Stellen Sie sich einen Paläontologen vor und Sie stellen sich wahrscheinlich jemanden in einer Steinwüste vor, der Dinosaurierknochen ausgräbt oder sich in einem Labor über eine Felsplatte gebeugt und dabei langsam alte Sedimentschichten abplatzt, um die versteinerten Überreste einer vergangenen Epoche zu enthüllen.
Laut einer neuen Veröffentlichung, die von Paläontologen der Universität Bristol verfasst wurde, ist dieses Bild von einsamen, staubigen Dinosaurier-Wissenschaftlern jedoch völlig veraltet.
John Cunningham, der Hauptautor der Zeitung, sagt, dass die moderne Studie über ausgestorbene Tiere durch modernste Bildgebungstechnologie, 3D-Modellierung und virtuelle Rekonstruktion und Dissektion vorangetrieben wird - und so unser Wissen über die alten Tiere, aber auch über andere alte und neue Arten erweitert.
Dank neuer Bildgebungstechniken können Fossilien sogar virtuell aus dem umgebenden Gestein entfernt werden, wodurch monatelange oder jahrelange sorgfältige Arbeit eingespart wird. Die resultierenden virtuellen Bones können einfach geteilt und untersucht oder sogar gedruckt werden.
Wie in so vielen anderen Branchen hilft 3D-Druck und -Modellierung Paläontologen dabei, Fossilien klarer als je zuvor zu betrachten. Mit 3D-Modellen können Wissenschaftler bestimmte Teile der Probe für weitere Untersuchungen manipulieren, fehlende Schnitte durch Daten eines anderen Teils dieses Knochens ersetzen oder Schädel oder andere komplexe Strukturen, die während des Fossilisierungsprozesses abgeflacht oder auf andere Weise verzerrt wurden, digital rekonstruieren. Weichteile wie die Innenseite des Gehirns oder Muskeln, die sich an erkennbaren Stellen an den Knochen festsetzen, können ebenfalls virtuell rekonstruiert werden.
Sobald diese präzisen Modelle erstellt wurden, können die Fossilien auf neue Weise getestet werden, beispielsweise durch biomechanische Analyse, so wie Bauingenieure Brücken und Gebäude vor dem Bau testen. Dies kann Wissenschaftlern sagen, wie ein bestimmtes Tier hätte laufen können, was es frisst, wie schnell es sich bewegen kann und welche Arten von Bewegungen es aufgrund von Knochen- und Muskelbeschränkungen nicht ausführen kann.
Dank der Fortschritte in der Röntgenbildgebung und Elektronenmikroskopie, bei denen mithilfe von Elektronenstrahlen ein Bild einer Probe erstellt wird, können Wissenschaftler nicht nur in Gesteine mit Fossilien blicken, die noch nicht vollständig physikalisch belichtet wurden. aber in den Körpern der versteinerten Tiere selbst.
So gab ein Team in Deutschland kürzlich bekannt, dass es den frühesten bekannten Vogel zur Bestäubung von Pflanzen entdeckt hat, weil es im Magen des 47 Millionen Jahre alten Fossils mehrere Arten von Pollenkörnern sehen und unterscheiden konnte.
Erstaunlicherweise gibt es laut Cunningham noch präzisere Methoden für die Bildgebung. Laut Cunningham liefert die Synchrotron-Tomographie, bei der mithilfe eines Teilchenbeschleunigers sehr helle Röntgenstrahlen erzeugt werden, präzise und saubere Bilder, die sichtbare Strukturen kleiner als ein Tausendstel Millimeter oder ein Hundertstel der Dicke eines Sterns menschlicher Haare machen .
"Mit der Synchrotron-Tomographie konnten wir erhaltene subzelluläre Strukturen einschließlich möglicher Kerne sichtbar machen", sagt Cunningham. "Es ist sogar möglich, solche Strukturen virtuell zu präparieren."
