Clemis Stuff

Neulich bin ich im Einkaufszentrum beim Vorbeigehen auf eine sehr empfehlenswerte Ausstellung gestoßen:

Marum

Wie die alte Weisheit schon sagt, wenn der Prophet nicht zum Berg kommt, kommt die Wissenschaft zum Bürger. Sehr viele Angebote, bei denen Wissenschaft verständlich erklärt und dem nicht-Experten schmackhaft gemacht werden soll, leiden unter einem ganz wesentlichen Problem: Die interessierte Zielgruppe - die Bürger, die Schüler, die Patienten, die Kunden, wer auch immer sich eigentlich nicht freiwillig mit den komplexen, ihm eigentlich fremden Themen beschäftigen soll - muss erstmal das Angebot wahrnehmen. Er muss irgendwie davon erfahren UND dann auch noch in die Uni, das Unternehmen, das Museum, das Science Center oder welche Lokalität auch immer kommen.

Hier macht der Absender das anders, er kommt dahin, wo der normale Bürger, der nicht-Experte sich mit recht hoher Wahrscheinlichkeit aufhält, in ein Einkaufszentrum. Die Fußgängerzone würde ähnlich praktisch sein, hier wird nachts aber nicht abgeschlossen und auch das Wetter wird u.U. wenig hilfreich sein. Mehrere Stände wurden aufwendig konzipiert und attraktiv umgesetzt. Zu verschiedenen Themen kann sich der Gast im Vorbeigehen mal eben informieren. Findet das Angebot sein Interesse, verweilt er vielleicht auch noch an den anderen Ständen und informiert sich. Mich hat der erste Stand direkt überzeugt, sodass ich mir ganz bewusst auch den Rest der Wander-Ausstellung angeguckt habe.

In mehreren großen runden Becken tummelten sich ein paar Krebse, Miesmuscheln, Algen und Seesterne. Für Norddeutsche und erfahrene Küstenurlauber vermutlich kalter Kaffee. Dennoch haben sicherlich nicht wenige Kinder noch nie aus einer solchen Nähe einen gemeinen Krebs in Ruhe beobachten können. Bei den Erwachsenen traue ich mir keine Vermutung zu, die Erfolgsquoten von diversen TV-Formaten lassen jedoch ähnliches erahnen.

Es sind Spekulationen und Vorurteile, wie groß der Anteil der angeblich „bildungsfernen" Bürgerpopulationen wirklich ist. Der Erfolg von Galileo & Co. zeigt aber, das „Wissenschaft" (oder das, was als solches deklariert wird) scheinbar doch wieder attraktiv geworden ist und beim gemeinen Publikum auf Interesse stößt. Eine solche Ausstellung ist meines Erachtens DIE Chance, direkt mit dem Publikum in Kontakt zu treten und seine Themen zu übermitteln, ohne es durch Redaktionen weich kochen zu lassen. Es ist eine Sache, im Fernsehen eine künstlich aufgebauschte Einspielung über Tiefsee-Roboter zu sehen, oder beim Einkaufen nebenbei mal einen kleinen Tauchroboter selbst gelenkt zu haben. Hier kann ich mir direkt einen Eindruck davon machen und es wortwörtlich be-greifen.

Diesem Beispiel sollten viel mehr Wissenschaftsorganisationen folgen. Auch wenn es den Science-Zug und das Science-Boot gibt, hier muss das Publikum erstmal zu dem Gleis oder zu dem Hafen gehen, um sich die Wissenschaft anzugucken. Ich betitel das gerne als die „Bekehrung der Katholiken", denn wer sich erstmal freiwillig die Mühe macht, zum ausrangierten Nebengleis zu gehen, um sich einen ganzen Zug voll Wissenschaft anzugucken, der ist schon interessiert und würde auch ins Museum oder ins Institut kommen - der hat schon Interesse. (Was anderes sind die Schulklassen, die da hingekarrt werden und gezwungenermaßen alles über sich ergehen lassen. Die Lehrer hätten sehr viel mehr Aufwand, zu einem Institut etc. zu kommen).
Ich kann das Projekt nur empfehlen. Hier geht es zu den Tourdaten. Den Vulkan mit Schaum fand ich nicht ganz so prickelnd, aber Geschmack ist Bandbreite.

