Wissenschaftler fanden das weltweit erste Dinosaurier-Gehirnfossil

Veröffentlicht: 2016-10-30

In einer dunklen Winternacht im Jahr 2004 entdeckte Jamie Hiscocks an einem Strand in der Nähe seines Hauses in Sussex, England, einen seltsam geformten Stein. „Ich konnte im Licht meiner Taschenlampe strukturierte Details auf der Oberfläche des Objekts erkennen“, sagte mir Hiscocks, von Beruf Fossilienjäger, in einer E-Mail. „Ich wusste sofort, dass das kein gewöhnlicher Kieselstein war.“

Hiscocks zeigte das Exemplar Martin Brasier, einem führenden Paläobiologen an der Universität Oxford. Braiser identifizierte es als Dinosaurier-Endocast – ein Fossil, das entsteht, wenn Sedimente das Innere eines Tierschädels füllen – und einem Iguanodon gehört, einem Dinosaurier, der während der Kreidezeit lebte.

Aber das war nicht Ihr Standard-Endocast. Zum einen war es nicht glatt. „Es sah fast ein bisschen gewellt aus; es gab Grate und Rillen“, erzählte mir Alexander Liu, ein ehemaliger Schüler von Brasier. (Brasier starb 2014 bei einem Autounfall.)

Das begeisterte die Forscher. Eine genauere Analyse ergab eine wenige Millimeter dicke Schicht von Strukturen, die wie Blutgefäße aussahen. Es gab auch Spuren von Meningen, der harten äußeren Schicht, die das Gehirn schützt, in mineralischer Form konserviert.

Gehirne zersetzen sich normalerweise sehr schnell nach dem Tod. So schnell, dass noch nie ein Stück versteinertes Gehirn eines an Land lebenden Wirbeltiers entdeckt worden war.

Damit war dies das allererste Dinosauriergehirnfossil, das jemals gefunden wurde, wie Liu und Co-Autoren in einer heute veröffentlichten Sonderveröffentlichung der Geological Society of London beschreiben.

Die Entdeckung – die ein Nebenprojekt war, das Brasier und andere jahrelang langsam verfolgten – lässt hoffen, dass der Paläobiologe eines Tages das Geheimnis der Dinosaurierintelligenz knacken könnte. Aber vielleicht noch bemerkenswerter ist, dass dieses Stück Gehirn überhaupt erst versteinert wurde.

Weichteile versteinern selten

Ein Diagramm, das zeigt, wie erschrocken Sie wären, wenn Sie einem Iguanodon begegnen würden.

Es gibt einige Gründe, warum noch nie jemand ein versteinertes Dinosauriergehirn entdeckt hat.

Zum einen lebten Dinosaurier vor sehr, sehr langer Zeit. Fast alle starben vollständig; Ihre Körper und Knochen zersetzten sich und hinterließen keine Spuren.

Ein winziger Bruchteil starb unter zufälligen Umständen, die es ermöglichten, dass ihr Gewebe und ihre Knochen im Gestein versteinert wurden. In diesen seltenen Fällen, in denen organisches Gewebe versteinert, kommen Mineralien hinzu, um das Gewebe zu ersetzen. Aber Weichteile wie das Gehirn brechen besonders schnell zusammen – was es zu dem am wenigsten wahrscheinlichen Gewebe macht, dass es erhalten bleibt.

Was also könnte es diesem speziellen Gehirn ermöglicht haben, den Mikroben auszuweichen, die es sonst verschlungen hätten? Liu, Brasier und Kollegen mussten forensische Ermittler werden, um es herauszufinden.

Hier ist die Geschichte, die sie zusammengefügt haben.

Es beginnt vor etwa 133 Millionen Jahren, in der Kreidezeit, als die Erde ein viel fremder Ort war. Es war viel wärmer, es gab kaum Eis an den Polen und rund ein Drittel der heutigen Landfläche war von Wasser bedeckt. Die Kontinente begannen gerade, sich voneinander zu entfernen.

