Zum ersten Mal: Forscher identifizieren rötliche Verfärbungen in einem alten Fossil

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Forscher haben zum ersten Mal chemische Spuren von roten Pigmenten in einem alten Fossil entdeckt. Eine außergewöhnlich gut erhaltene Maus, nicht anders als die heutigen Feldmäuse, die vor rund 3 Millionen Jahren die Felder des heutigen deutschen Dorfes Willershausen durchstreifen. Die Studie ergab, dass das ausgestorbene Lebewesen, das von den Autoren liebevoll “mächtige Maus” genannt wurde, auf seinem Rücken und seinen Seiten braun bis rötlich gefärbt war und einen kleinen weißen Bauch hatte.

Die Ergebnisse wurden heute in Nature Communications veröffentlicht.

Die internationale Zusammenarbeit, geleitet von Forschern der University of Manchester in Großbritannien, nutzte Röntgenspektroskopie und Mehrfachbildgebungsverfahren, um die empfindliche chemische Signatur von Pigmenten in dieser lang ausgestorbenen Maus zu erkennen.

“Das Leben auf der Erde hat die globale fossile Aufzeichnung mit einer Fülle von Informationen übersät, die erst kürzlich der Wissenschaft zugänglich ist”, sagt Phil Manning, Professor in Manchester, der die Studie mit leitete. “Eine Reihe neuer bildgebender Verfahren kann nun eingesetzt werden, die es uns ermöglichen, tief in die chemische Geschichte eines fossilen Organismus und die Prozesse zur Erhaltung seiner Gewebe einzusehen. Wo wir einst nur Minerale gesehen haben, trennen wir jetzt sanft die “biochemischen Geister” der längst ausgestorbenen Arten.”

Optische und Röntgenbilder von Apodemus atavus “lateral”. A. atavus (GZG.W.20027b) mit dem Einsatz des vorhandenen A. sylvaticus oben rechts zum Vergleich (Maßstabsbalken = 1 cm). b Falschfarbenes SRS-RFA-Bild zeigt eine außergewöhnliche Erhaltung von Haut und Knochen. Dieses Bild ist eine Kombination aus drei Darstellungen, zwei Standard-Einzelelementkarten (blau = P, grün = Zn) und einer dritten Karte, die erstellt wurde, um die Verteilung einer bestimmten Oxidationsstufe von organischem Schwefel (rot = S in Thiol) besonders hervorzuheben, um den klaren Zusammenhang zwischen der Verteilung von Zn und organischem Schwefel, die zusammen als leuchtend gelb erscheinen, hervorzuheben. (Optisches Foto von P.L.M.)

Das Forschungsteam, dem Wissenschaftler des SLAC National Accelerator Laboratory des U.S. Department of Energy angehören, verwendete Röntgenstrahlen von SLACs Stanford Synchrotron Radiation Lightsource (SSRL) und der Diamond Light Source (DLS) in Großbritannien.

Ein Bild der Vergangenheit malen

Farbe spielt eine wichtige Rolle bei den selektiven Prozessen, die die Evolution seit Hunderten von Millionen von Jahren steuern. Aber bis vor kurzem waren die Techniken zur Untersuchung von Fossilien nicht in der Lage, die Pigmentierung ausgestorbener Tiere zu erforschen, die für die Rekonstruktion ihrer genauen Gestalt entscheidend ist.

Diese jüngste Veröffentlichung markiert einen Durchbruch in der Fähigkeit, versteinerte Farbpigmente bei längst ausgestorbenen Arten zu entschlüsseln, indem sie Schlüsselelemente im Zusammenhang mit dem Pigment Melanin, dem dominanten Pigment bei Tieren, kartiert. In Form von Eumelanin gibt das Pigment eine schwarze oder dunkelbraune Farbe ab, aber in Form von Phäomelanin produziert es eine rötliche oder gelbe Farbe.

Bau des Fundaments

Bis vor kurzem hatten sich die Forscher auf die Spuren von Elementen konzentriert, die bekanntlich mit Eumelanin in Verbindung gebracht werden. In früheren Experimenten wurden dunkle und helle Muster in den Federn der ersten fossilen Vögel entdeckt, darunter Archaeopteryx, das berühmte Fossil, das zuerst eine klare Verbindung zwischen Dinosauriern und Vögeln herstellte.

