Dinosaurier: Forschung zu Federn und Schuppen

Körperbedeckungen wie Haare und Federn spielen in der Evolution eine zentrale Rolle. Als komplexe Hautauswüchse, die eine isolierende Schicht um den Körper bilden, ermöglichen sie nicht nur Warmblütigkeit, sondern erfüllen oft eine ganze Reihe weiterer Funktionen wie Wahrnehmung, Tarnung, Abschreckung, Balz oder wie bei Vögeln den Flug.

Entwickelt aus den eher einfach gebauten Schuppen ihrer reptilienartigen Vorfahren, waren solche komplexen Hautstrukturen bisher nur bei Säugetieren, Vögeln und ihren nächsten fossilen Verwandten - Dinosauriern und Flugsauriern - bekannt.

Ein internationales Team unter der Leitung der Paläontologen Dr. Stephan Spiekman und Prof. Dr. Rainer Schoch vom Staatlichen Museum für Naturkunde Stuttgart hat nun ein frühes Reptil aus der Triaszeit vor etwa 247 Millionen Jahren beschrieben, das wohl eine noch völlig unbekannte Alternative zu Federn und Haaren entwickelt hat.

Mirasaura grauvogeli: Ein Wundersaurier mit Feder-Alternativen

Das wundersame Reptil nannten die Forschenden Mirasaura grauvogeli, was so viel bedeutet wie „Grauvogels Wunderechse“ und ehrten damit Louis Grauvogel, einen französischen Fossiliensammler und Finder des Fossils.

Der kleine Saurier hatte einen Fächer aus dicht überlappenden Hautauswüchsen, die eine federartige Kontur mit einem schmalen Mittelgrat aufweisen. Doch während „moderne“ Federn aus vielen filigranen, verzweigten Strukturen, den sogenannten Federästen, bestehen, finden sich bei der neu beschriebenen Echse keine Hinweise auf Verzweigungen.

Daraus folgert das Forschungsteam, dass sich die Struktur der neuartigen Hautauswüchse weitgehend unabhängig von den Federn der Dinosaurier und Vögel entwickelt hat.

Einordnung und Lebensweise

Die Untersuchungen zeigen, dass Mirasaura zu den Drepanosauriern gehört, einer eher skurrilen Gruppe früher Reptilien, die es lediglich in der Triaszeit gab. Wie auch einige andere Drepanosaurier war Mirasaura ein Baumbewohner und lebte in den ersten Wäldern nach dem größten Massensterben in der Geschichte der Erde am Ende des Perm vor etwa 252 Millionen Jahren.

Der Schädel der „Wunderechse“ war vogelähnlich mit einem gewölbten Schädeldach, nach vorne gerichteten Augen und einer schmalen, fast zahnlosen Schnauze. Vermutlich jagte der kleine Saurier im Geäst von Pflanzen nach Insekten.

Funktion des Fächers

Der Fächer auf dem Rücken von Mirasaura ist lang, relativ schmal und diente vermutlich entweder dem Imponieren von Artgenossen oder dem Abschrecken von Feinden. Eine genauere Untersuchung der Hautauswüchse ergab, dass sie Melanosomen enthalten. Melanosomen sind Zellbestandteile, die Pigmente bilden. Daher kann man davon ausgehen, dass der Fächer eventuell bunt gefärbt - oder zumindest gemustert - war.

Die Evolution der Federn: Ein Blick in die Vergangenheit

Zwei Jahre nachdem Charles Darwin seine Gedanken zur Entstehung der Arten veröffentlicht hatte, fanden Arbeiter in einem Kalksteinbruch bei Solnhofen in Bayern die versteinerten Überreste eines etwa rabengroßen Vogels, der vor 150 Millionen Jahren gelebt hatte. Dieser Urvogel hatte Federn, zeigte aber auch Merkmale seiner Reptilienverwandtschaft: Zähne im Schnabel, Klauen an den Flügeln und einen knochigen Schwanz. Der Archaeopteryx schien aus einer Ära zu stammen, in der das Leben gerade eine dramatische entwicklungsgeschichtliche Wandlung durchmachte.

