Gewaltig und doch hochflexibel

Wissenschaftler haben herausgefunden: Der Schädel des Raubsauriers Tyrannosaurus rex konnte verglichen mit den Kopfknochen anderer Tiere enorme Kräfte gut abfedern.

Der Kurator der Paläontologischen Sammlungen in Tübingen, Ingmar Werneburg, weiß natürlich genau, welchem Höhepunkt etliche der Schüler entgegenfiebern, die er gerade durch die von der Universität gesammelten Überbleibsel längst vergangener Jahrmillionen führt: Der mehr als einen Meter lange Schädel des Raubsauriers Tyrannosaurus Rex, den alle nur bei seinem Kurznamen T. rex nennen, ist zwar nur eine Nachbildung eines Originals aus den USA. Die künstlichen Knochen mit den spitzen Zähnen aber wirken so täuschend echt, dass ein Besucher fast zwangsläufig andächtig-schaudernd vor dem Tier stehen bleibt. Die Schnauze mit den riesigen Zähnen bietet genug Platz für den Oberkörper eines Menschen, und würde jemand seinen Kopf in das große Loch vor der Augenhöhle in den Schädel des T. rex stecken, müsste er keine Angst vor dem Steckenbleiben haben. Der Kopf des Raubsauriers sah nicht nur martialisch aus, sondern konnte auch tatsächlich riesige Kräfte freisetzen. Und doch waren die Knochen des Giganten keineswegs starr miteinander verbunden, sondern pufferten die auf sie wirkenden gewaltigen Belastungen erstaunlich flexibel ab, stellen Ingmar Werneburg und seine Kollegen in der Zeitschrift Nature Scientific Reports fest.

Damit unterscheidet sich T. rex grundlegend von vielen anderen Tiergruppen, deren Schädelknochen deutlich starrer miteinander verbunden sind. Wenn Ingmar Werneburg vom Senckenberg Center for Human Evolution and Palaeoenvironment an der Universität Tübingen den Dino-begeisterten Schülern die Zusammenhänge zwischen dieser Flexibilität und dem kräftigen Biss des Raubsauriers erklärt, schildert er ihnen damit auch sein Forschungsgebiet: "Mich interessiert besonders, weshalb Tiere unterschiedlich aussehen und wie neue Formen in der Evolution entstehen", sagt der Zoologe.

Diese Fragen packt Ingmar Werneburg mit dem Handwerkszeug von gleich drei unterschiedlichen Disziplinen der Naturwissenschaften an. Als Zoologe untersucht er die Struktur und Form von ausgewachsenen Organismen, als Embryologe die Entwicklung von der befruchteten Eizelle bis zum fertigen Tier und als Paläontologe die Überreste längst ausgestorbener Arten. Herausragende Morphologen haben den Thüringer in Jena, Zürich und im japanischen Kobe ausgebildet, und als er 2016 nach Tübingen kam, konnte er dieses Können mit der Paläontologie kombinieren. In dieser Disziplin wiederum spielt die Stadt am Neckar mit dem dort ansässigen Institut seit jeher in der Weltspitze.

Besonders interessiert sich Ingmar Werneburg dabei für den Schädel verschiedener Arten. "Dieser sieht zwar bei allen an Land lebenden Wirbeltieren in der Grundstruktur recht ähnlich aus, es gibt aber auch grundlegende Unterschiede", erklärt der Senckenberg-Forscher. Bei Schildkröten ist der Schädel hinter den Augen zum Beispiel geschlossen, während Säugetiere dort hinter jedem der Augen jeweils eine Öffnung haben. Im Prinzip haben Krokodile, Eidechsen, Schlangen, Brückenechsen, Schildkröten und Vögel dort sogar zwei Öffnungen, die allerdings im Laufe der Entwicklung der Arten genau wie auch bei den Säugetieren wieder verändert sein können.

