Ludwig-Maximilians-Universität München
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Archaeopteryx

In den Fängen des Urvogels

München, 03.07.2014

LMU-Paläontologen untersuchen Fossilien, die zu den berühmtesten der Evolutionsforschung zählen. Sie können daran nachvollziehen, wie sich Federn und Flugfähigkeit entwickeln.

Das Foto zeigt die vollständig erhaltenen Schwanzfedern des neuen Exemplars (Foto: H. Tischlinger)

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Vor 150 Millionen Jahren war Bayern von einem flachen Meer bedeckt, den nördlichen Ausläufern des Urmittelmeers. Es war die Heimat von Archaeopteryx. Elf Exemplare wurden im nördlichen Bayern bislang von dem Urvogel gefunden. Sie gelten nicht nur als berühmteste Fossilien der Welt, sondern zählen auch zu den besterhaltenen Skelettfunden aus dem Erdmittelalter. Oliver Rauhut, Paläontologe am Department für Geo- und Umweltwissenschaften der LMU sowie an der Bayerischen Staatssammlung für Paläontologie und Geologie in München, untersucht nun auch noch das Exemplar mit dem besterhaltenen Federkleid: das elfte bekannte Fossil des Urvogels.

Archaeopteryx ist der älteste Vogel der Welt. Er ist die Übergangsform zwischen Reptilien und Vögeln und belegt, dass die heutigen Vögel direkte Nachfahren von Raubdinosauriern sind. Alle elf bekannten Fossilien stammen aus dem Altmühltal in Bayern, das Paläontologen als Solnhofener Archipel bezeichnen. „Es war eine Riff-Insel-Landschaft und Archaeopteryx lebte vermutlich auf kleinen Inseln“, sagt Oliver Rauhut. Das flache Meer, das die Inseln umgab, war von Riffen durchzogen. Dazwischen bildeten sich Vertiefungen, sogenannte Wannen, in denen das Wasser verdunstete, sich Salz anreicherte und feiner Kalkschlamm bildete. In diesem stark übersalzten Wasser gab es keine Bodenlebewesen, die Tierleichen zersetzten, die auf den Wannenboden gespült wurden. Das beschert der Wissenschaft heute sehr gut erhaltene Fossilien, die in Kalkstein eingebettet sind.

Federn nicht nur zum Fliegen

Die Wissenschaftler untersuchen das Federkleid unter dem Mikroskop und auch mithilfe ultravioletten Lichts. Unter bestimmten Wellenlängen lassen sich vor allem die Knochen sehr gut sehen, da sie unter UV-Licht leuchten, und auch erhaltene Weichteile erkennen. Über ihre Auswertungen berichten sie aktuell in der Fachzeitschrift Nature. „Wir konnten zum ersten Mal die Details der Federn an Körper und Schwanz und vor allem auch an den Beinen untersuchen“, sagt Rauhut. Das erlaubt den Wissenschaftlern detailliertere Vergleiche mit anderen Tieren als sie bislang möglich waren. „Der Vergleich mit anderen gefiederten Raubdinosauriern zeigt, dass das Federkleid bei diesen Tieren in verschiedenen Körperregionen sehr unterschiedlich war. Das deutet daraufhin, dass die Federn nicht zum Fliegen, sondern in anderen funktionellen Zusammenhängen entstanden sind“, sagt Erstautor Dr. Christian Foth von der LMU und der Bayerischen Staatssammlung für Paläontologie und Geologie in München.

Gefiederte Raubdinosaurier wurden in den vergangenen Jahren vor allem in China gefunden. Sie gehören zu den nahen Verwandten der Vögel. Die Funde helfen, Archaeopteryx in seinen evolutiven Kontext zu stellen. In der Frankenalb wurden vor einigen Jahren die versteinerten, etwa 150 Millionen Jahre alten Überreste eines Raubsauriers entdeckt, der ebenfalls unter der Leitung von Rauhut untersucht wurde. Auch dieser Megalosaurier trug ein dichtes Federkleid. „Sein Gefieder könnte daraufhin deuten, dass alle Raubsaurier befiedert waren. Dann müsste das Bild der Riesenreptilien im Schuppenpanzer endgültig ad acta gelegt werden.“

Schützende Federhosen

Das Federkleid des Archaeopteryx Nummer elf ist so gut erhalten, dass es Rückschlüsse auf seine Funktion erlaubt. Der gesamte Körper war mit Federn bedeckt. An den Hinterbeinen hatte der Urvogel lange symmetrische Federn, die zum Sprunggelenk hin kürzer wurden, die Schwanzfedern waren sehr lang.

