Besaß T. rex Federn?

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Dass die Vögel ein überlebender Teil der Dinosaurier sind und auch bereits andere Dinosaurier ein Federkleid besaßen, ist mittlerweile wissenschaftlicher Konsens. Auch für den wohl berühmtesten Dinosaurier, Tyrannosaurus rex, werden mitunter Federn postuliert. Doch eine neue Studie sät jetzt Zweifel durch die Beschreibung von Fossilien, die eindeutig eine von Schuppen bedeckte Haut zeigen. Heißt das jetzt, dass T.rex und seine Verwandten definitiv keine Federn hatten? So einfach ist das mal wieder nicht.

Er ist der mit Sicherheit weltweit bekannteste Dinosaurier, Tyrannosaurus rex. Seit seiner Erstbeschreibung durch Henry Fairfield Osborn im Jahre 1905 hat er sich als „König der Dinosaurier“ längst seinen Platz in der Populärkultur gesichert. Doch auch wenn wir T. rex schon seit mehr als einem Jahrhundert kennen, wissen wir längst noch nicht alles über ihn. Vor allem die Erkenntnisse zum Ursprung der Vögel haben nicht nur unser Bild von T. rex, sondern auch von den Dinosauriern als Ganzes rapide verändert. Man ist sich heute einig, dass der Ursprung der Vögel innerhalb der Dinosaurier zu suchen ist und Vögel kladistisch gesehen somit selbst Dinosaurier wären. Wir wissen auch, dass die Vögel während des Mesozoikums bei weitem nicht die einzigen Tiere mit einem Federkleid waren.

Dinosaurier und Federn – was wissen wir?

Seit der Entdeckung des „Urvogels“ Archaeopteryx im bayerischen Altmühltal während des späten 19. Jahrhunderts hat sich in der Forschungsgeschichte zu der evolutiven Beziehung zwischen Dinosauriern und Vögeln einiges getan. Während Entdeckungen wie die des Deinonychus (ein Vertreter der als „Raptoren“ bekannten Dromaeosauriden) in den späten 60ern bereits gezeigt haben, dass Dinosaurier alles andere lahme, kaltblütige Reptilien waren, zeigten vor allem jüngere Funde aus China, dass Vögel nicht nur von einem Dinosaurier abstammen, sondern während des Mesozoikums nur eine von mehreren Gruppen von befiederten Dinosauriern waren. Wichtig sind in diesem Zusammenhang besonders die Fossilien der Jehol Biota, welche eine Koexistenz von frühen Vögeln mit verschiedenen anderen befiederten Dinosauriern belegen.

Zwei Dinosaurier der Jehol Biota mit Federn aus der Unterkreide von China. Links: der „Vierflügler“ Microraptor gui. Pfeile markieren die Federn. Rechts: Caudipteryx zoui, Federn dunkel. Unter anderem ein großer Federfächer an der Schwanzspitz. Links von Hone et al. (2014) unter CC-BY-SA 2.5, rechts von Daderot unter public domain.

Mittlerweile kennen wir eine große Anzahl an Dinosauriergruppen mit direkten Belegen für Federn, namentlich Dromaeosauriden (z.B. Microraptor, siehe oben links), Oviraptorosaurier (z.B. Caudipteryx, gleiche Abbildung rechts), Troodontiden, Therizinosaurier, Ornithomimosaurier, Scansoriopterygiden, Compsognathiden und auch Tyrannosauroideen. Allen gemein ist, dass sie inklusive der Vögel innerhalb der Theropoden („Raubdinosaurier“) zu der gemeinsamen Klade der Coelurosaurier gehören. Es liegt also der Verdacht nahe, dass Federn kein exklusives Merkmal der Vögel, sondern ein ursprüngliches Merkmal aller Coelurosaurier darstellen.

Doch das ist noch längst nicht alles. Es sind in den letzten Jahren auch immer mehr Belege dafür aufgetaucht, dass Federn oder zumindest zu den Federn homologe Strukturen womöglich nicht nur auf die Coelurosaurier beschränkt waren. Der außerhalb der Coelurosaurier stehende Theropode Concavenator weist an seinen Vordergliedmaßen Strukturen auf, die man als Federansätze interpretieren könnte (auch wenn es dazu Zweifel gibt). Sollte die ursprüngliche Klassifizierung des bayerischen Sciurumimus richtig sein, wäre dieser sogar der erste eindeutig befiederte Theropode außerhalb der Coelurosaurier. Federn also sogar ein gemeinsames Merkmal aller Theropoden? Allerdings wird Sciurumimus mittlerweile ebenfalls als ein Coelurosaurier angesehen. Er wäre sogar ziemlich nah an der Basis aller Coelurosaurier, könnte also zumindest als Argument für eine Coelurosaurier exklusive Evolution der Federn herhalten. Wir können aber am Dinosaurierstammbaum tatsächlich noch weiter zurückgehen, so sind von dem 2015 beschriebenen Ornithischia Kulindadromeus neben Schuppen auch den Federn sehr ähnliche Strukturen überliefert. Auch die borstenartigen Fortsätze des Ceratopsias („Horndinosaurier“) Psittacosaurus könnten eventuell homolog zu Federn sein.

