Tyrannosaurus Rex lebte als einer der letzten großen Dinosaurier am Ende der Kreidezeit in den Überschwemmungsgebieten und von Flüssen durchzogenen Landstrichen Nordamerikas. Er war ein Top-Prädator und das größte Raubtier seines Lebensraumes, der sich vermutlich sowohl aktiv jagend als auch aasfressend ernähren konnte. Als ausgewachsenes Tier hatte ein Tyrannosaurus keine natürlichen Feinde außer andere Mitglieder seiner Art. Die Jungtiere dagegen waren nicht so massig gebaut und hatten auch noch nicht die gewaltigen Kiefer eines ausgewachsenen Tyrannosaurus, sie waren leichter gebaut und eher auf schnelle Jagd spezialisiert.
Oft wird Tyrannosaurus in Kämpfen mit Triceratops dargestellt. Auch wenn es durchaus hin und wieder zu Konfrontationen zwischen den beiden Arten gekommen sein mag (was man anhand von teilweise verheilten Bissspuren an Triceratops-Knochen sehen kann), ist es eher wahrscheinlich, dass sich ein großes Raubtier wie Tyrannosaurus nicht dem Risiko ausgesetzt hätte, sich mit einem gleich großen, mit Hörnern bewehrten Pflanzenfresser anzulegen, da die Gefahr einer schweren Verletzung zu groß gewesen wäre. Stattdessen wird er sich eher von anderen Pflanzenfressern ernährt haben, wie zum Beispiel dem großen Entenschnabelsaurier Edmontosaurus, der womöglich in Herden im selben Gebiet gelebt hat. Auch die kleineren Dickkopfsaurier Pachycephalosaurus könnten auf dem Speiseplan gestanden haben.
Der in Asien beheimatete Tarbosaurus bataar wurde immer wieder als Tyrannosaurus bataar beschrieben und lebte auch am Ende der Kreidezeit, aber in einem wesentlich trockeneren Lebensraum. Man geht davon aus, dass die Vorfahren von Tyrannosaurus über die Beringstraße von Asien nach Nordamerika eingewandert sind.
Anhand von Knochenstrukturen gibt es bei einigen Tyrannosaurus die Annahme, dass es sich um weibliche Tiere gehandelt haben muss, die Kalzium aus den Knochen abgebaut haben, um die Schalen von Eiern anlegen zu können. Da es sich bei einigen dieser Tiere um extrem große Individuen gehandelt hat, gab es die Vermutung, dass weibliche Tyrannosaurus größer und massiger wurden als männliche. Das bekannte Exemplar ‚Sue‘ wurde dabei als ‚robuster Morph‘ dargestellt, während das etwas kleinere Tier ‚Stan‘ als der ‚grazile Morph‘ beschrieben wurde. Da beide Tiere aber aus unterschiedlich alten Sedimenten stammen, kann es sein, dass es sich auch einfach um einen Größentrend gehandelt haben könnte, nachdem die Tiere mit der Zeit eine andere Größe und Masse bekamen, je älter sie wurden.
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