Note : Dans cet article, le mot « dinosaure » signifie « dinosaure non avien », à savoir les dinosaures sans les oiseaux (Avialae), puisque la notion de dinosaure inclut désormais les oiseaux.
La physiologie des dinosaures a toujours été un sujet de controverse, en particulier en ce qui concerne leur thermorégulation. , de nombreuses informations nouvelles ont été apportées sur la physiologie des dinosaures en général, non seulement sur les systèmes métaboliques et de thermorégulation, mais aussi sur les appareils respiratoires et cardiovasculaires. thumb|upright|Combat entre deux Laelaps par Charles R. Knight.
Pendant les premières années d'étude de la paléontologie des dinosaures, on a souvent pensé que les dinosaures étaient de gigantesques lézards lents et lourds. Cependant, avec la découverte, commencée dans les années 1870, de beaucoup plus de squelettes complets dans l'ouest des États-Unis, les scientifiques purent faire des reconstitutions plus précises de la biologie et de la physiologie des dinosaures. Edward Drinker Cope, adversaire d'Othniel Charles Marsh dans la guerre des os, pensait qu'au moins quelques dinosaures étaient actifs et agiles, comme on peut le voir dans la peinture ci-contre montrant le combat de deux Laelaps, réalisée sous sa direction par Charles R. KnightLucas, Spencer G. (2000). Dinosaurs: The Textbook, 3rd, McGraw-Hill Companies, Inc., 3-9.. En parallèle, le développement de la théorie de l'évolution de Charles Darwin et les découvertes de fossiles d’Archaeopteryx et de Compsognathus, conduisirent Thomas Henry Huxley à envisager que les dinosaures soient étroitement liés aux oiseaux. Malgré ces découvertes, l'image des dinosaures comme étant de grands reptiles était solidement ancrée, et pendant la première moitié du , on a admis que la plupart des aspects de leur paléobiologie étaient typiquement reptiliens. À partir des années 1960 et de la renaissance des dinosaures, les points de vue sur les dinosaures et leur physiologie ont considérablement changé, notamment à la suite de la découverte des dinosaures à plumes dans les dépôts du Crétacé inférieur en Chine, montrant que les oiseaux ont évolué à partir de dinosaures maniraptoriens très agiles. Historique Les premières représentations de la vie des dinosaures (de 1820 à 1960) L'étude des dinosaures a commencé dans les années 1820 en Angleterre. Les pionniers dans ce domaine, tels que William Buckland, Gideon Mantell et Richard Owen ont eu à interpréter pour la première fois le mode de vie des grands animaux quadrupèdes à partir d'ossements et de restes fossilisés très fragmentaires. On peut voir leur travail aujourd'hui dans les dinosaures de Crystal Palace, une série de sculptures réalisée dans les années 1850 qui présente les dinosaures connus à l'époque comme de gigantesques lézards. En dépit de cette apparence reptilienne, Owen pensait que le cœur et l'appareil respiratoire des dinosaures étaient plus proches de ceux des mammifères que de ceux des reptiles.
Nouveaux points de vue à la « renaissance des dinosaures » Toutefois, vers la fin des années 1960, les opinions vont commencer à changer, avec d'abord les travaux de John Ostrom sur Deinonychus et l'évolution des oiseaux. Un de ses élèves, Robert Bakker, a vulgarisé ce changement de conception dans une série d'articles qui commença par The superiority of dinosaurs (la supériorité des dinosaures) en 1968Bakker, R.T. (1968). "The superiority of dinosaurs" Discovery, v. 3(2), p. 11-22. Dans ces publications, il soutenait avec acharnement que les dinosaures étaient des animaux à sang chaud et actifs, capables même de longues périodes de forte activité. Dans la plupart de ses écrits, Bakker formulait ses arguments comme de nouvelles preuves conduisant à une renaissance des idées populaires à la fin du et tombées dans l'oubli, parlant fréquemment d'une renaissance des dinosaures en cours. Il utilisa une série d'arguments anatomiques et statistiques pour défendre son point de vueBakker, R.T. (1986). "The Return of the Dancing Dinosaurs" dans Dinosaurs Past and Present, vol. I édité par S. J. Czerkas et E. C. Olson, Natural History Museum de Los AngelesBakker, R.T. (1972). "Anatomical and ecological evidence of endothermy in dinosaurs". Nature 238:81-85., dont la méthodologie a été âprement discutée parmi les scientifiquesR.D.K. Thomas and E.C. Olson (Ed.s) (1980). A Cold Look at the Warm-Blooded Dinosaurs.
