Urzeitliche „Fischechse“ samt Fett und Pigmenten versteinert

Vor etwa 180 Millionen Jahren starb ein delfinartiges Reptil auf dem Gebiet des heutigen Deutschland und sank auf den Grund eines Ozeans. Das Seebegräbnis konservierte das Tier jedoch erstaunlich gut: Zum ersten Mal wurden in einem Fossil chemische Spuren nachgewiesen, die darauf hindeuten, dass die prähistorischen Tiere ähnlich wie heutige Wale über eine Fettschicht verfügten.

Der Fund, der im Fachmagazin „Nature“ beschrieben wurde, gehört zu einem Stenopterygius. Der Ichthyosaurier lebte im frühen Jura. In der Haut des Tieres waren noch Falten und Unebenheiten zu erkennen. Außerdem enthielt sie Zellen, in denen einige Hautpigmente sowie chemische Rückstände einer Fettschicht vorhanden waren. Zudem haben die Forscher die umstrittene Behauptung aufgestellt, dass sie Überreste von Proteinen gefunden haben.

„Man kann diese Strukturen nicht nur auf zellulärer Ebene betrachten und identifizieren, es gibt dort sogar noch Spuren der ursprünglichen Proteine – das ist gewissermaßen der Anfang für solche Sachen wie in ‚Jurassic Park‘“, sagt der Co-Autor der Studie Benjamin Kear, ein Paläontologe der Universität Uppsala.

„Diese Studie taucht richtig tief in die Konservierung des gesamten Tieres ein [...] und zwar auf eine Ebene, die erst im Laufe der letzten paar Jahrzehnte möglich wurde“, schrieb Caitlin Colleary in einer E-Mail. Die Paläontologin an der Virginia Tech ist eine Expertin für die Untersuchung von Molekülen, die in Fossilien erhalten wurden. „Die Studie ist ein weiteres Beispiel dafür, wie molekulare Paläontologie unser Bild davon verändern kann, wie diese Tiere zu Lebzeiten wohl ausgesehen haben.“

Verräterische Lücke

Schon bevor viele Dinosaurier wissenschaftlich beschrieben wurden, zog der Ichthyosaurier – wortwörtlich die „Fischechse“ – die Naturphilosophen des 19. Jahrhunderts in seinen Bann. Mit ihrer ledernen Haut, dem schmalen Kiefer und dem aerodynamischen Körper waren diese Reptilien die Delfine des Mesozoikums, des Zeitalters der Dinosaurier. Mittlerweile gelten die Tiere als evolutionäre Trendsetter.

„Sie entwickelten sich aus lungenatmenden Landreptilien und bildeten binnen 30 Millionen Jahren eine fischartige Körperform aus. Ichthyosaurier waren die ersten, die Wale machten das erst später“, sagt Ryosuke Motani, ein Paläontologe der University of California in Davis, der Ichthyosaurier erforscht. „Sie haben auch die größten Augen unter den Wirbeltieren. Einige spätere Arten hatten die größte Zahl an Fingern – neun bis zehn Stück pro Hand.“ (Mit einer Länge von 25 Metern könnte ein Ichthyosaurier, der im Vereinigten Königreich gefunden wurde, das längste Exemplar der Gattung sein, das je gelebt hat.)

Seit mehr als einem Jahrhundert haben Menschen immer wieder Ichthyosaurierfossilien mit Spuren von Gewebe gefunden. Das war größtenteils den sauerstoffarmen Sedimenten zu verdanken, in denen die Tiere eingeschlossen wurden. Die bekanntesten dieser Fossilien stammen aus Schiefersteinbrüchen in Holzmaden bei Stuttgart. Viele der Ichthyosaurier aus den Steinbrüchen weisen dunkle Ränder auf, an denen sich erkennen lässt, wie die Haut und die Flossen der Tiere ausgesehen haben.

