Skelettfotografien mit Gelatine und Farbe offenbaren ungeahnte Details

Diese Technik erzeugt detaillierte und abstrakte Bilder, die Wissenschaftler zur Untersuchung der Anatomie verwenden.

Veröffentlicht am 23. März 2021, 10:42 MEZ
Ein Seepferdchen-Skelett, das in einer Glycerin-Gelatine-Matrix aufbewahrt wird, leuchtet unter Fluoreszenzlicht dank rotem Farbstoff.

Ein Seepferdchen-Skelett, das in einer Glycerin-Gelatine-Matrix aufbewahrt wird, leuchtet unter Fluoreszenzlicht dank rotem Farbstoff. Diese Fototechnik hilft Wissenschaftlern, Skelette auf neue Weise zu untersuchen.

Bild Leo Smith, University of Kansas

Fluoreszierendes Licht, roter Farbstoff und Gelatine sind die Zutaten einer neuen Fototechnik, mit der Wissenschaftler die Skelette von Tieren besser sichtbar machen können.

Wirbeltierforscher verlassen sich seit Langem auf eine altbewährte Technik: Sie entfernen das Weichgewebe von den Knochen und färben die mit rotem Farbstoff ein, um detaillierte Bilder zu machen. Diese Aufnahmen sind ein wertvolles Hilfsmittel zur Untersuchung der Anatomie und der Beziehungen zwischen den Arten. Aber ohne Bänder und Muskulatur können Skelette schlaff werden, was es schwierig macht, sie zu artikulieren und aus bestimmten Winkeln zu fotografieren.

Um Skelettfotos zu machen, haben lange Zeit einfach das Weichgewebe entfernt und die Skelette eingefärbt. Mit der Fluoreszenzbildgebung kommen allerdings ganz neue Details zum Vorschein, wie bei diesem Baikalgroppen der Art Cottocomephorus grewingkii.

Bild Matthew Girard, University of Kansas

Wirbeltierforscher nutzen Bilder wie dieses von einem Leguan, um zu erforschen, wie sich Tiere entwickelt haben und welche Merkmale sie mit anderen Arten gemeinsam haben.

Bild Matthew Girard, University of Kansas

Viele Skelette, wie das dieses Timor-Wasserpythons, können ohne Gewebe schlaff und schwer zu posieren sein. Gelatine hält sie an Ort und Stelle und lässt sich nach dem Fotoshooting sauber abwaschen.

 

Bild Matthew Girard, University of Kansas

„Es gibt so viele verschiedene Bilder, die man einfach nicht machen kann“, sagt Leo Smith, ein Professor für Ökologie und Evolutionsbiologie an der Universität von Kansas, der die neue Technik mitentwickelt hat. „Wenn es ein Wels ist, wird er auf dem Bauch ruhen – das ist alles, was geht. Wenn es eine Forelle oder sowas ist, wird es auf der Seite liegen, weil es in anderen Positionen einfach in sich zusammenfällt.“

Hier kommt die Gelatine ins Spiel. Ihre gallertartige Textur kann Skelette in einer Pose fixieren, sodass sie aus verschiedenen Winkeln fotografiert werden können. Nach dem Fotoshooting lässt sie sich wieder abwaschen. Kombiniert mit rotem Farbstoff und beleuchtet mit fluoreszierendem Licht, ermöglicht die Methode Aufnahmen, die früher unmöglich waren.

Das Fluoreszenzmikroskop sieht Rot

An einem Abend im Jahr 2013 platzierte Smith – der Hauptautor der 2018 veröffentlichten Arbeit, die diese Technik beschreibt – aus einer Laune heraus ein eingefärbtes Fischskelett unter einem Fluoreszenzmikroskop.

„Ich habe es einfach darunter gehalten und dachte: Heiliger Strohsack, das ist ja irre“, sagt Smith, „weil die Fluoreszenz wirklich die ganzen Details hervorhob.“

Rot gefärbte Skelette, wie von diesem Fadenflosser der Art Pentanemus quinquarius, fluoreszieren unter einer bestimmten Wellenlänge des Lichts. Das ist ähnlich wie bei Spielzeug, das im Dunkeln leuchtet, sagt Matt Davis, Biologieprofessor an der St. Cloud State University.

