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Was Dino- von Vogelfedern unterschied

Das Fossil des gefiederten Dinosauriers Anchiornis. Die Stelle der Probenahme ist durch ein rotes Kästchen gekennzeichnet. (Bild: Yanhong Pan)

Nur noch die Formen sind erkennbar, könnte man meinen – doch fossilen Dino-Federn können Paläontologen mittlerweile auch molekulare Informationen entlocken. Nun hat ein Team aufgedeckt, aus welchen Protein-Bausteinen die Federn eines kleinen Dinosauriers aus der Jurazeit aufgebaut waren. Wie die Forscher berichten, spiegelt sich in der Zusammensetzung des Federmaterials der Übergang zu flugtauglichen Versionen wider.

Mittlerweile geht aus zahlreichen Funden eindeutig hervor: Viele Dinosaurier-Arten waren gefiedert. Die feinen Strukturen wärmten die Tiere oder spielten wohl bereits eine Rolle beim Balzverhalten. Irgendwann entwickelten einige Arten dann allerdings auch Federn, mit denen sie sich in die Lüfte erheben konnten – aus den Dinosauriern entwickelten sich schließlich die Vorfahren der Vögel. Doch wann entstanden die ersten stabilen und gleichzeitig flexiblen Versionen von Federn, die zum Fliegen taugten? Bisher haben sich Forscher in diesem Zusammenhang meist mit den morphologischen Eigenschaften von Feder-Fossilien beschäftigt. Die Paläontologen um Mary Schweitzer von der North Carolina State University in Raleigh sind nun mehr ins Detail gegangen: Sie haben in fossilen Federn nach Spuren der einstigen molekularen Bausteine gesucht, um Einblicke in die Unterschiede zwischen den urzeitlichen Formen und modernen Vogelfedern zu gewinnen.

Überbleibseln von Bausteinen auf der Spur

Im Fokus der Wissenschaftler standen dabei die besonders gut erhaltenen Überreste eines Anchiornis-Dinosauriers, der vor etwa 160 Millionen Jahren im heutigen China gelebt hat. Es handelte sich somit um ein gefiedertes Wesen, das rund zehn Millionen Jahre vor dem berühmten Archäopteryx existiert hat, der als einer der frühesten bekannten Vertreter der Urvögel gilt. Wie die Paläontologen erklären, ließ der gute Erhaltungszustand hoffen, dass in den versteinerten Federresten noch Spuren der einstigen Proteinbausteine erhalten geblieben sind. So nahmen sie die Strukturen mittels hochauflösender Elektronenmikroskopie ins Visier und unterzogen sie verschiedenen chemischen und immunologischen Verfahren, um Spuren der molekularen Zusammensetzung aufzudecken.

Die Suche war erfolgreich: Die Forscher konnten tatsächlich die Überbleibsel von verschiedenen Formen von Keratin in den fossilen Federstrukturen nachweisen. Wie sie erklären, bestehen moderne Vogelfedern hauptsächlich aus Beta-Keratin, einer Form dieses Proteins, das auch in Haut, Klauen und Schnäbeln von Reptilien und Vögeln vorkommt. Die Version in Vogelfedern unterscheidet sich allerdings von dem „normalen“ Beta-Keratin. „Irgendwann während der Evolution der Federn durchlief eines der Beta-Keratin-Gene eine Veränderung, wodurch das resultierende Protein etwas kleiner wurde. Dies änderte die Biophysik der Feder – sie wurde flexibler – eine Voraussetzung für den Flug“, erklärt Schweitzer. „Wenn wir einkreisen können, wann und bei welchen Tieren diese Veränderung aufgetreten ist, werden wir besser verstehen, wie und wann sich die Flugfähigkeit im Rahmen des Übergangs von Dinosauriern zu Vögeln entwickelt hat“, sagt die Paläontologin.

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Eine Übergangsform zeichnet sich ab

In diesem Zusammenhang zeigten nun die Analyseergebnisse: In den Anchiornis-Federn steckte bereits die verkürzte Form des Beta-Keratins – offenbar waren diese Dinosaurier demnach bereits Träger der genetischen Veränderung, welche die neuen Federmerkmale ermöglichte. Wie moderne Federn waren die Anchiornis-Versionen jedoch trotzdem nicht, berichten die Forscher: Sie fanden heraus, dass die Dino-Federn zwar modernes Beta-Keratin enthielten, zum überwiegenden Teil waren sie allerdings aus einer dritten Form des Proteins aufgebaut: aus Alpha-Keratin. Den Forschern zufolge war dieser Befund eine Überraschung, denn dieses Protein kommt in modernen Federn nur in geringen Mengen vor.

Wie Schweitzer und ihre Kollegen erklären, scheinen die Federn von Anchiornis somit eine interessante Zwischenform in der Entwicklungsgeschichte zu repräsentieren: Sie besaßen bereits eine wichtige Eigenschaft, aber noch nicht alle molekularen Merkmale, die Federn flugtauglich machen. Wie sie betonen, repräsentiert ihr Studienergebnis allerdings auch einen möglichen Wegweiser in der Paläontologie: Es hat sich erneut gezeigt, wie molekulare Untersuchungen von Fossilien wichtige Informationen über Merkmale und Entwicklungsprozesse in der Evolutionsgeschichte liefern können.

Quelle: North Carolina State University, PNAS, doi: 10.1073/pnas.1815703116

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