Dieses Bild zeigt, wie Fotos eines Fossils (links) mit digitalen Werkzeugen rekonstruiert wurden (rechts). (University of Bristol) Big Dino-Daten Das Verschieben von Daten aus riesigen Fossiliensammlungen aus staubigen Probenregalen in die virtuelle Welt ist ein weiteres Problem. Mark Norell, Vorsitzender der Abteilung für Paläontologie am American Museum of Natural History, und sein Team haben enorm viel Zeit damit verbracht, ihre Akten zu digitalisieren. "Wir haben hier vor Ort einen Scanner, der fast 24 Stunden am Tag funktioniert", sagt er. Die schnell wachsenden Bestände an digitalen fossilen Daten sind zwar zeitaufwändig in der Erstellung, bieten jedoch neue Möglichkeiten für die Zusammenarbeit und die Möglichkeit, Dutzende von Exemplaren von Institutionen auf der ganzen Welt zu vergleichen.
Zum Beispiel, sagt Norell, hat einer seiner Studenten gerade eine Dissertation über die Innenohrrekonstruktion lebender und fossiler Schlangen fertiggestellt. Sie umfasste ungefähr einhundert Exemplare, aber "scannte tatsächlich nur ungefähr die Hälfte davon", sagt Norell. "Die anderen waren Dinge, die andere Leute bereits veröffentlicht hatten [so], dass diese rohen Scans bereits hochgeladen worden waren."
Trotz des Fortschritts halten Cunningham und sein Team alte Gesetze, die fossile Urheberrechte an Museen knüpfen, und das Fehlen einer umfangreichen elektronischen Infrastruktur zum Speichern und Austauschen von Daten das Feld von schnelleren Fortschritten ab.
Laut Cunningham möchten einige Forscher ihre Daten auch nach der Veröffentlichung nicht so gerne weitergeben, wie sie sollten, wenn in den Daten Potenzial für weitere Studien verborgen ist. Viele Museen urheberrechtlich geschützt sind ihre Fossilien, was den legalen Austausch verhindert, und andere nutzen auch die neuesten Technologien der Paläontologie, um Gewinne zu erzielen, sagt er.
"Einige sind besorgt über den umfassenden Zugriff auf digitale Daten, da jeder, der Zugang zu einem 3D-Drucker hat, mit dem Drucken von Modellen beginnen könnte", sagt Cunningham der Institution, die die Daten besitzt.
Abgesehen von der Erfassung der Daten selbst besteht eine große Herausforderung für die Institute in der Möglichkeit, die großen Datenmengen, die derzeit von Paläontologen generiert werden, zu speichern, zu verwalten und verfügbar zu machen, so Cunningham.
In den USA gibt es laut Norell jedoch mehrere Datenrepositorys - wie Digimorph an der Universität von Austin, MorphoBank in Stony Brook oder Morphbank an der Florida State University -, die Forschern zur Verfügung stehen. Er glaubt auch nicht, dass die technischen und finanziellen Hürden beim Speichern und Teilen der Daten allzu schwer zu überwinden sind.
„Ich arbeite hier im Museum mit einigen Astronomen zusammen, und die Daten, die von ihren Instrumenten eingehen, sind etwa drei Größenordnungen größer als die Daten, die wir aus Tomographiestudien erhalten“, sagt Norell. "Es ist also ein Problem, aber es ist kein Problem."
Vom Leben lernen
Die beiden sind sich jedoch einig, dass eines der Hauptprobleme auf dem Gebiet der Paläontologie darin besteht, wie erstaunlich wenig wir über moderne, lebende Tiere wissen.
Wie Cunningham und die anderen Autoren in ihrem Aufsatz hervorheben, "... liegen die Haupteinschränkungen für das Lesen der Fossilienbestände jetzt hauptsächlich und etwas ironisch beim schlechten Kenntnisstand über die Anatomie der lebenden Biota."
Norell ist auch auf dieses Problem gestoßen. In seinem Labor wurden die Gehirne von Dinosauriern, die eng mit Vögeln verwandt sind, virtuell rekonstruiert. Als sie jedoch begannen, nach Vergleichsdaten für moderne Tiere zu suchen, konnten sie keine einzige Gehirnaktivierungskarte für einen lebenden Vogel finden. Deshalb mussten seine Mitarbeiter im Brookhaven National Laboratory einen winzigen PET-Scan-Helm für Vögel bauen und die modernen Daten, die sie für ihre alten Vergleiche benötigen, selbst sammeln.
„Früher wurden die meisten Paläontologen hauptsächlich als Geologen ausgebildet“, sagt Norell. "Jetzt ... betrachten sich die meisten von uns als Biologen, die manchmal an Fossilien arbeiten."