Im Jahr 2016 führte Co-Autor Nick Edwards, Wissenschaftler bei SLAC, eine Studie durch, die das Potenzial aufzeigte, zwischen Eumelanin und Phäomelanin in modernen Vogelfedern zu unterscheiden. Diese Arbeit lieferte einen chemischen Maßstab für diese jüngste Veröffentlichung, die erstmals zeigte, dass es möglich ist, das schwer fassbare rote Pigment, in alten Fossilien zu erkennen, obwohl es im Laufe der geologischen Zeit viel weniger stabil ist.

“Wir mussten erst ein starkes Fundament mit modernem tierischem Gewebe aufbauen, bevor wir die Technik bei ausgestorbenen Tieren anwenden konnten”, sagte Edwards. “Es ist wirklich ein Wendepunkt, wenn man mit chemischen Signaturen die Färbung ausgestorbener Tiere mit Weichteilfossilien knackt.”

Um die fossilen Muster in der “mächtigen Maus” zu enthüllen, benutzte das Manchester-Team SSRL und DLS, um die Fossilien in intensiven Röntgenstrahlen zu baden. Die Interaktion dieser Röntgenstrahlen mit Spurenmetallen in Pigmenten ermöglichte es dem Team, die rötliche Färbung im Fell der Maus zu rekonstruieren.

“Die in dieser Studie verwendeten Fossilien bewahren erstaunliche strukturelle Details, aber unsere Arbeit betont, dass eine solche außergewöhnliche Erhaltung auch zu außergewöhnlichen chemischen Details führen kann, die unser Verständnis davon verändert, was in Fossilien bewahrt werden kann, betont Roy Wogelius, Professor für Geochemie an der Manchester University.

“Auf dem Weg dorthin lernten wir so viel mehr über die Chemie der Pigmentierung des gesamten Tierreichs.”

Eine neue Dimension hinzufügen

Der Schlüssel zu ihrer Arbeit war die Feststellung, dass Spurenmetalle in das versteinerte Mausfell eingearbeitet wurden, genauso wie sie sich an Pigmente bei Tieren mit hohen Konzentrationen an rotem Pigment in ihrem Gewebe binden.

“Wenn Sie in einem bestimmten Bereich forschen, könnte sich der Umfang Ihrer Techniken weiterentwickeln”, sagt Uwe Bergmann, Co-Autor und angesehener Wissenschaftler bei SLAC, der die Entwicklung der in dieser Forschung verwendeten Röntgenfluoreszenzbildgebung geleitet hat. “Die Hoffnung ist, dass Sie ein Werkzeug entwickeln können, das Teil des Standardarsenals wird, wenn etwas Neues untersucht wird, und ich glaube, die Anwendung auf Fossilien ist ein gutes Beispiel.”

Der Einsatz von Physik, Paläontologie, organischer Chemie und Geochemie zeigt den Wissenschaftlern, worauf sie in Zukunft achten sollten.

“Unsere Hoffnung ist, dass uns diese Ergebnisse erlaube, selbstbewusster zu werden, wenn es darum geht, ausgestorbene Tiere zu rekonstruieren und damit der Erforschung der Evolution eine weitere Dimension hinzufügen können”, sagt Wogelius.



Veröffentlichung: Phillip L. Manning, Nicholas P. Edwards, Uwe Bergmann, Roy A. Wogelius u.a.: Pheomelanin pigment remnants mapped in fossils of an extinct mammal. Nature Communications 10, Article number: 2250 (2019) 

Quelle: off. Pm der SLAC National Accelerator Laboratory

Titelbildunterschrift: Mit der Stanford Synchrotron-Strahlungslichtquelle von SLAC konnten die Forscher die Geschichte der Schlüsselpigmente in alten Mausfossilien entwirren. Die Forscher zeigten, dass die Maus wahrscheinlich rötliches und braunes Fell auf dem Rücken und den Seiten und einen weißen Bauch hatte, wie die Konzeption von Stuart Pond links zeigt. Das untere Bild rechts ist ein Foto des wichtigsten in dieser Studie untersuchten Fossils. Darüber hinaus befindet sich ein falsch farbiges Synchrotron-Röntgenbild der fossilen Chemie. (Bild: Gregory Stewart/SLAC National Accelerator Laboratory (Nationales Beschleunigerlabor))



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Pia Gaupels

Gründerin bei GeoHorizon
Pia Gaupels, *86, Bibliotheksinformationsstudium an der TH Köln von 2007-2010. Studiert seit 2014 an der Universität Münster Geowissenschaften. Der Schwerpunkt liegt auf Planetare Geologie und Geoinformationswissenschaften. 2015 gründete Sie die Seite Geohorizon. Sie ausgeprägte Fähigkeiten in der Bild- und Videobearbeitung und arbeitet seit 2018 wieder als Bibliothekarin.

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