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Wie war das eigentlich wirklich mit den Dinosauriern?

Paläontologen halten alle Dinosaurier für Landbewohner, ohne diese Ansicht auch nur annähernd schlüssig belegen zu können. Für Kinder mögen Vorstellungen Schrecken einflößender Tiere interessant und spektakulär sein, wissenschaftlich jedoch sind sie höchst fragwürdig. Nun haben Paläontologen anscheinend ganz spezielle Motive für ihre Beschäftigung mit Fossilien. Ihnen geht es anscheinend hauptsächlich um schöne Funde und die Verbundenheit mit der Natur. Diesen Eindruck erwecken zumindest immer Berichte von spektakulären Neufunden, die zum größten Teil von den Fundumständen und der Fundbergung handeln, die eigentlich interessanten Informationen zum ehemaligen Leben des Fossils in seiner Umwelt werden, wenn überhaupt, ganz kurz abgehandelt.

Zu Forschung auf naturwissenschaftlicher Basis sind Paläontologen dagegen kaum in der Lage und daher bei Aussagen zur Lebensweise auf Vermutungen beschränkt. Bei meinen biomechanischen Untersuchungen an Skeletten von Dinosauriern auf naturwissenschaftlicher Basis bin ich daher zu anderen Ergebnissen gekommen, nämlich dass es einerseits Formen gab, die an Land lebten, und andererseits aber auch solche, die ähnllch wie Krokodile vorwiegend in flachem bis mäßig tiefem Wasser lebten und so ihre Schrecken ganz schnell einbüßen. Die räuberischen Saurier werden für gewöhnlich in ehemaligen Fluss- oder Seeablagerungen gefunden, manchmal auch in marinen. Die Sedimente liefern allerdings keine sicheren Angaben zur Lebensweise und darüber, wie die Reste dorthin gelangt sind. Sie können sogar irreführend sein.

Die Ornithischier mit dem Vogelbecken und langen Dornfortsätzen auf der kräftigen Wirbelsäule waren tatsächlich Landbewohner. Dagegen lebten die anders gebauten Saurischier mit dem Echsenbecken und eher schwach ausgebildeter Wirbelsäule, also Sauropoden und Theropoden, vorwiegend im Wasser, wenn auch nicht ausschließlich. Sie waren Ufertiere. Für diese Ansicht lassen sich gewichtige Argumente anführen, die durch eine Betrachtung der auf die Wirbelsäule wirkenden Kräfte gestützt werden. Die mechanische Belastung eines Skeletts ist auf dem Land erheblich größer als im Wasser, und die unterschiedliche Skelettausbildung als evolutive Reaktion des Organismus auf die Größe der Belastung gibt Auskunft über ihre Tragfähigkeit und damit über den bevorzugten Aufenthaltsort der Tiere.

Entgegen anderen Vorstellungen ernährten sich die Theropoden (Raubsaurier) vorwiegend von Fischen. Waren die Ahnen zunächst noch Amphibien oder auch Landbewohner gewesen, so gingen sie später, der stürmischen Radiation der Fische in der Trias folgend, zunehmend zur Ernährung von Fischen über, zunächst im Süßwasser. Große Formen mussten dabei waten, manche kleinere Formen entwickelten zum Schwimmen flossenartige Flügel. Damit eng verbunden ist die Entstehung der Flugfähigkeit. Viele spezialisierte Formen bis hin zu den Ichthyosauriern breiteten sich auch in die Meere aus. Daneben spezialisierten sich die Sauropoden auf Wasserpflanzen. Gegen Ende der Kreidezeit starben die meisten Saurier aus. Nur die Vögel waren mobil und flexibel genug, um weltweit alle ökologischen Nischen mit großen Populationen besetzen zu können und offenbar deshalb ihr Überleben zu sichern.

Nach dem rätselhaften Aussterben der Saurier am Ende der Kreide wurden die frei gewordenen ökologischen Nischen rasch von  den sich im Frühtertiär besonders stark entwickelnden Säugetieren übernommen. Die landlebenden Ahnen der Wale (Huftiere!) machten eine ganz ähnliche Entwicklung wie die Saurischier durch. Offenbar war Fisch auch für diese Tiere eine höchst attraktive alternative Nahrungsquelle, bei gleichzeitig zu geringem Angebot tierischer Nahrung an Land. Sie breiteten sich mit vielen spezialisierten Arten von Walen und Delphinen in alle Meere aus. Robben besetzten die ökologischen Nischen der Plesiosaurier. Auf Wasserpflanzen blieben die Seekühe spezialisiert. Fliegende Säugetiere (Fledermäuse und Flughunde) konnten sich dagegen nicht gegen die Vögel durchsetzen

