Wie eng sind Dinosaurier mit den heutigen Vögeln verwandt? Eine aktuelle Studie befasst sich mit diesem Thema und untersucht, wie sich Proteine in Dinosaurierfedern über Millionen von Jahren und extreme Temperaturen entwickelt und verändert haben. Leistungsstarke Röntgenstrahlen des SLAC National Accelerator Laboratory geben Forschern neue Einblicke in die Entwicklung von Federn.
Neue Forschungsergebnisse zeigen, dass die Proteinzusammensetzung von Dinosaurierfedern der von modernen Vögeln ähnelt, was auf die frühen Ursprünge der Vogelfederchemie, möglicherweise vor 125 Millionen Jahren, hindeutet. Die Studie ergab, dass das α-Protein in fossilen Federn wahrscheinlich durch Hitze während des Fossilisierungsprozesses gebildet wurde und nicht ursprünglich existierte. (Künstlerische Vorstellung von Dinosaurierfedern).
Frühere Untersuchungen haben gezeigt, dass Dinosaurierfedern Proteine enthielten, die sie weniger steif machten als die Federn moderner Vögel. Jetzt haben Forscher am University College Cork (UCC), der Stanford Synchrotron Radiation Lightsource (SSRL) am SLAC National Accelerator Laboratory des Energieministeriums und anderen Institutionen herausgefunden, dass die ursprüngliche Proteinzusammensetzung von Dinosaurierfedern der von modernen Vogelfedern sehr ähnlich war.
Dieses Ergebnis bedeutet, dass die chemische Zusammensetzung der heutigen Vogelfedern möglicherweise viel früher entstanden ist als bisher angenommen, möglicherweise bereits vor 125 Millionen Jahren.
„Es ist wirklich aufregend, neue Ähnlichkeiten zwischen Dinosauriern und Vögeln zu entdecken“, sagte Tiffany Slater, Paläontologin am UCC und Erstautorin der neuen Studie. „Mit Hilfe von Röntgenstrahlen und Infrarotlicht haben wir herausgefunden, dass die Federn des Dinosauriers Sinornithosaurus große Mengen an Beta-Protein enthielten, genau wie die Federn heutiger Vögel. Dieser Befund bestätigt unsere Hypothese, dass Dinosauriervögel steife Federn hatten – genau wie moderne Vögel.“
Der Schlüssel liegt in der Kombination der Proteine. Frühere Tests an Dinosaurierfedern ergaben, dass Dinosaurierfedern hauptsächlich Alpha-Keratin enthielten, ein Protein, das die Federn weniger steif macht, während moderne Vogelfedern reich an Beta-Keratin sind, einem Protein, das die Flugfähigkeit der Federn verbessert. Dennoch wollten die Forscher wissen, ob der Unterschied die wahre Chemie der Federn während des Lebens widerspiegelte oder ob es sich um ein Artefakt des Fossilisierungsprozesses handelte.
Um das herauszufinden, analysierten Slater und die UCC-Paläontologin Maria McNamara in Zusammenarbeit mit SSRL-Wissenschaftlern Federn von 125 Millionen Jahre alten Dinosauriern Sinornithosaurus und Frühvogel Confuciusornis sowie einer 50 Millionen Jahre alten Feder aus den Vereinigten Staaten.
Um Proteine in den alten Federn aufzuspüren, setzten die Forscher die Fossilien den starken Röntgenstrahlen von SSRL aus, die zeigen können, ob Schlüsselkomponenten von Beta-Proteinen vorhanden sind. SSRL-Wissenschaftler Sam Webb sagt, dass dies den Forschern dabei hilft, festzustellen, ob sich das Beta-Protein in einer Probe noch in seinem „nativen“ Zustand befindet oder sich im Laufe der Zeit verändert hat und wie diese Veränderung chemisch erfolgt.
Weber sagte, das Team habe auch separate Experimente durchgeführt, um die Temperaturen zu simulieren, denen die Fossilien im Laufe der Zeit ausgesetzt waren. Diese Experimente legen nahe, dass das Alpha-Protein im Fossil möglicherweise während der Fossilisierung gebildet wurde und nicht Teil des Lebensprozesses der Feder war.
Die Analyse zeigte, dass einige fossile Federn zwar große Mengen an α-Protein enthalten, diese aber wahrscheinlich nicht ursprünglich dort waren, sondern sich im Laufe der Zeit entwickelten. Sie entstanden, weil die Fossilien starker Hitze ausgesetzt waren.
„Unsere Experimente helfen zu erklären, warum dieser seltsame chemische Unterschied das Ergebnis des Proteinabbaus während der Fossilisierung ist“, sagte Slater. „Während einige Dinosaurierfedern Spuren des ursprünglichen Beta-Proteins enthalten, enthalten andere fossile Federn Alpha-Proteine, die während der Fossilisierung entstanden sind.“
„Die Rohproteinzusammensetzung kann sich im Laufe der Zeit ändern, ein oft übersehener Aspekt bei der Untersuchung tiefer Biomarker“, sagte Weber. „Der Vergleich unserer Röntgenspektroskopieergebnisse mit zusätzlichen Labormessungen experimentell erhitzter Federproben hilft, unsere Ergebnisse zu kalibrieren.“
Maria McNamara, leitende Autorin der Studie, sagte: „Spuren antiker Biomoleküle können eindeutig Millionen von Jahren überleben, aber man kann den Fossilienbestand nicht wörtlich lesen, weil selbst scheinbar gut erhaltenes Fossilgewebe während der Fossilisierung gekocht und zerdrückt wurde. Wir entwickeln neue Werkzeuge, um zu verstehen, was während der Fossilisierung passiert ist, und die Erschließung der chemischen Geheimnisse von Fossilien wird uns aufregende neue Einblicke in die Evolution liefern.“