Inzwischen nahmen andere Biologen die Schuppen heutiger Reptilien unter die Lupe. Weil die Echsen die nächsten Verwandten der Vögel sind, versuchten die Forscher, Federn von den Schuppen abzuleiten. Sie folgten dem naheliegenden Gedanken, dass ja Schuppen wie auch ­Federn flach sind. Könnte es nicht sein, dass die Schuppen der Vogelvorfahren von Generation zu Generation länger geworden waren? So eine Wandlung erschien auch als Anpassung ans Fliegen plausibel.

Doch vor nun etwa 40 Jahren fielen dem Paläontologen John Ostrom von der Yale-Universität einige verblüffende Ähnlichkeiten zwischen dem Skelett der Vögel und der Theropoden auf. Das waren landlebende Dinosaurier, zu denen allgemein bekannte Monster wie Tyrannosaurus rex und Velociraptor gehörten. Ostrom stellte fest: Die Vögel sind zweifelsfrei die modernen Nachkommen der Theropoden.

Im Jahr 1996 lieferten dann chinesische Paläontologen einen neuen Beleg für Ostroms Hypothese: Sie fanden das Fossil eines kleinen, 125 Millionen Jahre alten Theropoden mit kurzen Armen. ­Sinosauropteryx, wie sie ihn nannten, bedeutete das Ende einer langen Suche: Rücken und Schwanz des Fossils waren von einer Schicht aus dünnen Filamenten bedeckt.

Die Entwicklung der Federstrukturen

Mit so vielen Fossilien ließ sich die Ent­stehungsgeschichte der Feder endlich genauer nachzeichnen. Am Anfang standen einfache Filamente. Später entwickelten sich in den verschiedenen Abstammungs­linien der Theropoden unterschiedliche Federtypen. Manche ähnelten dem Flaum heutiger Vögel, manche hatten symmetrisch angeord­nete Federstrahlen.

Wie sich der Übergang von Schuppen zu Federn vollzog, fanden die Forscher bei heute noch lebenden Theropoden mit haarförmigen Federn: bei Jungvögeln. Im Vogelembryo gehen die Borsten aus den sogenannten Placoden hervor, Gruppen von spe­zialisierten Hautzellen. Auch bei Reptilien gibt es Placoden. In deren Embryonen werden jedoch besondere Gene eingeschaltet, die dafür sorgen, dass die Hautzellen nicht als Röhre, sondern nur am hinteren Ende wachsen: Es entstehen flache Schuppen.

Die Evolutionsbiologen Richard Prum von der Yale-Universität und Alan Brush von der Universität von Connecticut kamen dann darauf, dass der Übergang von Schuppen zu Federn durch die Umschaltung eines einzigen genetischen Signals in den Placoden eingeleitet wurde. Sie bewirkte, dass die Zellen nicht mehr flach aus der Haut, sondern senkrecht wuchsen.

Ein haariger Urahn aller Dinosaurier?

Aber vor zwei Jahren gaben chinesische Wissenschaftler die Entdeckung von Tianyulong bekannt. Dieser Saurier hatte Borsten auf dem Rücken, gehört aber zur Abstammungslinie der Ornithischia, einer eigenen Gruppe von Dinosauriern, die mit den Theropoden nichts gemein hat - außer einem noch viel älteren gemeinsamen Vorfahren. Hatte also vielleicht schon der Urahn aller Dinosaurier haarförmige Federn?

Paläontologen vermuten, dass Federn anfangs zum Wärmen gedient haben könnten. Die Federn heutiger Vögel zeigen eine große Vielfalt an Formen und Farben, mit schimmerndem Glanz, bunten Streifen oder Augenflecken. Ein Pfauenhahn entfaltet seinen prächtigen ­Federfächer, um den Hennen zu imponieren und Konkurrenten auszustechen.

Innerhalb der Federn waren nämlich sogenannte Melanosomen gefunden worden. Das sind mikroskopisch kleine Hohlräume, gefüllt mit Pigmenten. Sie entsprechen genau den Strukturen in den Federn heutiger Vögel. Die fossilen Melanosomen sind so gut erhalten, dass man sogar die Farbe der Dinosaurierfedern ­rekonstruieren kann.

