Birk Grüling

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Molekular-Paläobiologie: Von bunten Eiern und prähistorische Zellen

Jasmina Wiemanns Forschungsschwerpunkt ist ein Zungenbrecher: Die 29-jährige Wissenschaftlerin an der amerikanischen Elite-Universität Yale ist Molekular-Paläobiologin. Im Interview mit dem RedaktionsNetzwerk Deutschland (RND) schildert sie, wie faszinierend dieser relativ junge Wissenschaftszweig ist.

Ihr Forschungsschwerpunkt nennt sich Molekular-Paläobiologie und ist noch eine recht junge Disziplin. Was genau erforschen Sie?

Jasmina Wiemann: Die klassische Paläontologie beschäftigt sich vor allem mit versteinerten Hartgeweben, also Saurierknochen, Muscheln, Zähnen oder auch Eierschalen. Diese bleiben als Fossilien problemlos über Millionen Jahre bestehen. Die meisten Weichteile, wie Haut, Muskel oder Organe, werden viel schneller zersetzt und bleiben nicht erhalten. Jedenfalls dachte man das lange. Heute wissen wir, dass auch Weichteile basierend auf organischen Molekülbestandteilen große Zeiträume überdauern können und quasi in fast jedem Fossil nachweisbar sind. Ihre Untersuchung liefert viele neue Erkenntnisse über das Leben der Dinosaurier. Das reicht von der Farbgebung der Saurier und ihrer Eier, über deren Verwandtschaftsverhältnisse, bis hin zu der Frage, welche Saurier Warmblüter und welche Kaltblüter waren.

Welche Weichteilspuren bleiben erhalten?

Wir haben ganz unterschiedliche Fossilien aus der naturkundlichen Sammlung in Yale untersucht und dabei in fast jedem molekulare, kohlenstoffhaltige Rückstände entdeckt. Diese Rückstände sind chemische Fossilisationsprodukte ursprünglicher Biomoleküle wie Zucker, Eiweißstoffe und Fette. Zum Beispiel können wir so Überreste von Nervenbahnen oder Hautpigmenten nachweisen. Diese außerordentliche Form der Weichteilerhaltung kommt tatsächlich sehr häufig in fossilen Überresten vor und lässt sich nicht nur in besonders gut erhaltenen Sauriermumien nachweisen.

Haben Sie ein Beispiel für neue Erkenntnisse, die die Analyse von Weichteilen brachte?

Lange gingen die Paläontologinnen davon aus, dass Saurier ausschließlich Eier mit harter Schale legten. Allerdings wurden solche Eierschalen nur aus der Kreidezeit gefunden, und nicht aus dem früheren Jura oder der Trias, Erdzeitalter, welche die Blütezeit der Dinosaurier im Fossilbericht dokumentieren. Stattdessen fand man ganz merkwürdige Fossilien, die sich Paläontologen lange nicht erklären konnten - zum Beispiel 75 Millionen Jahre alte Protoceratops Embryonen, die zusammengerollt waren wie in einem Ei, umgeben von einem weißen „Schleier", aber eben ohne eine echte, harte Eierschale.

Diese Fossilien haben wir untersucht und dort chemische Überreste von weichen Schalen entdeckt. Ähnliche Entdeckungen gibt es auch für ein 215 Millionen Jahre altes Gelege des pflanzenfressenden Mussaurus. Wir haben ein wichtiges Rätsel gelöst und wissen nun, dass vor allem die frühen Dinosaurier Eier mit weicher Schale legten und sich die harte Schale unabhängig im Laufe der Evolution der drei Dinosaurierhauptgruppen, den Vogelbeckendinosauriern, den Langhalssauriern und den Raubsauriern entwickelt hat. Die Art und Weise, wie diese drei Sauriergruppen ihre Nester bauten, ihre Eier behüteten, und ihren Jungen großzogen, waren komplett verschieden.

Weiche Eierschalen sieht man doch eher bei Schlangen oder Schildkröten und nicht bei Vögeln, die ja, rein wissenschaftlich, auch Saurier sind?

