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FAU-Paläobiologen untersuchen das Schrumpfen fossiler Kopffüßer

Patricia Rita beim CT-Gerät im GeoZentrum Nordbayern (Bildquelle: FAU/Bryan Shirley)

Mit Computertomografie dem Liliput-Effekt auf der Spur

Nicht erst das Aussterben der Dinosaurier hat deutlich gemacht, dass Umwelt- und Klimaveränderungen erhebliche Auswirkungen auf die Biosphäre haben. Kleinere Lebewesen, die den heutigen Kalmaren ähnliche Belemniten zum Beispiel, haben auf nicht ganz so spektakuläre Weise auf Klimaänderungen reagiert – und zwar mit der Verringerung ihrer Größe. Die Untersuchung der Wechselwirkungen, die zu diesem sogenannten Liliput-Effekt geführt haben, ist nicht nur komplex, sie erfordert auch innovative Forschungsmethoden. Paläobiologen des GeoZentrums Nordbayern der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) ist es nun in einer Pilotstudie gelungen, die Methodik der Größenbestimmung von Kopffüßern anhand von computertomografischen Daten und der Messung der internen Länge zu revolutionieren und erstmals eine Verkleinerung nachzuweisen. Die Ergebnisse hat das Forscherteam im Fachjournal „Fossil Record“ veröffentlicht.

Aussterben, aber auch eine Verringerung der Körpergröße von Lebewesen werden immer wieder mit Krisen in der Erdgeschichte wie Klimaerwärmungen und Sauerstoffmangel in Verbindung gebracht. Bislang wenig untersucht sind dabei Belemniten. Dabei handelt es sich um Kopffüßer, die vor 182 Millionen Jahren im Erdmittelalter, dem Mesozoikum, weit verbreitet waren und im Meer lebenden Sauriern als Beute dienten. Die FAU-Wissenschaftler Dr. Kenneth De Baets und Patricia Rita sowie die Bachelorstudentin Martina Schlott untersuchten zwei Anhäufungen von Belemniten, so genannte „Battlefields“, aus dem Toarcium auf ihre Körpergröße.

Belemniten-Schlachtfelder in Franken

Für die Studie wurden jeweils mindestens 70 Belemniten der fränkischen Fundorte bei Buttenheim und Forth gesammelt, vermessen, analysiert und die Ergebnisse im Zeitverlauf verglichen. Das Wissenschaftsteam konnte mit den Ergebnissen erstmals nachweisen, dass zwischen dem frühen Toarcium vor 182 Millionen Jahren und dem mittleren Toarcium vor 178 Millionen Jahren eine Verringerung der Größe des kegelförmigen, zylindrischen Skeletts – auch Donnerkeil genannt – der Belemniten aufgetreten ist. Als mögliche Ursachen werden ein Ansteigen der Temperatur und eine Verringerung des Sauerstoffs im Meerwasser angenommen – Hypothesen, die noch weiter untersucht werden müssen.

ideoscreenshot: 3D-Rekonstruktion vom Belemnit „Parapassaloteuthis zieteni“ aus dem Untertoarcium von Buttenheim. Bildquelle: FAU/Patricia Rita

ideoscreenshot: 3D-Rekonstruktion vom Belemnit „Parapassaloteuthis zieteni“ aus dem Untertoarcium von Buttenheim. Bildquelle: FAU/Patricia Rita

Neue, innovative Messmethode

Zur Vermessung gingen die Wissenschaftler neue Wege: Zum Einsatz kam ein Computertomograf (CT) am GeoZentrum sowie eine innovative Messmethode. „Meine Mitarbeiterinnen haben in akribischer Fleißarbeit Belemnit für Belemnit im CT vermessen und mit einer speziellen Software Rekonstruktionen herausgearbeitet“, erklärt Dr. De Baets. Wurde in bisherigen Untersuchungen die Breite und Höhe sowie der maximale Durchmesser des Belemniten gemessen, entschied sich das Team als gutes Maß für die Größe, die sogenannte interne Länge zu wählen. Sie reicht von der Anfangskammer, auch Sipho genannt, bis in die Spitze. „Durch den Einsatz des CT ist es auch möglich, das Fossil nicht zu zerstören, das Volumen der Donnerkeile zu errechnen und nach und nach ein 3D-Bildarchiv aufzubauen“, stellt der Untersuchungsleiter De Baets die Vorteile der neuen Methode heraus.

Die Wissenschaftler wollen ihre Untersuchungen, die sie im Rahmen der DFG-Forschergruppe „Temperature-Related Stresses as a Unifying Principle in Ancient Extinctions“ durchführen, zeitlich und räumlich ausweiten. Als nächstes stehen Messungen von mehr als 1.000 Belemniten von verschiedenen europaweiten Fundstellen an, die wie Mosaiksteine allmählich zu einem Gesamtbild zusammengesetzt werden sollen. Auch an einer höheren Auflösung bei den computertomografischen Messungen wird gearbeitet, um weitere, detaillierte Erkenntnisse zu sammeln. Insgesamt soll die Studie durch Untersuchungen der Geschichte des Lebens zum besseren Verständnis des globalen Klimawandels beitragen.

  • Die Forschungsergebnisse wurden unter dem Titel „Rostrum size differences between Toarcian belemnite battlefields“ in der Zeitschrift „Fossil Record“ veröffentlicht (DOI: https://doi.org/10.5194/fr-21-171-2018)

Weitere Informationen:

Dr. Kenneth De Baets
Tel.: 09131/85-22906
kenneth.debaets@fau.de