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Virtuelle Fossilien in Aktion

erstellt von holgerkroker zuletzt verändert: 11.09.2007 20:22

Paläontologen ziehen ihre Informationen über die Tierwelt der Vergangenheit hauptsächlich aus den erhaltenen Knochen. Mit den Simulationsfähigkeiten moderner Computer können sie dabei ganz neue Einsichten in die Funktionsweise der Skelette gewinnen. Das Europäische Virtuelle Anthropologie-Netzwerk EVAN will eine Datenbank aufbauen, die dreidimensionalen Abbildern von Menschenfossilien bestückt wird. Zum Einsatz kommen dabei modernste bildgebende Verfahren, die zum großen Teil aus der Medizin stammen.

Tyrannosaurus rex war zwar nicht wieselflink, aber dennoch ein ernstzunehmender Jäger mit beachtlichen Spurterqualitäten. Falsch, er war wegen seiner Masse ein schwerfällig sich dahinschleppender Aasfresser, der mit seinen beeindruckenden Steakmesser-Zähnen nur an Kadavern herumnagte. Beide Auffassungen von dem wohl berühmtesten Saurier werden vertreten, beide basieren auf den erhaltenen Fossilien - doch nur eine kann stimmen. Das drastische Beispiel zeigt, dass von Paläontologen häufig eine Menge Fantasie verlangt wird, was dann durchaus zu extrem unterschiedlichen Ergebnissen führen kann. Denn fossil überliefert werden eigentlich nur die Knochen, Weichteile wie Organe, Muskeln oder Sehnen fehlen fast immer. Man weiß zunächst gar nicht, wie die erhaltenen Knochen verbunden waren und bewegt wurden, damit das längst verschwundene Lebewesen fressen oder laufen konnte.

Im Computer haben die Senckenbergforscher einen vier Millionen Jahre alten Hominidenzahn rekonstruiert. Quelle: Senckenberg

Inzwischen erzielen die Paläontologen mit Computerhilfe beachtliche Erfolge bei der Rekonstruktion der Biomechanik, wie man eben dieses Zusammenbinden der Knochen zu einer funktionierenden Maschine nennt. Im Rechner wird simuliert, wie die Knochen bewegt wurden und welche Bewegungen physikalisch überhaupt möglich waren. Am Frankfurter Senckenberg Forschungsinstitut widmen sich Dr. Ottmar Kullmer und sein 3D-Labor solchen Simulationen - allerdings nicht an rund sechs Meter hohen Fleischfressern aus der Dinosaurierzeit, sondern an den ungleich kleineren Zähnen ausgestorbener Vor- und Frühmenschenarten. "Wir wollen von der Abnutzung der Zähne auf deren Nahrung schließen", erklärt Kullmer. Gerade bei der Entwicklung des Menschen kommt es auf jede Information an, denn über die rund sieben Millionen Jahre, die die Evolution von den ersten auf zwei Beinen laufenden Affenartigen bis zum heutigen Menschen brauchte, sind gerade einmal 15 Arten verstreut. Und von vielen hat man nicht viel mehr als eine Handvoll Zähne und ein paar Knochen. Aus diesen spärlichen Informationen gilt es dann ein zutreffendes Bild zu entwerfen.

Im Senckenberger 3D-Labor werden die Zähne erst einmal mit einem 3D-Scanner in den Computer gespeichert. Das geht inzwischen mit einer Genauigkeit von 50 Mikrometern, also auf fünf Hundertstel Millimeter genau. Die eingescannten Objekte, Zähne oder Knochen, können dann im Computer untersucht werden, als ob man sie selbst in der Hand hielte. Mehr noch, sie können für biomechanische Simulationen benutzt werden. Damit können die Forscher dann zum Beispiel die Funktionsweise eines Vormenschengebisses auf dem Bildschirm ausprobieren und sehen, wie die Riefen auf den Zähnen zueinander passen. "Man kennt bei modernen Affen das Nahrungsspektrum und kann dann deren Abnutzungen mit denjenigen auf den fossilen Vormenschenzähnen vergleichen", meint Kullmer. Das Einlesen muss dabei noch nicht einmal im Labor, sondern kann vor Ort geschehen. "Der Scanner passt in eine normale Alu-Transportbox", erklärt Paläontologe. So können die Fossilien direkt an der Ausgrabungsstelle in den Computer gelangen. Das ist bei Menschenfossilien wichtig, denn diese dürfen in der Regel nicht aus dem Land ausgeführt werden, in dem sie gefunden wurden.

Im Rahmen des Europäischen Virtuellen Anthropologie-Netzwerks (EVAN) bauen Forscher wie Kullmer eine Datenbank mit derartigen virtuellen Fossilien auf, die Wissenschaftlern der Zunft per Knopfdruck zur Verfügung stehen sollen. Das hat nicht nur den Vorteil, dass sich der Forscher die Reise zum jeweiligen Museum spart, sondern "damit werden auch", so Kullmer, "die kostbaren Originale geschont". In der Datenbank werden die Fossilien nicht nur in ihrer äußeren Gestalt gespeichert, wie sie die Oberflächenscanner des Senckenberger Labors herstellen. Andere Institute steuern Daten bei, die mit verschiedenen Verfahren gewonnen wurden und so die Ansichten ergänzen. Meist stammen diese Methoden aus der Medizin und werden jetzt auf Fossilien angewandt. So werden etwa am Leipziger Max-Planck-Institut für evolutionäre Anthropologie Aufnahmen mit Mikro-Computertomographen gemacht, die das Innere eines Fossils mit einer Genauigkeit von bis zu zehn Mikrometern durchleuchten können. Damit kann man etwa die Zahnschmelzdicke der Urmenschen studieren. Noch tiefer blicken neueste Mikroröntgengeräte.

Ganze Gaumenplatten kann man dreidimensional im Computer betrachten. Quelle: Senckenberg

Ein Fernziel des Konsortiums ist es, die aus unterschiedlichen Quellen stammenden Informationen zusammenzuführen und in einem Objekt darzustellen. "An dieser Datenfusion sitzen wir zur Zeit, aber das erfordert noch einige Anstrengungen", meint Kullmer. Die Koordinatensysteme der unterschiedlichen Verfahren sind eben nicht so einfach unter einen Hut zu bringen. Ist es gelungen, dann könnte man quasi unter den Oberflächenansichten aus Frankfurt die Computertomographie- oder Röntgenbilder aus dem Inneren der Fossilien sehen und sich sozusagen in das Fossil hineinzoomen.