cui sono state sottoposte le differenti regioni dello scheletro durante la formazione delle ossa stesse. Le variazioni di temperatura sono in relazione alla fisiologia termica di un animale e possono esere usate per stimare la loro fisiologia metabolica. In precedenza (Barrick e Showers, 1994) abbiamo parlato della termofisiologia di Tyrannosaurus rex servendoci di questo approccio. In questo lavoro presentiamo i risultati ottenuti su un ancora piu' grande dinosauro carnivoro del Sud America, Giganotosaurus carolinii. Come base per una discussione preliminare sulla biologia di questi grandi teropodi vengono usati paragoni tra pattern isotopici. I dati confermano l'interpretazione che entrambi questi teropodi mantengano la propria omeotermia tramite tassi di metabolismo intermedi. 

Parole chiave: Dinosauro, Isotopi dell'ossigeno, Metabolismo, Ossa, Vertebrati, Giganotosaurus, Tyrannosaurus, dieta, crescita, fisiologia. 

Traduzione: Alessandro Grippo, Department of Earth Sciences, University of Southern California, Los Angeles, CA 90089-0740, USA

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