Zęby dinozaurów – co można z nich wyczytać?

Tysiące i miliony lat temu nikt nie mierzył temperatur, stężeń gazów cieplarnianych czy innych parametrów systemu klimatycznego Ziemi. Nie tylko z braku odpowiednich instrumentów pomiarowych – przez większą część historii Ziemi brakowało również odpowiednio inteligentnego „kogoś”. Aby poznać odległe dzieje naszej planety, musimy więc sięgać po wskaźniki paleoklimatyczne (ang. proxies), które pośrednio mówią nam o występujących dawniej temperaturach, składzie atmosfery i in.

Ilustracja 1: Kolaż obrazów z banku ilustracji Canva.

W serii artykułów o badaniu dawnego klimatu opisaliśmy wiele proxy, dzięki którym możemy określić atmosferyczne stężenia dwutlenku węgla w dawnej historii Ziemi – od powietrza uwięzionego w rdzeniach lodowych, przez aparaty szparkowe zachowane w szczątkach dawnych roślin, po izotopy różnorodnych pierwiastków zachowane w osadach oceanicznych i in. (patrz Paleoklimatologia: CO₂ – jeżeli nie rdzenie lodowe, to co?). Różne metody badawcze mają swoje mocne i słabe strony, a uzyskiwane wyniki są obarczone niepewnościami, tak więc im więcej różnorodnych proxy mamy do dyspozycji, tym bardziej precyzyjną wiedzę o dawnym klimacie zdobywamy.

Co do klimatu mają zęby?

W trakcie swojego życia zwierzę wdycha powietrze, pije wodę i przyswaja pokarm, wprowadzając do swojego organizmu różne izotopy tlenu – te zaś następnie w procesie biomineralizacji są wbudowywane w szkliwo zębów. Jak pokazują badania, stosunki izotopów tlenu (¹⁶O, ¹⁷O, ¹⁸O) w szkliwie zębów współczesnych zwierząt zależą od atmosferycznego stężenia CO₂ [Feng i in. 2024] (oraz intensywności prowadzonej przez rośliny fotosyntezy, mierzonej całkowitą produktywnością biologiczną). Istnieje możliwość wykorzystania tej zależności dla zbadania skamieniałości sprzed milionów lat i uzyskania w ten sposób informacji o dawnym stężeniu dwutlenku węgla.

Działające przez miliony lat procesy fizykochemiczne (m.in. przenikanie tlenu z wód gruntowych lub atmosfery, przekształcenia chemiczne podczas fosylizacji, wietrzenie czy rozpuszczanie minerałów oraz ich ponowne wytrącanie się i rekrystalizacja) z biegiem czasu mogą zmieniać proporcje uwięzionych w tkankach izotopów tlenu. Aby więc skorzystać z tej metody pomiarowej do skamieniałości z naprawdę odległej przeszłości, potrzebujemy czegoś zarówno ekstremalnie trwałego jak i powszechnie występującego.

Ilustracja 2. Zęby przedstawiciela gatunku Tyrannosaurus Rex. Źródło: Hnapel/Wikimedia Commons (licencja CC BY-SA 4.0).

Doskonale nadają się do tego zęby dinozaurów (żyjących w erze mezozoicznej od 252 do 66 mln lat temu) – zarówno dlatego, iż szkliwo zębów jest jednym z najbardziej stabilnych materiałów biologicznych (dzięki czemu wbudowane w nie izotopy tlenu pozostają w nim w praktycznie niezmienionych proporcjach po dziś dzień), jak i dlatego, iż na świecie znajdujemy bardzo dużo ich zębów. Są one powszechne nie tylko dlatego, iż te zwierzęta dominowały na Ziemi przez długi czas, ale też dlatego, iż dinozaury i inne gady nieustannie tracą zęby, wymieniając je wielokrotnie podczas swojego życia.

Co odczytano z zębów dinozaurów?

W tym roku, grupa badaczy z uniwersytetów w Getyndze, Moguncji i Bochum opublikowała analizę izotopów tlenu w szkliwie zębów dinozaurów pochodzących z dwóch okresów: późnej jury (ok. 150 mln lat temu) oraz późnej kredy (ok. 70 mln lat temu) [Feng i in. 2025]. Według oszacowania w tym pierwszym okresie stężenie CO₂ wynosiło ok. 1200 ppm, a w drugim ok. 750 ppm (odpowiednio 4,5 razy więcej niż w epoce przedprzemysłowej oraz 2,7 razy więcej).

Ilustracja 3: Rekonstrukcja atmosferycznego stężenia CO₂. Czarne gwiazdki – średnie stężenie CO₂ w późnej jurze i późnej kredzie zrekonstruowane na podstawie stosunku izotopów ¹⁷O/¹⁶O w szkliwie zębów dinozaurów, kolorowe znaczniki – poszczególne pomiary. Szary przedział – zakres stężenia CO₂ na podstawie innych proxy. Rekonstrukcje stężenia CO₂ na podstawie szkliwa zębów dinozaurów (kolorowe znaczniki) odpowiadają założeniu zachowania całkowitej produkcji pierwotnej (GPPt/GPP0 = 1) biosfery W próbkach oznaczonych kolorem niebieskim stosunek względnej zawartości izotopów ¹⁷O i ¹⁶O wyraźnie odbiegał od innych: może to być efekt pozorny, związany z zastosowaną metodą, sygnał wysokiej aktywności wulkanicznej z istotnie podwyższonymi stężeniami CO2 (trwającymi choćby setki tysięcy lat), a w przypadku żyjącego w późnej kredzie tyranozaura – także skutek życia w szczególnie suchym środowisku. Źródło [Feng i in. 2025]

Są to wartości zbliżone do tych uzyskanych dzięki innych proxy (szary zakres na ilustracji 3), choć lekko od nich odbiegają. Dyskutowaną w artykule przyczyną może być wyższa produktywność biologiczna ówczesnej biosfery względem obecnej, od 20% w późnej jurze do 120% w późnej kredzie, przekładająca się na zmiany względnej koncentracji izotopów tlenu w atmosferze względem czasów obecnych. Z jednej strony stanowi to problem dla rekonstrukcji stężenia CO₂, z drugiej w powiązaniu z analizą innych izotopów i badaniem innych proxy może dać wgląd w zmiany produktywności ekosystemów w historii Ziemi.