Schon seit den Dreißigern vermuten Forscher, die sich mit diesen Umrissen beschäftigt haben, dass Ichthyosaurier Blubber hatten, erzählt Motani. Bei jenen Fossilien mit Körperumrissen gab es immer eine Lücke zwischen dem Rückgrat und der oberen Körperlinie, die auf eine große Menge an Gewebe über der Wirbelsäule hindeutete.

Die Herausforderung bestand eher darin, die Vermutung mit chemischen Beweisen zu untermauern. Wie sonst sollten die Forscher sicher sein, dass die Umrisse ein realistisches Abbild des Körpers zeigten und nicht etwa nur eine dicke Schicht an Bakterien, die den Leichnam zersetzten? Waren in dem Fossil also noch Spuren der ursprünglichen Fette und Proteine des Tieres erhalten geblieben? Um das herauszufinden, mussten die Forscher eine detaillierte chemische Analyse durchführen. Um Fossilien zu konservieren, entfernen Museen das umgebende Gestein jedoch oft sorgfältig oder behandeln die Überreste mit Stabilisatoren, die die Proben kontaminierten können.

Daher beschloss der Paläontologe Johan Lindgren von der Universität Lund, ein unbehandeltes Ichthyosaurierfossil aufzutreiben und daran so viele chemische Analysen wie möglich durchzuführen. Das Urwelt-Museum Hauff in Holzmaden, in dem sich viele Fossilien aus den Steinbrüchen befinden, hatte zufällig ein solches Stenopterygius-Exemplar, das diese Voraussetzungen erfüllte. Schon bald hatten sich 23 internationale Wissenschaftler Lindgrens Team angeschlossen.

„Das war wirklich ein bisschen wie bei Alice im Wunderland“, sagt Kear. „Wir sind in den Kaninchenbau gefallen und er führte immer tiefer und tiefer.“

Kuschelig warm

Zuerst analysierte Lindgrens Team die Haut des Ichthyosauriers, die an dem entsprechenden Fossil erstaunlich detailreich erhalten geblieben war. Die Forscher konnten die einzelnen Hautschichten des Tieres erkennen und sogar die Falten, die sich gebildet hatten, als es verweste.

Die Wissenschaftler entdeckten Spuren von Melanocyten – spezialisierte Zellen, die das Pigment Melanin enthalten. Bereits in den Fünfzigern wurde ein solcher Fund untersucht, aber Lindgrens Team stand dafür die moderne Technik des 21. Jahrhunderts zur Verfügung. Mit leistungsstarken Spektrometern und Röntgengeräten suchten die Forscher das Fossil nach Melanin ab und rekonstruierten die Melanocyten in 3D. Das Team kam zu dem Schluss, dass der Rücken des Ichthyosauriers genau wie bei vielen heutigen Meerestieren dunkler war als sein Bauch. Diese sogenannte Konterschattierung half den Tieren dabei, sich zu tarnen und ihre Körpertemperatur zu regulieren.

Die Forscher fanden auch Spuren von Blubber in der konservierten Haut. Chemische Tests deuteten darauf hin, dass es sich bei der Fettschicht nicht um moderne Kontaminationen oder eine proteinbasierte Hautschicht handelt. Stattdessen ist es ein gelbliches, fettiges Band, das sich ungefähr dort befindet, wo heutige Delfine und Lederschildkröten ihren Blubber haben.

„Ich finde das ziemlich überzeugend“, sagt die Paläobiologin Jasmina Wiemann von der University of Yale. Die Doktorandin ist eine Expertin für die molekulare Konservierung von Fossilien und war an der Studie nicht beteiligt. „Sie haben eine Menge Methoden angewandt und ich muss schon sagen, dass das nach ziemlich viel Arbeit aussieht.“

Das Vorhandensein von Blubber deutet mindestens darauf hin, dass Ichthyosaurier eine stabile Körpertemperatur halten konnten. Das ist noch kein eindeutiger Beweis dafür, dass es sich um Warmblüter handelte, wie es Delfine und andere Wale sind. Die Ergebnisse passen jedoch zu einer Studie von 2010, die zu dem Schluss kam, dass die Körpertemperatur von Ichthyosauriern bis zu 35 °C betrug.