Schuppen oder Federn: Eine Neubewertung

Eine aktuelle, in den "Biology Letters" veröffentlichte Studie, die auf der Analyse fossiler Hautstrukturen von 75 Saurierarten beruht, sagt nun: Die meisten Dinosaurier hätten eindeutig eine schuppige Haut gehabt. Man könne auch nicht davon ausgehen, dass Federn ein Merkmal gewesen seien, das früh in der Entwicklungslinie aufgetreten und dann an alle Untergruppen der Dinosaurier vererbt worden wäre. Federähnliche Strukturen hätten verschiedene Entwicklungslinien der Saurier vielmehr zu ganz verschiedenen Zeiten unabhängig voneinander ausgeprägt.

Viele Saurierarten, dokumentiert die Studie, hatten sowohl eine Schuppenhaut, als auch Federn - nicht im Sinne eines Gefieders, sondern einzelne oder wenige. Sie standen wie ein Rückenkamm, am Schwanzende, an den Seiten des Kopfes oder Körpers - wozu?

Um zu imponieren, ist eine häufige Antwort. Vielleicht erweiterten Saurier mit Fasern oder Federn ihre Sensorik? So oder so: Dinosaurier waren eine Tiergruppe, die sich der Verallgemeinerung von Körpermerkmalen oft entzog. Gerade das fasziniert uns doch auch an ihnen, die Vielfalt ihrer Gestalten und Größen.

Die Bedeutung von Mirasaura für die Forschung

Die Entdeckung von Mirasaura grauvogeli verändert den Blick auf die Evolution von Reptilien, so Stephan Spiekman vom Naturkundemuseum in Stuttgart. Und neue Forschungsmethoden erlauben immer mehr Einblicke in die Evolution, auch mithilfe von alten Fundstücken.

Für den Paläobiologen Omar Rafael Regalado Fernández ist klar: "Es wird immer häufiger vorkommen, dass neue Erkenntnisse an Exemplaren gemacht werden, die vor einem Jahrhundert oder mehr gefunden wurden."

Auch für den Paläontologen Spiekman ist es ein unglaublicher Fund: "Das ist mit Sicherheit das tollste Projekt meiner Karriere bisher.

Die Rolle der Künstler in der Paläontologie

Wenn Künstler prähistorisches Leben rekonstruieren, folgen sie oft Anregungen aus Studien oder arbeiten sogar direkt mit den Forschern. Unter denen gibt es nicht wenige, die beides sind: Künstler und Wissenschaftler - Robert T. Bakker, der das moderne Bild des Dinosauriers maßgeblich prägte, ist sicher das prominenteste Beispiel. Ist nachvollziehbar, was wir uns vorgestellt haben? Wäre so ein Tier lebensfähig, und wie könnte es gelebt haben? Wozu könnte dieses oder jenes Merkmal gedient haben?

Die enge Verbindung zwischen Dinosauriern und Vögeln

Dass die Verbindung zwischen Dinosaurier und Vogel eine äußerst enge war, hatten schon die Väter der Evolutionstheorie vermutet. Die Beschreibung des Archaeopteryx durch Hermann von Meyer im Jahr 1861 lieferte die Bestätigung. Doch erst in den Neunzigerjahren sorgte eine ganze Welle von Entdeckungen gefiederter Fossile dazu, Vögel tatsächlich als direkte Nachfahren der Dinosaurier zu akzeptieren - wenn nicht sogar als ihre letzte, überlebende Gruppe. Dass Vögel aus den Theropoda, also den Raubsauriern hervorgingen, steht mittlerweile völlig außer Frage. Dass die meisten, wenn nicht alle Maniraptora - kleine Theropoden, die als die direktesten Vorfahren der Vögel gelten - gefiedert waren, ist Konsens.

In den letzten Jahren hat man die Federtierthese jedoch zunehmend auf die ganze Entwicklungslinie der Raubsaurier spätestens ab der Kreidezeit erweitert, nachdem einzelne Funde zumindest teilweise gefiederter Tyrannosauridae gemacht wurden. Es gibt heute kaum einen Paläontologen, der nicht davon ausgeht, dass zumindest die Jungtiere der kreidezeitlichen Theropoda meist, wenn nicht immer, gefiedert waren.

Strittig ist auch, ob die Regel "Dinosaurier = gefiedertes Tier" auf andere Untergruppen der Dinosaurier angewendet werden sollte.

tags: #dinosaurier #federn #oder #schuppen #forschung

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