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Ein Fossil zum Laufen gebracht

Wie hat sich Orobates vor rund 290 Millionen Jahren fortbewegt? Beobachten lässt sich das frühe Landwirbeltier beim Laufen ja leider nicht mehr, könnte man meinen. Doch Paläontologen und Techniker haben genau dies nun ermöglicht. Durch Computersimulationen und einen lauffähigen Roboter-Nachbau des Fossils konnten sie zeigen: Das Tier hob seinen Körper beim Laufen bereits deutlich an. Dieses Ergebnis legt wiederum nahe: Effektive Formen der Fortbewegung an Land entstanden früher als bisher angenommen.

Klar ist: Spezielle Pioniere der Wirbeltiere krochen einst aus dem Wasser, um sich Schritt für Schritt in immer mobilere Landbewohner zu verwandeln. Doch zu den Details dieser epochalen Entwicklung gibt es noch immer viele offene Fragen. Um sie zu klären, richten Paläontologen ihren Blick auf die fossilen Überreste von besonders frühen Vertretern der Landwirbeltiere. In diesem Zusammenhang gilt Orobates pabsti als ein Schlüsselfossil. Es handelt sich um einen frühen Vertreter der Entwicklungslinie, die schließlich zu den Reptilien, Dinosauriern, Säugetieren und Vögeln geführt hat. Bisher war unklar, wie sich Orobates vor 290 Millionen Jahren auf seinen vier Beinen fortbewegt hat. Lag sein Körper auf dem Untergrund auf, oder konnten seine Beine den Körper beim Laufen bereits anheben?

Zunächst virtuell

Um Rückschlüsse zu ermöglichen, hat das internationale Forscherteam um John Nyakatura von der Humboldt-Universität zu Berlin Orobates zunächst virtuell widerauferstehen lassen. Sie scannten dazu bis ins Detail ein besonders gut erhaltenes Fossil des urtümlichen Wesens, um es am Computer dreidimensional rekonstruieren zu können. Eine weitere Informationsquelle zur Fortbewegungsweise bildeten versteinerte Fußabdrücke, die Paläontologen eindeutig Orobates zuordnen. Die Spuren konnten den Wissenschaftlern somit Hinweise auf die Schrittlängen und die Gangart des Tieres geben.

Abgerundet wurde das virtuelle Laufmodell von Orobates durch Untersuchungsergebnisse des Laufverhaltens von heutigen Lebewesen mit ähnlichen Körpermerkmalen, wie Salamander oder Eidechsen. „Mit Hilfe von High-Speed-Röntgenvideos und Kraftmessungen von unterschiedlichen Echsen und Salamandern konnten wir zunächst die Prinzipien der Bewegungsmechanik des sogenannten Spreizganges untersuchen. Diejenigen mechanischen Eigenschaften, die von den heute lebenden Tieren geteilt wurden, konnten wir für die Rekonstruktion der Bewegung des Fossils zu Grunde legen“, erklärt Nyakatura.

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So konnten die Forscher das frühe Landwirbeltier am Computer bereits loslaufen lassen. Doch wie sich zeigte, konnte die virtuelle Marionette noch nicht alle Fragen eindeutig beantworten. Trotz der vorliegenden Informationen zeichneten sich noch immer verschiedene Möglichkeiten ab, wie das Wesen seinen Körper eingesetzt haben könnte. Denn in der Realität spielen noch weitere komplexe Parameter eine Rolle, die sich schwer simulieren lassen, sagen die Forscher. Deshalb entschieden sie sich, Orobates auch handfest nachzubauen – so entstand OroBOT.

OroBOT tritt in die Fußstapfen von Orobates

Diese biomimetische Laufmaschine haben Tüftler des Schweizer Biorobotics Labors der Polytechnischen Hochschule Lausanne auf der Grundlage der zuvor gewonnen Daten gebaut. OroBOT ermöglichte es, die verschiedenen mögliche Bewegungsmuster zu testen und sie hinsichtlich ihrer Plausibilität zu beurteilen. Letztlich bestätigte der Roboter die simulierten Fortbewegungsmuster und war schließlich auch in der Lage, die fossile Fährte von Orobates zu erzeugen.

Den Forschern zufolge zeichnet sich unterm Strich nun ab: Orobates bewegte sich bereits fortschrittlicher auf seinen vier Beinen fort, als man es bei einem so frühen Landwirbeltier bisher angenommen hat. Konkret: Das Tier erhob sich schon relativ hoch über den Boden. Dies lässt den Forschern zufolge auch vermuten, dass es bereits vergleichsweise weite Strecken an Land zurücklegte und sich demnach auch schon recht weit vom Wasser entfernen konnte. Demnach könnten die Wirbeltiere die entscheidenden Schritte zur Unabhängigkeit vom Wasser schon einige Millionen Jahre früher vollzogen haben, als bisher angenommen, resümieren Nyakatura und seine Kollegen das Ergebnis der Studie.

Quelle: Humboldt-Universität zu Berlin, Nature, doi: 10.1038/s41586-018-0851-2, Video: NPG Press

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