Ces débats ont suscité beaucoup d'intérêt, et de nouvelles méthodes pour mieux connaitre la paléobiologie des animaux disparus, comme l'histologie osseuse, ont été appliquées avec succès à la détermination de la vitesse de croissance de nombreux dinosaures.
Aujourd'hui, on admet de façon générale que de nombreux dinosaures, et peut-être même tous, avaient un métabolisme plus important que les reptiles actuels, mais aussi que le problème est plus complexe et varié que ce que Bakker a initialement affirmé. Par exemple, on sait qu'alors que les petits dinosaures étaient de vrais endothermes, les plus grands auraient pu être des gigantothermesBenton, M.J. (2005). Vertebrate Palaeontology. Oxford, 221-223.Paladino, F.V., O'Connor, M.P., et Spotila, J.R. (1990). "Metabolism of leatherback turtles, gigantothermy, and thermoregulation of dinosaurs". Nature 344, 858-860 doi:10.1038/344858a0, et de nombreux dinosaures auraient pu avoir des métabolismes intermédiairesBarrick, R.E., Showers, W.J., Fischer, A.G. (1996). "Comparison of Thermoregulation of Four Ornithischian Dinosaurs and a Varanid Lizard from the Cretaceous Two Medicine Formation: Evidence from Oxygen Isotopes" Palaios, 11:4 295-305 doi:10.2307/3515240.
Alimentation et système digestif Les premiers dinosaures étaient presque certainement des prédateurs et partageaient plusieurs caractéristiques avec leurs plus proches parents prédateurs non dinosauriens comme le Lagosuchus : ils avaient des dents relativement grandes, courbes, en forme de lame, dans une grande gueule à large ouverture qui se refermait comme des ciseaux ; ils avaient aussi un abdomen relativement petit, car les carnivores n'ont pas besoin d'un important système digestif. Les dinosaures qui ont suivi et qui sont considérés comme des prédateurs, ont parfois augmenté de beaucoup leur taille mais ont gardé le même ensemble de fonctionnalités. Ils ne mâchaient pas leur nourriture, mais l'avalaient entière.
Les habitudes alimentaires des ornithomimosaures et oviraptorosaures sont encore un mystère ; même si on sait qu'ils ont évolué à partir d'une lignée de théropodes prédateurs, ils avaient de petites mâchoires et n'avaient pas les dents alignées comme des lames de couteau (comme celles retrouvées chez les prédateurs typiques), et on n'a aucune trace de leur régime alimentaire ou de la façon dont ils mangeaient et digéraient.
D'autres groupes de dinosaures avaient des caractéristiques montrant qu'ils étaient végétariens : des mâchoires qui s'ouvraient faiblement et se refermaient un peu comme des volets, de telle sorte que toutes les dents ne se réunissaient pas en même temps ; un abdomen de grande taille pour accueillir les grandes quantités de végétation qu'ils devaient manger et stocker pendant un certain temps, car les végétaux sont plus difficiles à digérer que la viande ; ces grands appareils digestifs pouvaient certainement aussi contenir des microorganismes symbiotiques capables de digérer la cellulose, car aucun gros animal connu ne peut digérer ce matériau directement.
Les sauropodes, qui étaient végétariens, ne mâchaient pas leurs aliments, leurs dents et leurs mâchoires ne semblant convenir que pour arracher des feuilles. Les ornithischiens végétariens montrent une grande variété d'approches. Les ankylosaures et les stégosaures avaient une petite tête, des mâchoires et des dents fragiles et on pense qu'ils se nourrissaient de la même façon que les sauropodes. Les pachycéphalosaures avaient aussi une petite tête, des mâchoires et des dents faibles, mais l'absence d'un grand appareil digestif suggère un régime alimentaire différent, peut-être fait de fruits, de graines ou de jeunes pousses, ce qui aurait été plus nutritif que les feuilles.