Gerade die Kreidezeitlichen Raubsaurier zeigen große Parallelen zu heutigen Vögeln. Durch Federn, durch den Körperbau, durch farbige Eier mit harter Schale, offenen Nestern, und durch das Bebrüten der sich entwickelnden Sauriereier, das bei einigen raptor-artigen Sauriern nachgewiesen wurde. Aber eben dieser Fund der Protoceratops Embryonen zeigt, dass es auch Dinos gab, die in ihrer Fortpflanzung eher heutigen Reptilien ähnelten. Diese frühen Dinosaurier legten weiße, lederartige Eier, vergruben sie und überließen sie vermutlich ihrem Schicksal, so wie wir es auch bei heutigen Schildkröten beobachten können. Das Brutverhalten der Dinos war damit deutlich vielfältiger als lange angenommen.

Dazu passt auch die Erkenntnis, dass manche Dinosaurier auch bunte Eier legten.

Genau. Wir konnten auch in versteinerten Eiern Spuren von Farbpigmenten nachweisen, die noch heute für die Farben von Vogeleiern verantwortlich sind. Vor allem die den Vögeln nahen Saurierarten wie Troodon oder Deinochychus legten solche farbenfrohen Eier, manche waren eher bräunlich, manche aber auch blaugrün. Die Farben sprechen dafür, dass diese Eier in offenen Nestern bebrütet wurden und anders als in anderen Sauriergruppen nicht vergraben wurden. Die Eierfarben dienten vermutlich der besseren Tarnung vor den zahlreichen prähistorischen Eierräubern. Das ist eine sehr interessante Erkenntnis. Bisher glaubte man, die gefärbten Eier wären eine evolutionäre Erfindung der modernen Vögel und nun kennen wir aber den wirklichen Ursprung.

Die Molekular-Paläobiologin Jasmina Wiemann kümmert sich um die winzigsten Hinterlassenschaften der Dinosaurier. © Quelle: Jasmina Wiemann/Twitter

Warum ist das so spannend?

Eine wichtige Frage in der Paläontologie ist es, warum vor allem die Vögel das Massenaussterben am Ende der Kreidezeit überlebt haben und nicht auch andere Saurier. Lange glaubte man, dass die besonderen Eierschalen der Vögel und ihr besonderes Brutverhalten etwas damit zu tun hätten. Wahrscheinlich trifft das aber nicht zu. Die Raubsauriereier waren genauso robust wie Vogeleier und auch manche Dinos haben ihre ausgebrütet. Wir müssen also weiter nach Antworten suchen.

Verraten die chemischen Spuren auch mehr über die Farbe ausgestorbener Lebewesen?

Wir können nur in seltenen Fällen die ungefähren Farbmuster der Saurier bestimmen. Dafür braucht es sehr gut erhaltene Fossilien. Durch die Untersuchung von sogenannten Melaninen, den Farbpigmenten in unserer Haut und den Haaren, können wir Schattierungen von Fossilien auskartieren. Zum Beispiel haben chemische Untersuchungen des Ichthyosaurus gezeigt, dass dieses Meeresreptil ähnlich wie heutige Delphine oben eher dunkel und unten am Bauch eher hell war. Unter Wasser ist das eine gute Tarnung. Solche Erkenntnisse sind immens wichtig, um die bevorzugten Lebensräume der Saurier und anderer ausgestorbener Lebewesen besser zu verstehen. Farben verraten nicht nur viel über den Lebensraum, sondern auch über Tarnungsstrategien und das Balzverhalten der Saurier.

Manchen wir noch mal den Sprung zurück zu dem fossilen Weichgewebe. Erkennt man die erhaltenen Weichteile auf den ersten Blick?

Manchmal schon. Wenn Fossilien sehr dunkel sind, ist das ein guter Hinweis auf einen kohlenstoffhaltigen „Rückstand" und damit auch die Erhaltung von mikroskopischen Weichteilen, wie zum Beispiel Knochenzellen, Nervenbahnen, und Blutgefäße. Wir haben in Yale hier besonders gut erhaltene, sehr dunkle Knochen des Raubsauriers Allosaurus. Vergleichbare historische Fossilien müssen ursprünglich alle möglichen Weichteile erhalten haben, zum Beispiel Hautreste und innere Organe, aber heute finden wir nur noch Reste davon.