Das Federkleid diente Archaeopteryx vermutlich zur Wärmeisolation. Außerdem nutzten die fortschrittlichen Raubsaurier und frühen Vögel beim schnellen Laufen ihre Armschwingen zum Halten der Balance, so wie dies heute beim Strauß zu beobachten ist. Und die Federn waren nützlich bei der Brut, aber auch als Tarnung oder Schmuck. Vor allem die Federn an Schwanz, Flügeln und Hinterbeinen hatten schmückende Funktion.

Die Federn an den Beinen dienten vermutlich wie bei heutigen Raubvögeln eher dem Schutz, beispielsweise vor den Bissen von Beutetieren, oder als eine Art Fallschirm zum Bremsen beim Landen. Die Ergebnisse der LMU-Forscher widersprechen jedenfalls der Annahme, dass sie zum Fliegen taugten und damit der Theorie, dass sich der Vogelflug aus einem vierflügeligen Gleitflug entwickelt hat.

Auch fliegen konnte der Urvogel dank seiner Federn vermutlich. „Interessanterweise waren die seitlichen Schwanzfedern von Archaeopteryx aerodynamisch geformt. Sie dürften auch eine wichtige Rolle bei der Flugfähigkeit gespielt haben“, sagt Foth.

Viele Fragen noch offen

Die Wissenschaftler haben das rekonstruierte Federkleid des Archaeopteryx-Fossils in eine Übersicht aller bislang bekannten Federformen bei Sauriern eingeordnet. Die Vielfalt der Federn ist beachtlich. Es gab Saurier mit gefiederten Beinen, manche hatten lange Federn bis zu den Zehen, andere daunenartiges Gefieder. „Wären Federn primär für das Flugvermögen entstanden, dann hätte das die Variation aus funktionalen Gründen vermutlich eingeschränkt. So sehen wir in den Flügeln früherer Vögel weniger Variation als in den Hinterbeinen oder am Schwanz“, erklärt Foth.

Vielmehr fand die Entwicklung genau umgekehrt statt: Waren die Federn erst mal da, wurden sie später zum Fliegen genutzt. „Es kann gut sein, dass das Flugvermögen innerhalb der Raubdinosaurier mehr als einmal entstanden ist“, sagt Rauhut. „Da die Federn bereits vorhanden waren, konnten die Raubsaurier und ihre Nachfahren, die Vögel, bei der Entwicklung des Flugvermögens auf diese Strukturen in unterschiedlicher Form zurückgreifen“.

So zeigt das elfte Fossil des Archaeopteryx, dass die Entwicklung der Federn und Flugfähigkeit wesentlich komplexer war als bislang gedacht. Wie die bisherigen Exemplare liefert es damit einen entscheidenden Beitrag zum Verständnis der Evolution unserer Lebenswelt.

Das Fossil hat ein Privatsammler im Jahr 2011 der Wissenschaft übergeben. „Der Sammler lies es auch in das Register nationalen Kulturguts eintragen, um sicherzustellen, dass es der Wissenschaft erhalten bleibt. Das zeigt beispielhaft die gute Zusammenarbeit zwischen Privatsammlern und Wissenschaftlern in der Paläontologie“, sagt Rauhut.

Fossil für Fossil arbeiten sich die LMU-Paläontologen durch die Evolutionsgeschichte und erforschen, was die Dinosaurier so erfolgreich gemacht hat. Mit dem elften Archaeopteryx-Skelett sind sie noch lange nicht fertig. Sie arbeiten an einer detaillierten anatomischen Beschreibung der versteinerten Überreste und hoffen, Antworten auf eine „Reihe ungeklärter Fragen“ zu finden, wie Rauhut sagt. Zum Beispiel ist umstritten, zu wie vielen Arten die bislang gefundenen Exemplare des Archaeopteryx gehören. „Möglicherweise bildeten sich auf den einzelnen Inseln verschiedene Arten. Wir wissen noch nicht, welche evolutive Dynamik es im Solnhofener Archipel gab.“
nh

Lesen Sie mehr über die Forschung von Oliver Rauhut im LMU-Forschungsmagazin Einsichten: Patagonisches Puzzle