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Nein, ich habe dieses Projekt nicht konzipiert und bekomme hierfür kein Geld. (Ich habe zwar ein vergleichbares Konzept erstellt, das aber leider nie realisiert wurde)

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Einer der faszinierendsten Aspekte der Erforschung von Dinosauriern ist, dass es oft sehr interdisziplinär zugeht. Kombiniert man Kernphysik, Thermodynamik, Klimatologie, Geologie, Chemie, Physiologie, Entwicklungsbiologie und Paläontologie, kann man sogar etwas über das Verhalten der Dinos herausfinden.Wer groß ist, muss auch viel essen. Elefanten futtern etwa 150kg oder mehr am Tag (je nach Kaloriengehalt). Die großen Dinosaurier des Erdmittelalters, die noch deutlich schwerer waren, hatten sicherlich einen wesentlich höheren Bedarf - wie hoch genau hängt von ihrem Stoffwechsel ab, aber man geht heutzutage schon davon aus, dass der Nahrungsbedarf eher dem von Säugetieren als von Reptilien nahekommt.

Hier mal als Beispiel ein Camarasaurus, ein typischer Vertreter der Sauropoden und im oberen Jura von Nordamerika ein ziemlich häufiger Geselle:


Vermutlich lebten diese Saurier in Herden, was den Nahrungsbedarf entsprechend steigert. Man kann sich also vorstellen, wie Herden von Camarasauriern so wie die heutigen Gnus durch die Flussauen (floodplains) zogen und alles futterten, was halbwegs grün war.

Da gibt es nur ein klitzekleines Problem: Das Klima in den Flussauen der Morrison-Formation im nordamerikanischen Oberjura hatte jahreszeitliche Trockenphasen. Während der Trockenheit dürfte es für große Sauropoden ziemlich schwierig gewesen sein, genügend Wasser und Nahrung zu finden, vor allem, wenn sie auch noch in Herden lebten.

Die Vermutung liegt natürlich nahe, dass sie das Problem auf die gleiche Weise gelöst haben wie viele heutige Tiere: Durch Wanderungen.

Schön, spekulieren kann man viel, aber ohne eine Zeitmaschine wird man das kaum belegen können, oder?

Eine solche Zeitmaschine haben amerikanische PaläontologInnen jetzt erfunden, oder besser gesagt, gefunden. Nein, nicht so eine:

sondern so eine:



Was ihr hier seht ist ein Wassermolekül. Wasser besteht bekanntlich aus zwei Wasserstoffatomen (deswegen heißt es ja auch "Wasser"...) und einem Sauerstoffatom (was eigentlich komisch ist, weil Wasser ja gar nicht sauer ist), die chemische Formel ist bekanntlich H₂O.

Nicht alle Sauerstoffatome sind aber gleich, einige sind gleicher schwerer als andere. Sauerstoff gibt es in verschiedenen Varianten, so genannten Isotopen. Die unterscheiden sich chemisch nicht, sondern nur in der Zahl der Neutronen im Atomkern. Im handelsüblichen Sauerstoff kommt auf jedes der 8 Protonen im Atomkern ein Neutron, macht insgesamt 16 Kernbausteine. Deswegen nennt man dieses Isotop auch Sauerstoff-16, oder kurz ¹⁶O.

Es gibt aber auch eine Variante mit zwei "überzähligen" Neutronen, Sauerstoff-18 oder ¹⁸O. (Die dritte Variante ¹⁷O interessiert uns hier nicht.) Diese ist, wie gesagt, chemisch identisch, nur wegen der beiden Extra-Neutronen etwas schwerer.

Einem Wassermolekül ist es ziemlich egal, ob es ein ¹⁶O oder ein ¹⁸O enthält - solange die beiden Wasserstoffatome einen Sauerstoffpartner haben, sind sie zufrieden.

Physikalisch allerdings unterscheidet sich ein Wassermolekül mit ¹⁶O von einem mit ¹⁸O, weil das mit dem ¹⁸O so etwa 10% schwerer ist. Und das macht sich manchmal bemerkbar, beispielsweise, wenn Wasser verdunstet. Die "leichtere" Wasservariante verdunstet etwas schneller. Misst man das Verhältnis der beiden Sauerstoffisotope im Wasser, kann man deshalb Rückschlüsse auf die Temperatur ziehen. Das macht man beispielsweise mit Eisbohrkernen aus arktischen Regionen, um das Klima in der Vergangenheit zu erforschen.

Eis aus dem Jura haben wir aber nicht - was sollen uns also die Isotope im Wasser nützen? Nun, wir haben zwar kein Eis, aber wir haben etwas, das fast so gut ist: Kalziumkarbonat. Kohlendioxid (CO₂) kann in Wasser gelöst werden und Kalziumkarbonat CaCO₃ bilden - eins der drei Sauerstoffmoleküle im Kalziumkarbonat kommt dabei aus dem Wasser.

Anhand von Kalziumkarbonat in Sedimentgesteinen aus der Morrisonformation kann man also etwas über das damalige Verhältnis der Sauerstoffisotope und damit über die dortige Temperatur herausfinden.