Federähnliche Strukturen auch bei den Ornithischia? Lebendrekonstruktionen von Kulindadromeus zabaikalicus (links) und Psittacosaurus sp. (rechts). Von Nobu Tamura und Vinther et al. (2016), beide unter CC-BY-SA 4.0

Federn und federähnliche Strukturen also ein ursprüngliches Merkmal aller Dinosaurier? Lustigerweise ginge es theoretisch sogar noch weiter. Von den Pterosauriern, die zwar keine Dinosaurier waren, aber zu ihren nächsten Verwandten zählen, sind ebenfalls haar- oder protofederartige Strukturen namens Pycnofibern bekannt. Sollten diese sich als homolog zu Federn erweisen, wäre der Ursprung der Strukturen sogar beim letzten gemeinsamen Vorfahren von Dinosauriern und Pterosauriern zu suchen. Darüber hinaus weisen selbst heutige Alligatoren zumindest die genetischen Anlagen auf, die bei Vögeln zur Bildung von Federn nötig sind. Zu den Federn homologe Filamente ein ursprüngliches Merkmal aller Archosaurier? Die Zukunft wirds zeigen. Sicher ist jedenfalls, dass es (Proto-)Federn schon mindestens seit dem Aufkommen der Coelurosaurier gegeben haben muss.

Doch wozu hier Begriffe wie „Protofeder“? Gibt es etwa einen Unterschied zwischen der Befiederung von Vögeln und anderen Dinosauriern? Ja und nein. Bei den heutigen Vögeln haben wir neben wenigen Sonderformen vor allem zwei Typen von Federn, die teilweise sehr langen Kontur- oder Deckfedern und die darunterliegenden Daunenfedern. In der Regel bestehen die Vogelfedern aus einem zentralen Schaft, von dem beidseitig die Federäste entspringen, die wiederum über die sogenannten Barbulae miteinander verbunden sind. Diese komplexe Federmorphologie finden wir tatsächlich auch bei einigen Dinosauriern, z.B. bei den Dromaeosauriden und Oviraptorosauriern. Bei anderen Gruppen wie den Therizinosauriern und den Tyrannosauroideen waren sie eher daunenartig.  Sieht man sich die Ornithischia an, waren deren Filamente auf den ersten Blick allerdings eher haarähnlich. Abweichend findet sich beim bereits erwähnten Kulindadromeus eine ganze Palette an Hautstrukturen. Neben reptilientypischen Schuppen am Schwanz und an den Füßen, hatte dieser kleine Pflanzenfresser sowohl haarähnliche Filamente, als auch komplexere daunenartige Strukturen. Eine ähnliche Koexistenz von Schuppen und Protofedern weist auch der in Bayern gefundene Coelurosaurier Juravenator starki auf.

Vereinfachtes Kladogramm der Dinosaurier mit Vermerk zu bekannten (Proto-)Federn und Schuppen. Von Gustavo et al. 2015 (unter CC-BY-SA 4.0)

Zusammenfassend zu Dinosauriern und Federn lässt sich also sagen:

  • die Evolution der Federn begann spätestens mit den Coelurosauriern
  • Vögel waren nicht die einzigen Dinosaurier mit einer komplexen Federmorphologie
  • Dinosaurier können gleichzeitig Schuppen und Federn haben
  • Gattungen wie Kulindadromeus zeigen, dass (Proto-)Federn durchaus ein ursprüngliches Merkmal aller Dinosaurier sein könnten und der Ursprung der Strukturen unter Betrachtung der Pterosaurier eventuell sogar noch weiter zurückliegt

Und T. rex?

