Lange Zeit galt die Paläontologie, die Wissenschaft vom ausgestorbenen Leben, als Studium eines Haufens scheinbar irrelevanter Fossilien. Heute erlebt sie eine radikale Transformation.
Durch den Einsatz statistischer Methoden zur Analyse großer Datenmengen und routinemäßiges CT-Scannen von Fossilien, das winzige Mikrostrukturen aufdeckt, entstehen völlig neue Forschungsfelder. Dazu gehört die Frage, wie Säugetiere zu den warmblütigen Milch spendenden Tieren unserer Zeit wurden.
Neue Technologien und Big-Data-Verarbeitung haben das Wissen über ausgestorbenes Leben explosionsartig erweitert. Früher beschränkt auf Stift, Papier und ein geschultes Auge, enthüllen sie nun die Ursprünge der Tiere, die unseren Planeten prägen. Die Ergebnisse wirken sich auf Medizin, Naturschutz und Klimaschutz aus.
Viele dieser Methoden werden auf Fossilien aus dem Vereinigten Königreich angewendet – wie jene, an denen ich als Forscherin von der Isle of Skye arbeite. Sie führen zu umfassenden Revisionen unseres Verständnisses der Evolution wichtiger Gruppen, einschließlich unserer eigenen Ahnenlinie.
Röntgen-CT-Scans (Computertomographie) sind in der modernen Paläontologie allgegenwärtig, besonders bei Wirbeltieren, aber auch bei Wirbellosen, Pflanzen und Gesteinen.
Manuelle Dünnschliffe sind ein klassisches Werkzeug: Material wird so fein geschnitten, dass Licht hindurchdringt. Der Vorteil von CT liegt darin, Fossilien unzerstört zu untersuchen.
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CT-Scans basieren auf Radiodichte: Einige Materialien lassen Röntgenstrahlen leichter passieren als andere. Dichte Materialien blocken, durchlässige lassen sie durch.
Für die meisten ist CT medizinisch vertraut. Ein normales Röntgen zeigt Knochen zweidimensional. CT erzeugt 3D-Bilder durch Hunderte Projektionen aus verschiedenen Winkeln, rekonstruiert mit Algorithmen.
Der erste CT-Scan 1971 benötigte 180 Bilder à 5 Minuten plus 2,5 Stunden Rekonstruktion. Heute dauern paläontologische Scans oft unter einer Stunde – manchmal Minuten, abhängig von Größe und Material.
Scanner sind günstig und routinemäßig einsetzbar, ermöglichen spektakuläre 3D-Animationen für Forschung und Öffentlichkeitsarbeit.
Ein neues Highlight: Synchrotron-Scanning, der "Superheld" unter den CT-Methoden.
Synchrotron nutzt hochintensive Röntgenstrahlen von nahe lichtschnellen Elektronen, gelenkt durch Magneten in Beamlines. Es durchdringt schwierige Materialien schneller und präziser.
Diese Technik analysiert von Enzymstrukturen bis zu Eiskristallen – und liefert bahnbrechende Daten zu fossilen Organismen, wie den von mir erforschten Säugetieren.
Während meiner Promotion untersuchte ich Jura-Säugetierskelette von der Isle of Skye, gefunden in den 1970ern. Selten und über 40 Jahre unberührt, umgeben von hartem Kalkstein.
Drei konventionelle CT-Versuche scheiterten an Größe und Dichte. Ich brachte sie zur European Synchrotron Radiation Facility in Grenoble. Mit einem Spezialisten scannten wir erfolgreich – Fossilien in Styroporhalterungen mit Klebeband fixiert.
Der Detektor erfasste Schattenmuster, der Computer rekonstruierte 3D-Innen- und Außenansichten. Das Hauptfossil brauchte 10 Stunden bei 6 Mikrometern Auflösung.
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Synchrotron glänzt, wo CT versagt, und ermöglicht Skelettrekonstruktionen.
2018 rekonstruierte ich einen linsekleinen Petrosal-Ohrknochen mittels CT. Diese Knochen sind Schlüssel zur Säugetierevolution und Hörfähigkeiten – von Fledermaus-Echolot bis Wal-Grollen.
Ich trackte Nerven und Gefäße, rekonstruierte Weichteile eines 166 Millionen Jahre alten Ohrs und ergänzte das Evolutionspuzzle.
Synchrotron offenbart feinste Details in Zähnen und Knochen.
Mein Kollege Elis Newham analysierte Wachstumsringe in Zähnen früher Säugetiere wie Morganucodon aus der Trias. Jährliche Zementringe zeigen Lebensdauer.
Sie lebten über ein Jahrzehnt – lang für Kleinsäuger. Erst später verkürzte sich die Lebensspanne, passend zum Übergang zu Warmblütigkeit und höherem Stoffwechsel.
Wir wenden dies nun auf schottische Fossilien an.
Vergessen Sie Indiana Jones oder Jurassic Park: Moderne Paläontologen arbeiten mit Laptops, coden und analysieren Scans – meist im Büro.