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Fährten von Dinosauriern mit Echsenbecken (Saurischiern) und Ornithopoden im Obernkirchener Sandstein. In Norddeutschland sind Fährten ziemlich weit verbreitet und an verschiedenen Orten aufgeschlossen. Solche ausgedehnte Flächen waren einst von Süßwasser, oft aber auch von Brack-  oder von Meerwasser bedeckt. Über die Lebensweise lassen Fährten keine sicheren Aussagen zu. Sie zeigen nur, dass sich Dinosaurier hier auf noch feuchtem vegetationslosem Boden bewegten, aber nicht, warum sie gerade dort waren und wo und wie sie sich ernährten usw..

 

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Verlässliche Aussagen zu Dinosauriern liefert die Biomechanik

Die einzigartige Wirbelsäule von Ctenosauriscus und ihre Erklärung als Anpassung an eine landgebundene Lebensweise mit fakultativ bipeder Gangart führte mich zu weitergehenden Fragestellungen. Von Ctenosauriscus, einem vermutlichen Verursacher der teils bipeden Chirotherien-Fährten, ist es tatsächlich nur noch ein kleiner Schritt zu den Dinosauriern. Dieses Tier als ein Vertreter der Rauisuchier trat schon in der überwiegend terrestrisch geprägten Buntsandstein-Zeit auf. Die eigentlichen Dinosaurier mit ihrem angeblichen Schreckensimage kamen ab der späteren Trias vor und starben gegen Ende der Kreide großenteils aus, doch die Vögel überlebten.

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Abb. 1. Saurischier (hier Camarasaurus) mit dem Echsenbecken und meistens kurzen Dornfortsätzen der Wirbelsäule, Ornithischier mit dem Vogelbecken und häufig erheblich verlängerten Dornfortsätzen. Ouranosaurus (unten) lief normalerweise auf vier Füßen, anders als in der hier dargestellten Rekonstruktion

 

Die Beschäftigung mit der Wirbelsäule von Ctenosaurisus weckte bald den Gedanken in mir, dass sich auch bei Dinosauriern aus der sehr unterschiedlichen Ausbildung der Wirbelsäule Rückschlüsse auf ihre lokomotorischen Fähigkeiten und damit auch auf ihr bevorzugtes Milieu ableiten lassen müssten, in Verbindung mit der bekannt unterschiedlichen Beckenausbildung.

Aufgrund meiner Erfahrungen auf dem Weg zur Publikation der Arbeit über Ctenosauriscus weiß ich zwar, dass für Laien in angewandter Physik Zusammenhänge zwischen Form und Funktion von Wirbelsäulen oder Hartteilen als Anpassung an mechanische Belastungen allgemein schwer verständlich zu machen sind, doch hat andererseits mein Ingenieurskollege F.-O. Haderer, der als Co-Autor an unserer gemeinsamen Arbeit zu Ctenosauriscus beteiligt war, die Richtigkeit meiner Überlegungen zu dieser Wirbelsäule sofort erkannt und bestätigt, während involvierte Paläontologen bis zur letzten Minute vor Drucklegung unsicher hin und her schwankten und nichts verstanden, es aber schließlich wenigstens glauben wollten.

1. Probleme der Paläontologie mit den Dinosauriern

Dinosaurier haben die Phantasie von Paläontologen und interessierten Liebhabern ausgestorbener Tiere schon seit ihrer ersten Entdeckung für die Wissenschaft im 19. Jahrhundert stark beschäftigt. Sie stellten im Mesozoikum die größten Tiere. Aus immer noch ungeklärten Gründen sind sie gegen Ende der Kreidezeit bis auf die Vögel ausgestorben. Trotz aller Bemühungen und immer wieder neuer Funde ist man den Geheimnissen dieser Tiere noch nicht so richtig auf die Spur gekommen. Vielleicht ist dieses Geheimnis wegen falscher Vorstellungen zu ihrer Natur auch nur künstlich aufgebauscht. Es erscheint mir sinnvoller, mehr über das Leben dieser Tiere herausbekommen zu wollen und die gängigen Vorstellungen einmal kritisch zu hinterfragen als den Gründen ihres Untergangs nachzuspekulieren, ein wegen der Vielzahl denkbarer Möglichkeiten sowieso hoffnungsloses Unterfangen, aber vielleicht gerade deshalb so anziehend für Paläontologen.