Aber wie hilft uns das nun bei der Saurierwanderung?

Saurier müssen - wie die meisten Tiere - auch Wasser trinken. Und die Sauerstoffatome des Wassers werden dabei in ihren Körper eingebaut, beispielsweise in die Zähne. Schaut man sich also das Verhältnis von ¹⁶O und ¹⁸O in den Saurierzähnen an, so kann man auch daraus etwas über das Klima lernen, in dem sie gelebt haben. Und wenn die Saurier in der Morrison-Formation gelebt haben, dann sollte das Verhältnis dem Verhältnis entsprechen, das wir in den Sedimenten finden.

Raffiniert, oder? Die Raffinesse geht aber noch weiter. Zähne wachsen ja recht langsam. Der Sauerstoff im Zahnschmelz spiegelt deshalb sozusagen die Geschichte des Dinosauriers wieder - in den "neueren" Bereichen des Zahns findet sich das Verhältnis, das kurz vorm Tod des Dinos aktuell war, in den älteren Bereichen des Zahns dagegen das Verhältnis, dem er einige Monate vor seinem Tod ausgesetzt war. (Anders als bei uns wachsen Saurierzähne ja immer wieder nach - jahrzehntealte Zähne wird man deshalb in einem Sauriermaul nicht finden.)

Hier eine Skizze (aus dem paper) eines Sauropodenzahns:


Links seht ihr die Krone, rechts die Wurzel. Falls ihr euch wundert, dass die Zahnkrone den ältesten Zahnschmelz enthalten soll und die Wurzel den jüngsten: Das ist bei Zähnen so. Die wachsen ausgehend von der Stelle, die später mal die Spitze des Zahns werden soll. Diese Grafik hier zeigt das sehr schön für einen menschlichen Zahn

Ihr seht, dass die Stelle, die später die Krone wird, als erste da ist, die Wurzel wird als letztes angebaut. Die weiteren Details erspare ich uns hier - wenn ihr dem Link oben folgt, könnt ihr euch über Zahnentwicklung schlaulesen.

Man muss sich also das Verhältnis der Sauerstoffisotope an unterschiedlichen Stellen des Saurierzahns angucken und kann daraus Rückschlüsse darauf ziehen, welche Wassertemperatur im Trinkwasser so etwa geherrscht hat, als er diesen Teil des Zahns aufgebaut hat.

Und das hier kommt dabei raus (für unterschiedliche Zähne desselben Dinos):


Der älteste Teil (die Krone) des Zahns ist links im Bild, jüngere Teile rechts. Man erkennt deutlich, dass das Isotopenverhältnis sich ändert - 4-5 Monate vor seinem Tod wohnte der Camarasaurus noch in der Niederung, aber in den letzten Monaten hat sich das Verhältnis deutlich verschoben, was darauf hindeutet, dass er im einige Hundert Kilometer entfernten Hochland gelebt hat. (Die entsprechenden Gesteine aus den umliegenden Gegenden wurden auch untersucht und das gemessene Verhältnis passt gut zu den Hochlandregionen.)

Auf den ersten Blick überraschend ist, dass der untersuchte Zahn in der Morrison-Formation selbst gefunden wurde. Sollte dann nicht der gerade abgelagerte Teil des Zahns das hierzu passende Isotopenverhältnis haben, die Kurve also ganz rechts wieder nach oben gehen?

Nicht notwendigerweise. Zähne wachsen ja, wie gesagt, langsam. Es gibt eine Zeitverzögerung zwischen einer Änderung des Isotopenverhältnisses in der Nahrung und deren Entsprechung im Zahn. Die kennt man für Sauropoden natürlich nicht (dafür bräuchte man dann wohl doch den Delorean), aber bei heutigen Säugetieren beträgt sie einige Wochen. Wesentlich länger kann sie auch beim Camarasaurus nicht gewesen sein - wären es Monate, dann würde diese Verzögerung das Isotopensignal vollkommen verschmieren und unkenntlich machen. Es ist also zumindest plausibel, anzunehmen, dass der untersuchte Camarasaurus wenige Wochen vor seinem Tod noch im Hochland lebte und sich dann wieder in die Flussauen aufmachte, wo er dann umkam.

Seine Zähne und ziemlich viel wissenschaftliches Geschick verraten aber nach über 140 Millionen Jahren noch, wo er herumgetrieben hat.

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Fricke, H., Hencecroth, J., & Hoerner, M. (2011). Lowland-upland migration of sauropod dinosaurs during the Late Jurassic epoch Nature DOI: 10.1038/nature10570
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