31. März 2021

Wie verwandeln sich Lebewesen in ein Fossil? Wie verwandeln sich Lebewesen in ein Fossil?

Eine Forschungsgruppe der Universität Bonn gibt ein Buch zu neuesten Fossilisations-Erkenntnissen heraus

Wer ein Fossil in Händen hält, empfindet meist Respekt. Schließlich ist das Zeugnis vergangener Lebewelten viele Millionen Jahre alt. Häufig lässt sich auf den ersten Blick einordnen, ob es sich um eine Pflanze, eine Muschel oder gar einen Dinosaurier handelt. Doch was wie ein Knochen aussieht, ist meist gar keiner. Nur winzige Reste des verblichenen Lebewesens sind darin enthalten. Die Form ist erhalten, doch die Substanz durch Mineralien ersetzt, daher der Begriff “Versteinerung”. Wie das genau funktioniert, berichtet eine Forschungsgruppe der Universität Bonn im nun erschienenen Buch “Fossilization”.

Siliziumverteilung in den Holzzellen eines Baumes aus einer heißen Quelle:
Siliziumverteilung in den Holzzellen eines Baumes aus einer heißen Quelle: - Die blaue Farbe zeigt wenig Silizium an, die grüne eine mittlere Menge und rot viel Silizium. © © Dr. Moritz Liesegang

Wenn Laien auf ein fantastisch aussehendes Fossil treffen, staunen sie: Oh, was ist das? Wie alt ist es? Wie ist es so geworden? “Wissenschaftler sind auch Menschen und stellen meist die gleichen Fragen”, schildert die Paläobotanikerin Dr. Carole T. Gee ihre Erfahrungen im Vorwort des Buchs. Sie ist eine von insgesamt 16 Autorinnen und Autoren, die in den vergangenen Jahren in der von der Deutschen Forschungsgemeinschaft geförderten Forschungsgruppe “Die Grenzen des Fossilberichts: Analytische und experimentelle Ansätze zum Verständnis der Fossilisation” an der Universität Bonn geforscht haben.

Normalerweise setzt nach dem Tod die Zersetzung ein. In wenigen Ausnahmen verhindern dies die Umweltbedingungen, etwa weil es zu feucht oder zu trocken ist. Die Wissenschaftler haben sich gemeinsam die Frage gestellt, wie sich ein Lebewesen nach dem Tod in ein Fossil verwandelt. ”Mit bloßem Auge ist meist erkennbar, um was für einen Organismus oder Teil eines solchen es sich handelt”, sagt der Paläontologe Prof. Dr. Martin Sander von der Universität Bonn. Ein Dinosaurier-Knochen sieht wie ein Knochen aus, ist aber stark in seiner Zusammensetzung verändert. Obwohl er zum Beispiel einen viel höheren Mineralgehalt als frischer Knochen hat, ist er doch nicht nur reiner “Stein”, wie man immer dachte. Vielmehr enthält er noch organische Moleküle, die vom ursprünglichen Lebewesen stammen. Selbst die Mikrostruktur der Knochen ist häufig überliefert. “Seit 200 Jahren untersuchen Wissenschaftler Saurierfossilien. Wir wissen aber nicht, was wir eigentlich in der Hand haben”, bringt es Sander auf den Punkt.

Deshalb haben sich Paläontologen, Geochemiker, organische Chemiker, Pharmazeuten, Mineralogen und Mikrobiologen in der Forschungsrgruppe zu einer produktiven Gemeinschaft zusammengeschlossen. Mit modernsten analytischen Methoden wie Raman-Spektroskopie und hochempfindlicher Massenspektrometrie untersuchten sie die Strukturen und wiesen Spuren ursprünglicher organischer Substanz der Lebewesen nach.

290 Millionen Jahre alte Knochenzellen

Zu den Überraschungen zählt, dass in den meisten Fossilien Knochenzellen, sogenannte Osteozyten, und Blutgefäße erhalten geblieben sind, wenn auch verändert. “Wir konnten 290 Millionen Jahre alte Knochenzellen isolieren – 40 Millionen Jahre älter als bislang”, berichtet Sander. Darüber hinaus gelang es den Forschenden, an Fischfossilien aufzuklären, welche Schritte bei der Verwandlung abgelaufen sind. Wie Holz versteinert, war auch schon vorher vermutet: durch heiße silikatführende Wässer. Experimentell nachgewiesen haben die Wissenschaftler jedoch, dass man statt Holz Achat in der Hand hält.

Hervorzuben ist auch der 400 Millionen Jahre alte Stachel eines Stachelhais aus dem Hunsrückschiefer, der eine sehr komplexe Fossilisationsgeschichte hat. Das originale Knochenmaterial scheint teilweise noch erhalten zu sein, doch hat sich ein Teil des Fisches unter hohen Temperaturen von rund 330 Grad Celsius in Graphit verwandelt. Der Schiefer aus dem Hunsrück “ziert” übrigens auch das Dach des Poppelsdorfer Schlosses.

Das in englischer Sprache geschriebene Buch ist als eine Einführung in die Fossilisation gedacht, aber auch als Zwischenbericht der Forschungsgruppe, die in den Transdisziplinären Forschungsbereich (TRA) “Bausteine der Materie und grundlegende Wechselwirkungen” eingebettet ist. In sechs verschiedenen TRAs kommen Wissenschaftler aus den unterschiedlichsten Fakultäten und Disziplinen der Universität Bonn zusammen, um gemeinsam an zukunftsrelevanten Forschungsthemen zu arbeiten.

Wenn die Deutsche Forschungsgemeinschaft die Forschungsgruppe weiterfördert, wissen die Wissenschaftler bereits, welche Aspekte der Fossilisation sie in Zukunft noch genauer unter die Lupe nehmen: In Echtzeit wollen sie mit dem Raman-Spektroskop den Prozess der Knochenversteinerung beobachten. Außerdem sollen „künstliche“ Fossilien erzeugt werden, indem um Tierleichen herum Kalk und Phosphatminerale ausgefällt werden. Darüber hinaus will das Team zusammen mit Pharmazeuten der Universität Bonn der Frage nachgehen, ob sich mit höchstempfindlicher Massenspektrometrie die Farbe von fossilen Blüten bestimmen lässt.

Publikation: Carole T. Gee, Victoria E. McCoy und P. Martin Sander (Hrsg.): Fossilization – Understanding the Material Nature of Ancient Plants and Animals, Johns Hopkins University Press, 304 S., 120 US-Dollar, erhältlich auch als e-book

Informationen zur Forschungsgruppe:

https://www.uni-bonn.de/forschung/Drittmittel%20und%20Projekte/DFG-Verbundforschungsprojekte/for-2685

https://www.ifgeo.uni-bonn.de/abteilungen/palaeontologie/dfg-for-2685/for-2685-the-limits-of-the-fossil-record-analytical-and-experimental-approaches-to-fossilization

http://for2685.geisler-wierwille.eu/members.html

Kontakt für die Medien:

PD Dr. Carole Gee
Abteilung Paläontologie
Institut für Geowissenschaften
Universität Bonn
Tel. +49-(0)228/733065
E-Mail:cgee@uni-bonn.de

Prof. Dr. Martin Sander
Sprecher der Forschungsgruppe
Abteilung Paläontologie
Institut für Geowissenschaften
Universität Bonn
Tel. +49-(0)228/733105
E-Mail: martin.sander@uni-bonn.de

225 Millionen Jahre altes „Regenbogenholz“
Zwei Beispiele von Pflanzenpigmenten, die sich möglicherweise im Fossilbericht finden lassen:
Buch „Fossilization“
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