Bild Matthew Girard, University of Kansas

„Das ist fast so wie bei Leuchtspielzeugen“, sagt Matt Davis, Biologieprofessor an der St. Cloud State University in Minnesota und Mitautor der Arbeit. „Das Prinzip ist im Grunde das gleiche. Es absorbiert Licht und gibt es dann wieder ab.“ (Schnabeltiere, Flughörnchen, Meeresschildkröten und andere Lebewesen sind von Natur aus biofluoreszierend.)

Das Schöne an der Fluoreszenzbildgebung ist laut Smith, dass sie bestimmte Aspekte des Exemplars verdeutlicht es den Forschern ermöglicht, auf Details zu achten, die sie vorher nicht wahrnehmen konnten.

Galerie: Tiere, die im Dunkeln leuchten

Den Gelatineanteil der Methode verfeinerten Chesney Buck, der ein freiwilliger Assistent in Smiths Labor war, und Matt Girard, ein Doktorand, der unter Smith an der University of Kansas arbeitet. Girard sagt, dass das Einbetten der gefärbten Proben in Gelatine neue Möglichkeiten eröffnete.

„Wenn man etwas tatsächlich bewegen oder eine Pinzette hineinstecken kann oder es mit der Hand hält und bewegt, kann man sehen, wie die Knochen miteinander interagieren“, sagt er. „Oder man kann sehen, ob sich hinter einem Knochen etwas befindet. Viele Dinge – vielleicht nicht beim Menschen, aber bei anderen Tieren – bestehen aus mehreren Schichten von Knochen.“

Der Flachlandschaufelfuß kommt im Mittleren Westen Nordamerikas vor, von Kanada bis Mexiko. Die Entwickler dieser Fototechnik haben begonnen, mit verschiedenen Wellenlängen des Lichts und Filtern zu experimentieren, um zu sehen, was die Skelette noch enthüllen werden.

Bild Matthew Girard, University of Kansas

Das Brautentenküken leuchtet rot. In freier Wildbahn gehören diese Vögel zu den buntesten und am auffälligsten gemusterten Wasservögeln Nordamerikas.

Bild Matthew Girard, University of Kansas

Der Nördliche Bootsmannfisch ist eine biolumineszente Art der Froschfische, ein flacher Bodenbewohner, der Liebeslieder „singt“. Hier leuchtet er rot mit Farbstoff und grün mit seiner natürlichen Fluoreszenz.

Bild Leo Smith, University of Kansas

Die Seehasenart Eumicrotremus orbis ist ein circa 2,5 Zentimeter langer Fisch, der mit harten Tuberkeln übersät ist.

 

Bild OF AMERICAN SOCIETY OF ICHTHYOLOGISTS AND HERPETOLOGISTS

Die Große Braune Fledermaus kann eine Flügelspannweite von mehr als 30 Zentimetern haben.

Bild Matthew Girard, University of Kansas

Spaß ist Teil der Forschung

Smith, Davis und Girard haben begonnen, mit unterschiedlichen Wellenlängen des Lichts, Kamerafiltern und Mikroskopen zu experimentieren, um zu sehen, was ihnen die Tiere sonst noch offenbaren.

„Wir rekonstruieren diese Stammbäume und erforschen, wie sich [die Exemplare] im Laufe der Zeit entwickelten und wie sie alle miteinander verwandt sind“, sagt Davis. „Wir tun das, indem wir nach gemeinsamen Merkmalen suchen, die genetisch oder anatomisch sein können.“

Aber der Rest des Jobs bestehe laut Davis darin, ihn zu genießen. „Ein Teil der Wissenschaft ist die Entdeckung, und ein Teil ist es auch, einfach Spaß zu haben.“

Schließlich hat Smith die Technik so überhaupt erst entdeckt. Jeder Zufallsmoment, sagt er, könnte zu einem weiteren Durchbruch führen.

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

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