Die Vorstellung, dass Wissenschaftler in der Lage sein könnten, Dinosaurier-DNA aus versteinerten Überresten zu gewinnen, scheint absurd. Doch nun ist das Konzept über den Bereich des Absurden hinaus in den Bereich des absolut Möglichen gerückt, dank der unglaublichen Arbeit eines Teams von Paläontologen aus China.
Im Inneren des versteinerten Beinknochens eines kleinen, pfauenähnlichen Dinosauriers, der vor 125 Millionen Jahren auf der Erde lebte, entdeckten die Wissenschaftler bemerkenswert gut erhaltene Knorpelzellen, die noch ein erstaunliches Maß an struktureller Integrität aufwiesen. Einige der Zellen enthielten noch ihre Zellkerne, und eine enthielt sogar angehängte Proben anderer organischer Moleküle, einschließlich Chromatin. Letzteres ist eine Substanz, die im Inneren von Zellen vorkommt und vollständig aus dicht gepackten Dinosaurier-DNA-Partikeln aufgebaut ist.
Könnte in den Zellkernen und/oder im Chromatin tatsächlich Dinosaurier-DNA erhalten sein? Wenn ja, könnte sie sequenziert werden, um genaue Modelle der Dinosaurier-DNA zu erstellen? Auch wenn die Wissenschaftler derzeit noch weit davon entfernt sind, dies zu erreichen, eröffnet die Entdeckung von Zellmaterial, von dem bekannt ist, dass es DNA in unvorstellbar alten Dinosaurierfossilien enthält, einige ganz neue und äußerst spannende Möglichkeiten.
Chinesischen Wissenschaftlern ist es gelungen, Knorpelzellen aus den versteinerten Überresten eines kleinen Caudipteryx-Dinosauriers zu gewinnen. Dies könnte es ihnen ermöglichen, Dinosaurier-DNA zu gewinnen und zu sequenzieren. (Elenarts / Adobe Stock)
Die an diesem bahnbrechenden Forschungsprojekt beteiligten Wissenschaftler gehören zum Institute of Vertebrate Paleontology and Paleoanthropology (IVPP) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und zum Shandong Tianyu Museum of Nature. Wie sie in einem Artikel in der Zeitschrift Communications Biology erklären, konnten sie die Knorpelzellen bei der Untersuchung der versteinerten Überreste eines kleinen Dinosauriers namens Caudipteryx entdecken und isolieren.
Caudipteryx lebte in der Nähe der Ufer flacher Seen, die sich einst in der Jehol-Biota in der heutigen Provinz Liaoning im Nordosten Chinas befanden. Frühere Studien haben ergeben, dass dieses pfauenähnliche Wesen, das lange Schwanzfedern und viele andere vogelartige Merkmale besaß, in der frühen Kreidezeit lebte, vielleicht sogar ausschließlich in China.
Die Biota-Region Jehol ist bekannt dafür, dass sie Dinosaurierreste hervorbringt, die intakt und in einem erstaunlich guten Zustand sind. „Geologische Daten haben sich im Laufe der Jahre angesammelt und gezeigt, dass die Erhaltung der Fossilien in der Jehol-Biota-Region außergewöhnlich war, was auf die feine vulkanische Asche zurückzuführen ist, die die Kadaver einschloss und sie bis auf die Zellebene konservierte“, erklärte der Mitautor der Studie, Zhiheng Li, ein außerordentlicher Professor am IVPP, in einer Pressemitteilung der Chinesischen Akademie der Wissenschaften.
Foto des Dinosaurierfossils (a), Lage des extrahierten Fragments am rechten Oberschenkelknochen (b), das die Dinosaurier-DNA liefern könnte, und Strichzeichnung des Dinosaurierexemplars (c). (Zheng, X. et. el / CC BY 4.0)
Trotzdem ist die Entdeckung von Zellkernen in einem Fossil, das von dort stammt, recht überraschend. „Die Erhaltung von Zellkernen in längst ausgestorbenen Organismen wird derzeit als selten und außergewöhnlich angesehen“, schreiben die Wissenschaftler in ihrem Artikel in Communications Biology. „Aufgrund der Zerbrechlichkeit von Nukleinsäuren geht man davon aus, dass Zellkerne nach dem Tod extrem schnell abgebaut werden (manchmal innerhalb weniger Stunden nach dem Tod), sodass diese Strukturen kaum eine Chance haben, in die Fossilienaufzeichnungen zu gelangen.“
Und doch, so die Wissenschaftler, kann gelegentlich das fast Wundersame geschehen. „Die paläontologische Literatur ist voll von histologischen Berichten über fossile Gewebe mit exquisit erhaltenen Kernen und sogar subkernigen Strukturen wie Nukleoli oder Chromosomen in mehreren Stadien der Zellteilung“, schreiben sie. „Diese Beispiele sind zahlreich und umfassen Kerne von permafrostkonservierten Säugetieren aus dem Känozoikum, Dinosauriern aus dem Mesozoikum, verschiedenen Pflanzen aus dem Känozoikum, Mesozoikum und Paläozoikum und sogar embryoähnliche fossile Zellhaufen, die mehr als 600 Millionen Jahre alt sind.“
Dies ist bereits das zweite Mal in den letzten zwei Jahren, dass Kerne und zugehörige Chromatinfäden in den versteinerten Überresten von Dinosaurierknorpelzellen gefunden wurden. Laut National Geographic fanden Wissenschaftler in einer Studie aus dem Jahr 2020 solche Zellen im versteinerten Skelett eines Entenschnabelsauriers, bekannt als Hypacrosaurus stebingeri, der vor etwa 75 Millionen Jahren lebte.