In dieser seltsamen Welt – im prähistorischen Großbritannien, um genau zu sein – streifte eine Dinosaurierart umher, die wie ein riesiges (30 Fuß langes und 7 Fuß hohes) Reptilienpferd mit einem Schwanz und einem spitzen Kamm auf dem Rücken aussah.

Als dieser Iguanodon starb, ereigneten sich mehrere zufällige Dinge, die dazu führten, dass sein Gehirn zu einem Fossil wurde.

1) Als dieses Tier starb, fiel es wahrscheinlich kopfüber ins Wasser, wo sein Schädel auf den Kopf gestellt wurde. Das begrenzte die Exposition gegenüber Luft. (Gehirne zersetzen sich schnell in Gegenwart von Sauerstoff.)

Dieses Diagramm zeigt, wie das Fossil entstanden ist.

2) Der Schädel blieb intakt, und als ein kleiner Teil des Gehirns sich zu zersetzen begann, blieben die Chemikalien, die es auslaugte, im Gehirngehäuse. Diese Zersetzung „setzte Nährstoffe und Enzyme frei, die reich an Dingen wie Eisen und Phosphat sind“, erklärte Liu.

3) Diese Nährstoffe und Enzyme haben im Wesentlichen den anderen Teil des Gehirns eingelegt und ihn konserviert. Diese Nährstoffe und Enzyme enthielten auch die richtigen Chemikalien, um den Prozess der Mineralisierung einzuleiten.

4) Vielleicht innerhalb weniger Tage, erklärte Liu, begann der konservierte Teil – ein nur wenige Millimeter dicker Abschnitt, der gegen den Schädel gedrückt wurde – durch Phosphat- und Karbonatmineralien ersetzt zu werden. Eine chemische Reaktion ermöglichte es den Mineralien, das organische Material umzuwandeln und ihre Struktur nachzuahmen.

Im Laufe der Zeit trennte sich dieses versteinerte Gehirn vom Rest des Körpers. Es wurde von Gezeiten und Stürmen getragen und fand ein Zuhause in Gezeitentümpeln in Großbritannien. (Die britische Küstenlinie mit ihrem freigelegten Sedimentgestein ist bei Fossilienjägern sehr beliebt.) Als 2004 ein Wintersturm einen zuvor unter Wasser liegenden Strandabschnitt freilegte, war es ein Glück, dass ein Profi wie Hiscocks vorbeiging. „Da es so zerbrechlich ist, hätte der nächste Sturm es zerstören können“, sagte Hiscocks.

Die Wissenschaftler entdeckten Blutgefäße, das verräterische Zeichen dafür, dass es sich tatsächlich um einen Teil eines Gehirns handelte

Dieses Fossil war jahrelang ein Nebenprojekt für Brasier (der normalerweise viel ältere Fossilien untersuchte, die näher am Ursprung des Lebens auf der Erde liegen). Der größte Teil der Forschung wurde von seinen Studenten durchgeführt, sagt Liu, die auch an anderen Projekten beteiligt waren. Es dauerte also lange, bis sich ihre Vermutung bestätigte.

„Das Überzeugendste an den Daten, die wir haben, sind die Blutgefäße“, sagte Liu. „Sie sind unbestreitbar; sie können nichts anderes sein. Sie haben die richtigen Durchmesser, sie verzweigen sich richtig, sie sind hohl und sie sind an den richtigen Stellen.“

Auf den elektronenmikroskopischen Bildern sind die Gefäße deutlich zu erkennen. Hier zeigen die Pfeile Hinweise darauf, dass die Gefäße hohl waren.

Der Pfeil auf diesem elektronenmikroskopischen Bild zeigt Hinweise auf Hohlgefäße im Fossil.

Und hier können Sie sehen, wie sich die Gefäße wie jede gewöhnliche Kapillare verzweigen.

