Es dauert lange, bis ein Fossil entsteht. Die versteinerten Dinosaurierknochen, die man in Museen sieht, verbrachten viele Millionen von Jahren tief im Untergrund vergraben, transformiert durch Hitze, Druck und chemische Reaktionen. Wissenschaftler der Universität von Bristol haben in Zusammenarbeit mit dem Field Museum jedoch einen neuen Weg gefunden, Schlüsselfossilisationsprozesse in einem Labor in etwa vierundzwanzig Stunden zu simulieren. Das bedeutet, dass Wissenschaftler eine bessere Vorstellung davon bekommen können, wie Versteinerungen funktionieren und welche Arten von Materialien, von Federn und Haut bis hin zu winzigen Molekülen wie Proteinen, zu Fossilien werden können und welche nicht.
“Paläontologen studieren Fossilien – wir interpretieren sie, um etwas über die Evolution und Biologie ausgestorbener Tiere zu erfahren. Aber der Fossilbestand liefert Daten, die schwer zu interpretieren sind. Um unsere Fragen zu beantworten, müssen wir verstehen, wie sich Fossilien bilden”, sagt Evan Saitta, ein Post-Doktorand des Field Museum und Hauptautor eines neuen Papers zum Thema. “Der Ansatz, mit dem wir Fossilisationsprozesse simulieren, erspart uns die Durchführung eines siebzig Millionen Jahre dauernden Experiments”, erklärt Saitta, der an diesem Projekt im Rahmen seiner Promotion an der Universität von Bristol gearbeitet hat.
Wissenschaftler erfahren bislang oft nur etwas über den Fossilisationsprozess, indem sie natürlich vorkommende Fossilien untersuchen und chemisch analysieren. Saitta und sein Team arbeiteten jedoch rückwärts – sie fanden einen Weg, Simulationen des Fossilisationsprozesses mit modernen Tier- und Pflanzenproben zu verbessern und untersuchten dann die Materialien, die Hitze und Druck überlebten. Dies ahmt die wirklichen Fossilien nach.
Saitta und sein Forschungspartner, Tom Kaye von der Stiftung für wissenschaftlichen Fortschritt, nahmen Proben wie Vogelfedern, Eidechsenglieder und Blätter und verwendeten eine hydraulische Presse, um sie in Tontafeln mit dem Durchmesser eines Groschens zu packen. Sie erhitzten dann die Tabletten in einem versiegelten Metallrohr in einem Laborofen bei über 210 Grad Celsius und 3500 psi Druck. Nach ungefähr einem Tag zogen sie die Tabletten heraus – und die resultierenden Proben trugen die Kennzeichen echter Fossilien, die auf die altmodische Weise hergestellt wurden.
“Wir waren absolut begeistert”, sagt Saitta. “Wir stritten uns immer wieder darüber, wer die Tabletten aufspalten würde, um die Proben zu enthüllen. Sie sahen aus wie echte Fossilien – es gab dunkle Haut- und Schuppenfilme, die Knochen wurden gebräunt. Selbst mit dem Auge sahen sie echt aus.”
Die “Easy-Bake-Fossilien” wurden ebenfalls unter einem Rasterelektronenmikroskop gehalten. “Wir konnten exponierte Melanosomen sehen, die Strukturen, die das Biomolekül Melanin enthalten, die Federn und Haut ihre Farbe geben, und Wissenschaftler haben Melanosomen auch in echten Fossilien gefunden. Weniger stabile Materialien wie Proteine und Fettgewebe zeigen sich nicht in echten Fossilien und sie waren auch nicht in unseren”, sagt Saitta.
“Unsere experimentelle Methode ist wie ein Spickzettel”, erklärt er. “Wenn wir damit herausfinden, welche Arten von Biomolekülen dem Druck und der Hitze der Versteinerung standhalten können, dann wissen wir, worauf wir bei echten Fossilien achten müssen.”
Saitta bemerkt, dass er und sein Team nicht die ersten sind, die versuchen, den Fossilisationsprozess in einem Labor nachzuahmen, “aber ich denke, wir sind die ersten, die verdammt nah dran sind.” Das liegt zum Teil an den neuen Methoden der Forscher. Frühere experimentelle Versuche, Fossilien in versiegelten Röhrchen zu kochen, funktionierten nicht, da die instabilen Biomoleküle, die auf natürliche Weise abgebaut werden, auslaufen und während der Fossilisation verschwinden, eingeschlossen bleiben. “Wenn wir sie aufschneiden, kommt eine ranzig riechende Schmiere heraus”, erinnert sich Saitta. “Aber in unserer neuen Methode, mit Lehm, können die Abbauprodukte in das Sediment austreten, so ist es eine realistischere und direkt vergleichbare Simulation, wie Fossilien entstehen. Das Zeug, das wir in echten Fossilien nicht sehen, geht weg, und das Zeug, das da sein sollte, bleibt.”
Saittas Forschung konzentriert sich auf außergewöhnliche Fossilien, die nicht nur harte Materialien wie Knochen umfassen, sondern auch Weichgewebe wie Haut, Federn und Biomoleküle. “Es gibt einige Dinosaurierfossilien, die nicht nur mit Knochen, sondern auch mit einem dunklen kohlenstoffhaltigen Federfilm erhalten sind”, erklärt Saitta. “Diese Fossilien erzählen uns von der Evolution von Vögeln und Federn, deshalb ist es wichtig zu verstehen, wie Federn erhalten bleiben.”
Saitta und seine Koautoren Kaye und Jakob Vinther von der Universität von Bristol sind begeistert von den Möglichkeiten, die ihre neue experimentelle Methode bietet. “Mit den Ideen, die wir jetzt haben, könnten wir zehn Jahre Forschung betreiben”, sagt Saitta. “Wir fangen an, in einen Goldrausch zu geraten – es gibt viele Behauptungen von versteinerten Biomolekülen. Wir suchen immer nach ihnen und möchten herauszufinden, was sie uns über das Leben der erdgeschichtlichen Vergangenheit erzählen können.”
Veröffentlichung: Evan T. Saitta, Thomas G. Kaye, Jakob Vinther: Sediment‐encased maturation: a novel method for simulating diagenesis in organic fossil preservation, 2018, Palaeontology, DOI: https://doi.org/10.1111/pala.12386
Quelle: off. Pn des Field Museum
Titelbildunterschrift: Wissenschaftler finden einen Weg, den Fossilisationsprozess in etwa einem Tag zu simulieren. (Foto: Field Museum)
Pia Gaupels
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