Die Familie Tyrannosauridae und damit auch T. rex gehörten ebenfalls zu den Coelurosauriern. Wir haben zwar von den Tyrannosauriden selbst noch keine Belege für irgendwelche Filamente, doch für andere Gattungen aus der Überfamilie Tyrannosauroidea, namentlich den kleinen Proceratosauriden Dilong paradoxus sowie den neun Meter langen Yutyrannus huali. Letzterer ist übrigens der bislang größte Dinosaurier mit dem direkten Nachweis von Federn. Es läge also der Schluss nahe, dass auch T. rex und seine nächsten Verwandten in irgendeiner Form (Proto-)Federn hatten. Dagegen spricht jetzt jedoch offenbar eine neue Studie von Bell et al., die diese Woche herausgekommen ist.

Phil R. Bell und Kollegen untersuchten hierzu verschiedene Hautabdrücke der Tyrannosauriden Albertosaurus, Gorgosaurus, Daspletosaurus, Tarbosaurus und natürlich Tyrannosaurus, die teilweise auch schon vor der Publikation bekannt waren. Diese sind als relativ kleine Einzelstücke erhalten und stammen bei T. rex von Hals, Beckenregion und Schwanz. Die Hautabdrücke zeigen dabei deutlich verschiedene Schuppen. Auch bei den anderen Gattungen haben Bell et al. ähnliche Beobachtungen gemacht. Sie schlussfolgern daraus, dass zumindest ein Großteil der Tyrannosauriden komplett beschuppt war und im Gegensatz zu den anderen Coelurosauriern keinerlei Filamente aufwies. Also wäre das jetzt geklärt, denn immerhin haben wir eindeutige Hautabdrücke, die belegen, dass T. rex und Verwandte keine Federn hatten, oder? Nicht so voreilig.

Sowohl Schuppen und Federn. Tyrannosaurus mit hypothetischem Federkleid (oben) und Juravenator mit den überlieferten Schuppen und Protofedern (unten). Nicht maßstabsgetreu. Von Durbed unter CC-BY-SA 3.0 und Tom Parker unter CC-BY-SA 4.0.

Wie wir bereits weiter oben festgestellt haben, gibt es fossile Belege, dass Schuppen und Federn gleichzeitig auftreten können. Bell et al. erwähnen in diesem Zusammenhang nur Ornithischia wie Kulindadromeus und verweisen dabei auf die Unsicherheiten zur Homologie dessen Filamente. Erstaunlicherweise scheint den Autoren die Situation beim schon doch seit einigen Jahren bekannten Coelurosaurier Juravenator dagegen unbekannt zu sein. Hätten wir mit diesem doch einen Beleg, dass das bei Kulindadromeus beobachtete Muster durchaus auch bei den Coelurosauriern beobachtet werden kann. Nichtdestotrotz belegt die Arbeit von Bell et al., dass T. rex und seine Verwandten zumindest nicht ganz so plüschig wie andere Coelurosaurier waren. Auch stellt sich die berechtigte Frage, warum wir denn bis jetzt von keinem Tyrannosauriden Belege für Filamente gefunden haben. Oder erweitert: warum haben wir von einer hohen Zahl anderer Dinosauriergruppen (siehe z.B. hier, hier oder hier) bis jetzt zwar Reste von Schuppen, aber keinerlei Filamente gefunden. Meines Erachtens gibt es hierzu drei Erklärungsmöglichkeiten:

  • Unsere Prämisse ist falsch

Vielleicht erwarten wir fälschlicherweise befiederte Tyrannosauriden, weil unsere Vorstellung zu ihrer evolutiven Stellung falsch ist. Es wäre nicht das erste Mal, dass eine Tiergruppe im Stammbaum des Lebens an eine ganz andere Stelle gesetzt wird als ursprünglich angenommen. Selbst die Tyrannosauriden galten nicht von Anfang an als Coelurosaurier, sondern wurden zusammen mit anderen großen Raubsauriern als Carnosaurier aufgefasst. So würde auch die Annahme Sinn machen, dass Federn eine exklusive Entwicklung der Coelurosaurier sind. Allerdings müsste man jetzt erklären, warum wir federnähnliche Strukturen nachweislich auch außerhalb der Coelurosaurier finden. Eine Erklärung könnte hier eine konvergente Entwicklung sein, die genetischen Grundlagen dazu reichen ja offenbar bis zu den Archosauriern zurück. Schwer zu begründen wäre dennoch, warum primitvere Tyrannosauroideen wie Dilong und Yutyrannus trotz allem Protofedern hatten. Nicht wirklich überzeugend.