Hier sieht man deutlich die versteinerten sich verzweigenden Blutgefäße.

Dass die Blutgefäße so klar sind, macht die Wissenschaftler zuversichtlich, dass sie auch Hirnhäute gesehen haben. Liu sagt, dass es auch Hinweise auf versteinertes kortikales (graue Substanz) Gewebe gibt, aber sie sind sich nicht so sicher.

Laut Liu war die Zeitung 2010 fast fertig zur Veröffentlichung, aber Brasier hielt sich zurück. Er wollte, dass Hiscocks garantierte, dass das Fossil schließlich in einem Museum landen würde, damit alle es studieren und sehen konnten. Wenn sich ein Fossil in einem Museum befindet, können andere die Studienergebnisse replizieren. Die genaue Institution, in der das Fossil landen wird, steht noch nicht fest.

Kann uns das Fossil etwas über die Intelligenz der Dinosaurier sagen?

Eine Rekonstruktion der Form des gesamten Dinosauriergehirns. Der obere Bereich im helleren Blau ist der Abschnitt des Gehirns, der im Fossil gefunden wurde.

In vielerlei Hinsicht sagt uns die Entdeckung nicht wirklich viel über Dinosaurier.

„Natürlich wussten wir, dass Dinosaurier Gehirne haben“, sagte David Norman, Paläontologe in Cambridge und Co-Autor des Papiers. Dieses Papier, sagt er, ist eher ein Proof of Concept: Gewebe, die so weich und matschig sind wie Gehirne, können unter den richtigen Umständen versteinern.

Und das sollte Fossilienkuratoren dazu inspirieren, einen Blick zurück auf ihre Sammlungen zu werfen, sagte Liu. „Jetzt, da wir wissen, dass diese Weichteile erhalten werden können“, sagte er, „können die Menschen zurück in die Museumssammlungen gehen und nach ihnen Ausschau halten, sie erneut untersuchen und sehen, ob es häufiger vorkommt.“

Weitere Gehirnproben von Dinosauriern könnten helfen, ein großes Rätsel über die Intelligenz von Dinosauriern zu lösen: Waren ihre Gehirne eher wie moderne Reptilien oder eher wie moderne Vögel?

Bei modernen Reptilien nimmt das Gehirn normalerweise nicht den gesamten Platz im Schädel ein. Es ist viel kleiner als der Schädel und wird von Gewebe gestützt, das es polstert. Bei Vögeln nimmt das Gehirn jedoch normalerweise den größten Teil des Schädels ein.

Ein vogelähnlicheres Gehirn würde darauf hindeuten, dass Dinosaurier intelligenter waren als typische Reptilien.

Es gibt einige Beweise von diesem Iguanodon-Gehirn, dass es den größten Teil des Schädels einnahm, aber es ist nicht schlüssig. Da das Tier wahrscheinlich kopfüber starb, könnte sich das Hirngewebe auf dem Schädeldach ausgebreitet haben. „Man kann nicht behaupten, dass Dinosauriergehirne größer sind, als wir dachten“, sagte Norman. Zumindest, sagt Liu, deutet die Größe des Gehirns darauf hin, dass Iguanodons mindestens so schlau waren wie moderne Krokodile (nicht die klügsten im Tierreich, aber ein gerissener Jäger).

Die übergreifende Frage, die Norman, Liu und ihre Kollegen verfolgen, lautet nicht: „Wie schlau waren Dinosaurier?“ Es ist viel größer als das. „Es enträtselt die Geschichte der Erde“, sagte Norman. Diese Tiere lebten auf einem Planeten, der sich stark von dem unterschied, auf dem wir heute leben. Was war es an ihrer Biologie, an ihrer Physiologie, das es ihnen ermöglichte, zu gedeihen? „Die Fragen sind fast endlos“, sagte er. Und dieses Fossil entfacht einfach mehr von ihnen.

Quelle: University of Cambridge, University Herald und andere Medien