2. Probleme der Paläontologie mit der Biomechanik

Obwohl die Wirbelsäule für alle Vertebraten äußerst wichtig ist, hat sie nur geringes Interesse bei Paläontologen gefunden. Othenio Abel, zu seiner Zeit ein hervorragender Kenner der Funktionsmorphologie, hatte sie bei seinen Untersuchungen zur Paläobiologie von Wirbeltieren in seinem Lehrbuch von 1912 fast überhaupt nicht erwähnt. Offenbar ließen gerade die großen Unterschiede eine detaillierte Deutung über die allgemein vermutete Tragefunktion hinaus nicht zu.  

Die Berücksichtigung biomechanischer Zusammenhänge und des Wirkens von Kräften spielt bei der Interpretation fossiler Formen in traditionell mehr historisch ausgerichteten Wissenschaften wie der Paläontologie bisher generell nur eine untergeordnete Rolle. Man verlässt sich hauptsächlich auf morphologische Vergleiche mit heute lebenden Formen. Obwohl der bekannte Anatom H. Virchow (1914) das Fehlen interdisziplinärer Zusammenarbeit mit technisch geschulten Leuten noch bedauerte und auch andere Bearbeiter wie etwa S. Wrainwright et al. (1976) für die Anwendung von Prinzipien der Mechanik in der Biologie plädierten, wurde in der Praxis auf Lösungsansätze auf der Basis physikalischer Zusammenhänge häufig mit einem gewissen Unbehagen oder sogar völligem Unglauben reagiert, wie etwa H. Erben (1975) in seinem an sich sehr schönen Buch über die Entwicklung der Lebewesen. Eine fehlende Vertrautheit mit Prinzipien angewandter Mechanik kann sogar ganz unangemessene polemische Angriffe provozieren, wie z.B. durch H. Pfretzschner (1999). Was man nicht versteht, wird als falsch abgetan, so einfach ist das. Sicher sind solche Vorbehalte auf einen mangelhaften Ausbildungshintergrund zurückzuführen. Wohl auch aus diesem Grunde werden biomechanische Gesichtspunkte an fossilen und sogar an modernen Skeletten kaum verstanden, und es wird nach scheinbar einfachen Erklärungen gesucht, wie sie der “gesunde Menschenverstand“ nahelegt, eine allerdings sehr unsichere Methode. Trotzdem dürfen Gesichtspunkte der Mechanik nicht einfach ausgeklammert werden. In der Naturwissenschaft sind alle Aspekte zu prüfen! Doch mit der Wissenschaftlichkeit in der Paläontologie ist das so eine Sache, ziemlich weit entfernt von allgemein gültigen Ansprüchen.

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Abb. 2. Ausgestorbene Landwirbeltiere mit auffallend langen Dornfortsätzen: Dimetrodon aus dem Perm (oben), Ouranosaurus aus der Kreide (Mitte) und Bison antiquus aus dem Quartär.

  

Die Entwicklung eines knöchernen Skeletts stellt die höchst bewundernswerte Antwort der Natur auf mechanische Anforderungen dar, die für große Organismen überhaupt erst die Voraussetzung zum Verlassen des Wassers schuf. Die Hauptaufgabe von Knochen besteht in der Übertragung von Kräften, vor allem von Druckkräften, in untergeordnetem Ausmaß auch von Biege- und Torsionskräften. Die Dornfortsätze bei Dinosauriern deuten jedoch auf überwiegend axial in ihnen wirkende Lasten hin, d.h. auf Druckkräfte. Eine auffällige Ausnahme bildet nur der rechteckige Querschnitt der Dornfortsätze bei Ctenosauriscus und auch anderen Rauisuchiern wie etwa Arizonasaurus, der ganz klar auf Biegelasten in Richtung der Längsachse innerhalb des ”Segels” hindeutet und für diese Aufgabe modifiziert wurde. Im allgemeinen dienen Knochen der Befestigung von Muskeln und Sehnen, und diese erst ermöglichen starke Muskelzugkräfte und komplizierte exakt geführte Bewegungen wie etwa die von Armen und Beinen. Daher sollte die Suche nach biomechanischen Gründen Vorrang haben, wenn an einem fossilen Skelett auffällige evolutive Veränderungen aufgetreten sind.