Leider ist die Untersuchung erhaltener Weichgewebe in Saurierfossilien eine relative neue Forschungsrichtung, somit wissen wir jetzt, dass erhaltene Weichteile früher oft während der Präparation der Knochen zerstört wurden. Das geschah nicht aus böser Absicht. Man wusste einfach nicht, dass es solche Weichteilüberreste erhalten bleiben können. Inzwischen ist man deshalb dazu übergegangen, manche Fossilien unbearbeitet zu lassen und einzulagern, für zukünftige Forschergenerationen, bessere Technik und bisher ungestellte Fragen. Das ist ein wichtiger Schritt, immerhin machen wir gerade in der Paläontologie immense Erkenntnisfortschritte, wer weiß, was wir in fünf Jahren alles herausfinden können.

Welche moderne Labortechnik steckt hinter den neuen Erkenntnissen?

Es braucht eine gewisse Zeit, bis neue Technologien aus der Chemie oder Physik auch in die Paläontologie Einzug halten. In der Molekular-Paläobiologie profitieren wir zum Beispiel von zerstörungsfreien Analysetechniken von chemischen Stoffen wie der Raman-Spektroskopie. Ganz einfach erklärt, schauen wir nicht mehr selbst durch das Mikroskop, sondern strahlen mit Lasern verschiedener Wellenlängen auf das Fossil. Die erhaltenen Molekülbestandteile der versteinerten Weichteile zeigen dabei unterschiedliche Reaktionen auf das Licht und lassen sich so genau zuordnen. Das klingt etwas kompliziert, ist aber ziemlich praktisch. Viele herkömmliche, chemische Testverfahren basieren nämlich darauf, dass man Proben auflöst und die Reaktionen analysiert. Aber jedes Fossil ist einzigartig, deshalb sind wir so begeistert über eine zerstörungsfreie Analysemethode.

Elan Musk hat gerade einen Jurassic Park angekündigt. Findet man dank neuer Technologien auch Saurier-DNA-Stränge, die sich mit dem Erbgut von heutigen Vögeln oder Reptilien munter auffüllen ließen?

DNA ist viel anfälliger für Zersetzung als Proteine, Fette oder Zucker. Während Proteine, Fette und Zucker durch chemische Fossilisationsreaktionen in stabile Polymere umgewandelt werden, funktioniert das mit DNA leider nicht. Deshalb kann sie gar nicht so lange Zeit überstehen. Wir finden in besonders gut erhaltenen Mammuts aus dem Permafrostboden in Sibirien gut erhaltene DNA-Spuren.

Allerdings sind die „nur" viele 100.000 Jahre alt, maximal eine Million Jahre, das ungefähre Alter des Permafrosts. Vergleichbare Funde bei Sauriern zu machen, ist quasi unmöglich. Im vergangenen Jahr veröffentlichten Kolleginnen von mir eine Studie zu erhaltenen DNA-Spuren in 75 Millionen Jahre alten Knochen. Aber hier sind wir Molekular-Paläobiologen eher skeptisch. In meinen eigenen Analysen habe ich bisher keine DNA-Spuren in Saurierfossilien entdeckt. Und selbst wenn kleine DNA-Bestandteile erhalten bleiben, bleibt das Klonen von Saurier-DNA wohl eher Science-Fiction.

Müssen wir also weiter auf eine mit Dinoblut vollgesogene Mücke im Bernstein warten?

Auch hier stehen die Chancen sehr schlecht. Man hat in solchen fossilen Mücken einzelne „langlebige" Bestandteile von Blut nachweisen können, aber leider keine DNA. Auch in Bernstein zerfällt DNA sehr schnell und überdauert keine Millionen Jahren. Die beste Chance, heute noch Dinosaurier zu sehen, ist der Frühling und der heimische Garten. Dort sind jetzt die Vögel besonders aktiv und die sind, wie wir wissen, die direkten Nachfahren der Saurier.

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