Welche Funktion solche Öffnungen im Bereich der Schläfen haben, ist bisher noch nicht genau bekannt, auch wenn es einige Vermutungen dazu gibt. "Diese Fenster könnten zum Beispiel mit der Ernährung zusammenhängen", nennt Ingmar Werneburg eine dieser Erklärungen. So setzen viele Muskeln und Sehnen des Kiefers genau an dieser Schläfenregion an. Die Ränder der beiden großen Fenster der Dinos in diesem Bereich bieten eine besonders versteifte Fläche, an der die Kiefermuskeln ansetzen können und verändern so natürlich auch die übertragenen Kräfte. Ein Raubsaurier wie T. rex hat zusätzlich auch noch jeweils eine große Öffnung zwischen den Schädelknochen vor beiden Augen, deren Funktion ebenfalls noch nicht ganz klar ist.

Einen wichtigen Hinweis darauf erhielten Ingmar Werneburg und seine Kollegen, als sie die Schädel verschiedener an Land lebender Wirbeltiere in einem aufwendigen Verfahren miteinander verglichen. Bereits als die Forscher die Knochen zählten, aus denen sich die jeweiligen Schädel zusammensetzen, fanden sie auffällige Unterschiede: So formen 34 Knochen den Kopf eines Huhns, während T. rex mit 63 fast die doppelte Zahl erreicht. Der wichtigste Teil der Analyse zeigte dann, wie die einzelnen Knochen miteinander verbunden sind.

"Mit dem mathematischen Verfahren der Netzwerkanalyse haben wir untersucht, wie diese Knochen untereinander 'verflochten' sind", nennt Ingmar Werneburg das Prinzip dieser Untersuchung. Dabei stach erneut der starke Unterschied zwischen Hühnern mit sehr wenigen und dem Raubsaurier mit sehr vielen dieser Verflechtungen ins Auge. Als die Forscher danach Regionen im Schädel anschauten, in denen die Knochen besonders stark miteinander verbunden sind, erlebten sie eine große Überraschung: "Das große Fenster im Schädel vor dem Auge unterteilt offensichtlich den Oberkiefer von T. rex in einen oberen und einen unteren Bereich, die sich dadurch vermutlich unabhängig voneinander bewegen konnten", erklärt Ingmar Werneburg.

Diese Eigenschaft aber könnte eine wichtige Voraussetzung für die extreme Kraft des Bisses der Raubsaurier sein. Wäre der Schädel starr, könnten die dabei auftretenden gewaltigen Kräfte die Knochen so stark verformen, bis sie brechen würden. T. rex konnte dagegen seine spitzen Zähne in das Beutetier schlagen und damit große Stücke Fleisch aus dessen Muskeln reißen. Dabei können sich die durchs Fenster im Knochen getrennten Bereiche im Kiefer der Raubechse ein wenig gegeneinander verbiegen und so die Kräfte abpuffern, also die Bruchgefahr verringern. Völlig zurecht ist der riesige T. rex-Schädel also Höhepunkt des Besuchs einer Schulklasse in der Tübinger Sammlung.

 

 


Was Tiere widerstandsfähig und fit für ihre Umwelt macht

Zahntaschen waren ebenfalls eine wichtige Hilfe beim kräftigen Biss eines Raubsauriers. Darin sind die Zähne eines T. rex sehr gut verankert und damit widerstandsfähiger, sie brechen also seltener. Allerdings passierte ein solches Malheur den Raubsaurieren doch manchmal. Auch daran hatte die Evolution die Dinosaurier allerdings angepasst: Ihre Zähne wuchsen einfach nach.

Schildkröten setzen aus guten Gründen anders als T. rex auf einen weniger flexiblen und damit starreren Schädel. Wittern die Tiere Gefahr, ziehen sie ihren Kopf in den schützenden Panzer zurück. Dabei wirken allerdings enorme Kräfte auf den Schädel, gegen die sie sich mit verstärkten und starr miteinander verbundenen Knochen wappnen.

Eidechsen jagen häufig schnelle und wendige Insekten. Die Bewegungen des Jägers müssen daher noch schneller sein. An diese Anforderung passen sich Eidechsen mit zwei Schläfenfenstern und sehr flexiblen Kiefermuskeln und Knochen an. rolk

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