D'autre part, les ornithopodes comme Hypsilophodon, Iguanodon et divers hadrosaures avaient un bec corné qui leur servait à arracher les végétaux et des mâchoires et des dents bien adaptées à la mastication. Les cératopsiens avaient des mécanismes similaires.
On a souvent pensé que certains dinosaures au moins avaient l'habitude d'avaler des pierres, connues sous le nom de gastrolithes, pour faciliter la digestion en broyant les aliments dans leur gésier musculeux, partageant cette caractéristique avec les oiseaux. En 2007, Oliver Wings a examiné les articles sur les gastrolithes dans la littérature scientifique et y a trouvé beaucoup de confusion, à commencer par l'absence d'une définition objective et commune. Il a trouvé que les pierres et les grains de sable avalés pouvaient aider à digérer les oiseaux qui se nourrissaient principalement de céréales, mais que ce rôle n'était peut-être pas essentiel, et que les oiseaux qui se nourrissent d'insectes en été et de céréales en hiver s'en débarrassent généralement en été. On a souvent écrit que les gastrolithes avaient joué un rôle important dans la digestion très poussée nécessaire pour les végétaux chez les sauropodes mais Wings en est arrivé à ce que cette idée était erronée : on retrouve des gastrolithes chez seulement un petit nombre de fossiles de sauropodes et, lorsqu'on en retrouve, ils sont trop petits et dans de nombreux cas trop mous pour avoir pu réussir à broyer la nourriture ; de plus, la plupart d'entre eux sont très polis, alors que les gastrolithes utilisés par les animaux modernes sont rugueux par suite de l'usure et de la corrosion par les acides de l'estomac, et par conséquent les gastrolithes des sauropodes ne seraient probablement dus qu'à une ingestion accidentelle. D'autre part il a conclu que les gastrolithes trouvés chez des fossiles de dinosaures théropodes évolués tels que Sinornithomimus et Caudipteryx ressemblent à ceux des oiseaux, et que l'utilisation de gastrolithes pour le broyage des aliments aurait pu apparaître seulement au début de l'apparition de ce groupe de dinosaures.
Biologie de la reproduction Lorsqu'elles sont en période de ponte, les femelles de certaines espèces d'oiseaux développent un type spécial d'os dans leurs membres entre l'os dur externe et la moelle. Cet os médullaire, qui est riche en calcium, est utilisé pour fabriquer les coquilles d'œufs et disparait lorsqu'elles ont fini de pondre. Cet os a été retrouvé dans les fossiles des théropodes Tyrannosaurus et Allosaurus et chez l'ornithopode Tenontosaurus.
Comme, au cours de l'évolution, la lignée de dinosaures qui comprend Allosaurus et Tyrannosaurus s'est écartée très tôt de la lignée qui a conduit à Tenontosaurus, la présence d'os médullaire dans les deux groupes suggère que les dinosaures en général produisaient ce tissu médullaire. Les crocodiliens, d'autre part, qui sont les plus proches parents vivants des dinosaures après les oiseaux, ne fabriquent pas d'os médullaire. Ce tissu est peut-être apparu chez les ornithodires, un clade d'Archosaure du Trias à partir duquel sont censés provenir les dinosaures.
De l'os médullaire a été retrouvé chez des individus pas encore adultes, ce qui suggère que les dinosaures atteignaient leur maturité sexuelle avant d'être adultes. On retrouve la même chose chez les reptiles et les moyens et grands mammifères mais les oiseaux et les petits mammifères n'atteignent leur maturité sexuelle qu'après avoir fini leur développement - ce qui se passe toujours dans leur première année d'existence. La maturité sexuelle précoce est aussi associée à des caractéristiques spécifiques du cycle de vie des animaux : les jeunes naissent relativement bien développés et la mortalité chez les adultes qui mettent bas est élevée.
Appareil respiratoire Sacs aériens