Die Proteindebatte

Die bedeutendste und umstrittenste Behauptung der Studie lautet jedoch, dass in dem Fossil des Ichthyosauriers noch einige der ursprünglichen Proteine des Tieres enthalten sind. Falls das stimmt, wären es mit etwa 180 Millionen Jahren einige der ältesten noch erhaltenen Biomoleküle, die je gefunden wurden.

Die Paläontologin Mary Schweitzer von der North Carolina State University ist eine der Co-Autorinnen der Studie und hat dem Team dabei geholfen, die Fossilienproteine mit Hilfe von Antikörpern aufzuspüren. Sie benutzt diese Techniken schon seit Jahrzehnten, um unter sterilen Bedingungen Spuren von Dinosaurier-Collagen und anderen Proteinen zu finden. In diesem Fall fanden Schweitzer und ihre Kollegen Spuren von Hämoglobin in der Leber des Ichthyosauriers sowie Hinweise auf Strukturproteine wie Collagen und Keratin in seiner Haut.

Das Team analysierte die Proben in einem Labor, das für Gewebeproben moderner Tiere tabu ist. Um falsch positiven Ergebnissen noch besser vorzubeugen, überprüften sie ihre Proben mit mehreren Antikörpern, darunter auch einer, der eventuell vorhandene, versteinerte Bakterienschichten sichtbar gemacht hätte.

„Wir können unterscheiden, woran sich diese Antikörper binden, und das tun sie nicht zufällig“, erklärt Schweitzer. „Keratin [-Antikörper] binden sich beispielsweise nicht an alles, sondern nur an das, was wir als Haut interpretieren.“

Einige Paläontologen sehen die Antikörpermethode jedoch kritisch, da sie dazu neige, Proteine zu zeigen, die gar nicht wirklich da sind. Eine von Schweitzers ersten so untersuchten Proben bestand aus Fasern eines Dinosaurierfossils von Shuvuuia deserti. Kürzlich haben Forscher diese Probe mit verschiedenen Methoden erneut untersucht. Allerdings fanden sie im Gegensatz zu Schweitzer keinen Hinweis auf Proteine.

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„Ich befürchte, dass diese Antikörpertechnik sehr anfällig ist für falsch positive Ergebnisse durch Festigungsmittel, Verschmutzungen und andere versteinerte organische Materie“, schrieb Evan Saitta in einer E-Mail. Der Forscher am Field Museum of Natural History leitete die Neuuntersuchung der Shuvuuia-Proben. „Ich würde mir wünschen, dass diese Studien mehr Kontrollproben beinhalten würden, [...] auch wenn der heterogene Charakter dieser Probe dazu beitragen könnte, ein paar dieser Sachen aus der Welt zu schaffen.“

Die Skepsis liegt zum Teil in der Tragweite der Behauptungen von Schweitzer und den anderen Forschern begründet. Falls die Proteine im Fossilbericht tatsächlich so gut erhalten bleiben, könnten Forscher sie einfach direkt untersuchen und so mehr darüber erfahren, wie die urzeitlichen Tiere lebten und sich entwickelten. Die Proteine würden dabei deutlich mehr Informationen liefern als Knochen. Künftige Untersuchungen anderer Ichthyosaurierfossilien und weitere Analysen des Stenopterygius aus der aktuellen Studie sollten dabei helfen, diesen Sachverhalt zu klären.

„Wir werden dieses Fossil auf jeden Fall weiter untersuchen“, sagte Schweitzer. „Das ist ein fantastisches Exemplar.“

Derweil freut sich Kaer über die Debatte, die die Studie des Teams ausgelöst hat. „Immer her damit!“, sagt er. „Nur durch dieses beständige Prüfen der Daten werden wir dahinterkommen, was da eigentlich Sache ist.“

Der Artikel wurde ursprünglich in englischer Sprache auf NationalGeographic.com veröffentlicht.