  • Tyrannosauriden haben ihre Federn verloren oder reduziert

Das ist das Szenario, das Bell et al. favorisieren. Betrachtet man die überlieferten Hautabdrücke erscheint das auch gar nicht so abwegig und würde nicht im Widerspruch zu den befiederten Tyrannosauroideen stehen. Auch verschiedene Säugetiere wie Elefanten, Nashörner und letztendlich auch wir Menschen haben im Lauf der Evolution unser Fell reduziert, die Wale haben es sogar bis auf ein paar „Schnurrhaare“ komplett verloren. Vögel haben je nach Lebensweise ein ebenfalls unterschiedlich stark ausgebildetes Federkleid. Bell et al. erklären diesen Verlust durch den Gigantismus der im Vergleich zu ihren meisten primitiven Verwandten riesigen Tyrannosauriden. Wie die Autoren ebenfalls feststellen, hat sich der Gigantismus mindestens zweimal unabhängig voneinander innerhalb der Tyrannosauroidea entwickelt. Einmal mit dem Auftreten von Gattungen wie Yutyrannus und ein zweites Mal durch die eigentlichen Tyrannosauriden. Diese hätten nach Ansicht von Bell et al. durch ihren mehr auf Geschwindigkeit ausgerichteten Körper in Kombination mit ihrer immensen Körpergröße ihr Federkleid zunehmend eingespart. Das ist eine interessante Hypothese, ob es aber auch geeignet ist die Situation bei Gattungen wie Juravenator zu erklären? Das einzige Fossil, das wir bis jetzt von Juravenator haben, stammt von einem Jungtier und ist unter einem Meter Lang. Es gibt keinerlei Anhaltspunkte, dass die erwachsenen Tiere ähnliche Ausmaße wie die Tyrannosauriden erreicht haben. Allein die süddeutschen Inseln des Oberjura als Lebensraum von Juravenator lassen das ziemlich unwahrscheinlich erscheinen.

  • Die bekannten Fossilien sind nicht gut genug erhalten

Die dritte Erklärungsmöglichkeit wurde von Bell et al. bedauerlicherweise gar nicht in Erwägung gezogen. Die meisten, wenn nicht sogar alle bekannten Fossilien von befiederten Dinosauriern stammen aus Konservatlagerstätten. Das sind Fossillagerstätten, die sich durch eine außergewöhnlich gute Überlieferung auszeichnen. Ein Beispiel in Deutschland wären die Solnhofener Plattenkalke (Fundort des Archaeopteryx). Auch die chinesische Jehol Biota mit ihren zahlreichen befiederten Dinosauriern ist eine solche Konservatlagerstätte. So gut wie alle Dinosauriergruppen, von denen wir mittlerweile wissen, dass sie Federn hatten, kannten wir schon lange vorher. Nur erlaubte die Erhaltung der Fossilien oder der Mangel an unterstützenden Methoden (wie die Nutzung von UV-Licht) es schlicht nicht, mehr über potentielle Federn zu erfahren. Es wäre also durchaus möglich, dass wir bei T. rex und seinen nächsten Verwandten doch noch Hinweise auf (Proto-)Federn finden werden. Und vielleicht nicht nur bei den Tyrannosauriden, sondern auch bei anderen Dinosauriergruppen, von denen bis jetzt besonders gut erhaltene Fossilien ausblieben.

Hatte T. rex also Federn? Die wohl ehrlichste Antwort wäre: wir wissen es (noch) nicht. Dennoch sollte hier folgendes nochmal zusammengefasst werden: wir haben mehrere Belege, dass es Federn mindestens seit dem Aufkommen der Coelurosaurier gibt, zu denen nach aktueller Systematik auch die Tyrannosauroideen zählen. Innerhalb der Tyrannosauroidea haben wir Fossilien, die zeigen, dass es mindestens bis zur Evolution der großen Tyrannosauriden Gattungen mit deutlichem Federkleid gab. Zwar zeigen die überlieferten Schuppen, dass T. rex und seine nächsten Verwandten deutlich weniger befiedert waren als z.B. Yutyrannus, doch legen Fossilien wie das von Juravenator dar, dass die Befiederung bei den Dinosaurier je nach Gattung mitunter sehr variabel war. Zu guter Letzt finden wir federähnliche Strukturen auch außerhalb der Coelurosaurier, eventuell sogar außerhalb der Dinosaurier, weshalb uns wohl noch die ein oder andere paläontologische Überraschung bevorsteht.

 

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Pascal Abel, 22, studiert Geowissenschaften im Master am GeoZentrum Nordbayern mit den Vertiefungen Paläobiologie und Sedimentologie. Interessenschwerpunkte sind Wirbeltiere, Paläoökologie und Paläoumwelt. Bloggt auch nebenbei noch auf www.erdgeschichten.wordpress.com

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