Eine mikroskopische Aufnahme der Caudipteryx-Zellen, darunter eine mit violett gefärbtem Zellkern. (Zheng, X. et. el / CC BY 4.0)
Dies scheint darauf hinzudeuten, dass Knorpelzellen einzigartige Eigenschaften besitzen, die es wahrscheinlicher machen, dass sie ihre Kerne und einige zusätzliche organische Materialien auch nach Beginn der Fossilisierung behalten. Die an der chinesischen Studie beteiligten Wissenschaftler fanden heraus, dass die von ihnen entdeckten Zellen durch einen als Verkieselung bekannten Prozess geschützt wurden, bei dem organisches Material zu Silikatmineralien versteinert.
Das Team glaubt, dass diese Verkieselung der Grund dafür ist, dass einige der Zellkerne so gut erhalten geblieben sind, sodass sie auch nach der Entkalkung und Untersuchung noch einige ihrer „lebendigen“ Eigenschaften aufweisen.
In dieser jüngsten Studie isolierten die Wissenschaftler Gruppen von Zellen und färbten sie mit einer violetten Chemikalie namens Hämatoxylin, die sich mit dem Kern einer Zelle verbinden kann, wenn der Kern vorhanden ist. Bei dieser Tätigkeit wurden viele Zellkerne in Knorpelzellen gefunden, und in einer wurde ein violett gefärbter Kern beobachtet, der mit einigen dunkleren violetten Fäden verbunden war.
Zu ihrer großen Freude stellten die Wissenschaftler fest, dass in dieser einen Zelle ein ganzes Sortiment an genetischem Material erhalten geblieben war, darunter verschiedene Biomoleküle und Chromatinfäden. Chromatin enthält ebenso wie die Zellkerne DNA. Wenn die Dinosaurier-DNA noch in diesen Zellresten vorhanden ist, könnte sie irgendwann extrahiert und entschlüsselt werden - so die Hoffnung.
Bis die Wissenschaftler dieses Ziel erreichen können, ist jedoch noch viel Forschungs- und Entwicklungsarbeit zu leisten. „Wir sind natürlich an versteinerten Zellkernen interessiert, weil sich dort der größte Teil der DNA befinden müsste, wenn sie erhalten geblieben ist“, sagt Studienkoautorin Alida Bailleul, eine weitere außerordentliche Professorin des IVPP. „Wir haben also gute vorläufige Daten, sehr spannende Daten, aber wir fangen gerade erst an, die zelluläre Biochemie in sehr alten Fossilien zu verstehen. An diesem Punkt müssen wir noch weiter arbeiten.“
Zwar wurden Zellkerne und damit verbundenes Material bereits mehrfach in alten versteinerten Tierresten nachgewiesen, doch ist es bisher noch niemandem gelungen, die DNA aus einer mehr als eine Million Jahre alten Probe zu sequenzieren. Eigentlich hat niemand damit gerechnet, die DNA von Dinosauriern sequenzieren zu können, da immer davon ausgegangen wurde, dass ihre DNA den Fossilisierungsprozess nicht überleben würde.
Diese neue Studie aus China legt jedoch nahe, dass dies nicht der Fall sein muss. Wenn Techniken entwickelt werden, die es Wissenschaftlern ermöglichen, die DNA von Dinosauriern zu sequenzieren, sei es aus der Caudipteryx-Probe oder aus anderen Fossilien, würde sich die Wissenschaft der Paläontologie für immer verändern.
Dinosaurier wurden aus versteinerten Knochen physisch rekonstruiert. Die Sequenzierung der Dinosaurier-DNA könnte sie wieder zum Leben erwecken und es den Wissenschaftlern ermöglichen, mehr über ihr Leben und ihre Lebensweise zu erfahren, als man je für möglich gehalten hätte.
Bild oben: Künstlerische Darstellung des kleinen Caudipteryx-Dinosaurier-Exemplars in der Jehol Biota, aus dem Dinosaurier-DNA extrahiert werden konnte. Quelle: Zheng Qiuyang
Von Nathan Falde