In der Paläontologie äußert sich die fehlende enge Vertrautheit mit physikalischen Prinzipien bei der Interpretation von Skelettmerkmalen bezüglich ihrer Funktion meistens nur in reinen Vermutungen. Objektive Kriterien wären jedoch in jedem Fall vorzuziehen. Zwar erfordert das Erkennen von wirkenden Kräften und biomechanischen Zusammenhängen eine gewisse Erfahrung auf diesem Gebiet, doch kann die Anwendung solcher Methoden zu bedeutsamen Fortschritten beim Verständnis ausgestorbener Wirbeltiere und ihrer Lebensweise führen. Wegen ihrer immensen Bedeutung gerade in der Wirbeltierbiologie ist die Vernachlässigung mechanischer Prinzipien oft sehr hinderlich und führt häufig zu skurrilen und lächerlichen Vermutungen, und auch zu ebenso endlosen wie ergebnislosen Debatten unter den Anhängern unterschiedlicher Vorstellungen.

Ein J. Bailey (1997) hatte sich der gleichen Fragestellung wie ich hier zugewandt, nämlich der Frage nach Bedeutung und Funktion verlängerter Dornfortsätze bei dem Pelycosaurier Dimetrodon und dem Iguanodontiden Ouranosaurus sowie bei weiteren Dinosauriern, ausgehend von einem Vergleich mit pleistozänen Huftieren (Abb.1). Er kam aber zu dem Schluss, dass die Verlängerung der Dornfortsätze in erster Linie mit der Entwicklung eines muskulösen Höckers wie etwa bei Kamelen und Bisons zusammenhängen könnte und damit hauptsächlich der Speicherung von Fett dienen sollte, um wie etwa Bisons bei saisonalen Wanderungen große Entfernungen ohne Nahrungsaufnahme überbrücken zu können. Obwohl er sich skeptisch zu dem ”neuen Image” angeblich warmblütiger Dinosaurier äußerte, stellte er doch nur Argumente, die vermeintlich die Hypothese einer Höckerfunktion stützten, der sicher ganz unwahrscheinlichen Funktion einer Regelung des Wärmehaushalts gegenüber, ohne aber diese seine Annahme belegen zu können und ohne andere Möglichkeiten einer Erklärung zu erwägen. Für saisonale Wanderungen von Dinosauriern gibt es keinerlei Belege, reine Phantasie.

Die Verlängerung der Dornfortsätze im Schulterbereich bei Säugetieren hat prinzipiell sicher nichts mit Fettspeicherung zu tun. Obwohl verlängerte und in charakteristischer Weise angeordnete Dornfortsätze bei allen rezenten Huftieren vorhanden sind, treten ausgesprochene Höcker doch eher selten auf. Das Merkmal verlängerter Dornfortsätze ist zunächst allein Ausdruck einer biomechanischen Funktion, wie es sich bei Ctenosauriscus gezeigt hat. Wenn beim Bison im Schulterbereich zusätzlich Fett gespeichert wird, ist das eine mehr zufällige Koinzidenz, aber sicher nicht die Ursache. Noch so genaue Beobachtungen an Skeletten müssen unergiebig bleiben, wenn die physikalischen Gründe dahinter nicht verstanden werden.

Bei Vergleichen ausgestorbener Tiere mit rezenten muss stets auch in Betracht gezogen werden, dass zwischen ihrem jeweiligen Auftreten ganz beträchtliche Zeiträume liegen können und dass sich Entwicklungs- und Aktivitätsniveau infolge neuer Anforderungen und Konkurrenz im Laufe der Evolution geändert haben. Bekanntlich stellt das Leben keine Abfolge von zyklischen Ereignissen in der Evolution dar und lässt keine exakten Wiederholungen zu, wie es morphologische Vergleiche manchmal suggerieren könnten.

3. Mein Ansatz, der sich auf Ausbildung und Funktion der Wirbelsäulen stützt

Tatsächlich weiß man über Dinosaurier noch nicht sehr viel Handfestes, weniger auf jeden Fall als es noch so phantasievolle Rekonstruktionen vollständiger Tiere aus manchmal nur wenigen erhaltenen Knochen nahelegen wollen. Ausgangspunkt meiner eigenen Überlegungen war die Erkenntnis, dass die Wirbelsäule bei verschiedenen Formen sehr unterschiedlich und doch erkennbar gesetzmäßig ausgebildet ist. Die Unterschiede können als Folge von Anpassungen an besondere Belastungen und damit auch an verschiedene Arten der Fortbewegung und erreichbare Geschwindigkeiten interpretiert werden. Details der Wirbelsäulenausbildung lieferten mir wichtige Schlüssel bezüglich der Verteilung der Hauptlast und damit ihrer speziellen Hauptaufgabe.

 

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