Wie und vor allem wo lebten die Dinosaurier ?
Die Biomechanik liefert den Schlüssel zur Lebensweise der Dinosaurier
Als wichtigstes Ergebnis meiner Studien zu Dinosauriern hat sich gezeigt, dass es Formen gab, die an Land lebten, und solche, die vorwiegend in flachem bis mäßig tiefem Wasser lebten. Die Ornithischier mit dem Vogelbecken und langen Dornfortsätzen auf der kräftigen Wirbelsäule waren die Landbewohner. Dagegen lebten die Saurischier mit dem Echsenbecken und eher schwach ausgebil- deter Wirbelsäule vorwiegend im Wasser, wenn auch nicht ausschließlich. Im Gegensatz zu den Mutmaßungen von Paläontologen und Biologen lassen sich für diese Ansicht physikalische Argumente anführen.
Ctenosauriscus war mein Ausgangspunkt für neue Vorstellungen zu fossilen Reptilien. Seine einzigartige Wirbelsäule, die sich in ähnlicher Ausbildung bei keiner anderen Form wiederfinden lässt, und ihre Erklärung als funktionale Anpassung an eine landgebun- dene Lebensweise mit fakultativ bipeder Gangart führte mich zu weitergehenden Fragestellungen. Von Ctenosauriscus, dem vermut- lichen Verursacher der Chirotherien-Fährten, ist es tatsächlich nur noch ein kleiner Schritt zu den Dinosauriern. Dieses Tier als ein Vertreter der Rauisuchier trat in der Buntsandstein-Zeit auf. Die eigentlichen Dinosaurier kamen von der späten Trias bis zum Ende der Kreide vor. Nach neueren Funden in Thüringen traten sie aber möglicherweise schon früher auf. Die Beschäftigung mit der Wirbelsäule von Ctenosaurisus weckte bald den Gedanken in mir, dass sich auch bei Dinosauriern aus der sehr unterschiedlichen Ausbildung der Wirbelsäule Rückschlüsse auf ihre lokomotorischen Fähigkeiten und damit auch auf ihr bevorzugtes Milieu ableiten lassen müssten, möglicherweise in Verbindung mit der auffallend unterschiedlichen Beckenausbildung. Es ist allerdings sicher nicht so ganz einfach, ein neues Bild der Dinosaurier in die Köpfe Interessierter einzupflanzen, gibt es doch seit den siebziger Jahren eine regelrechte Dinomanie mit vielen vorgefassten Meinungen und äußerst dünnen “Beweisen”, die uns die Dinosaurier als geradezu weltbeherrschende Tiergruppe verklickern möchten. Kann so etwas denn überhaupt sein? Aufgrund meiner Erfahrungen mit der Arbeit über Ctenosauriscus weiß ich, dass für Laien in angewandter Physik Zusammenhänge zwischen Form und Funktion von Wirbelsäulen oder Hartteilen allgemein schwer verständlich sind, doch hat andererseits mein Inge- nieurskollege F.-O. Haderer, der als Co-Autor an unserer gemeinsamen Arbeit beteiligt war, die Richtigkeit meiner Überlegungen zur Wirbelsäule von Ctenosauriscus sofort erkannt und bestätigt, während involvierte Paläontologen bis zur letzten Minute vor Druckle- gung unsicher hin und her schwankten. Leider interessieren sich aber auch Ingenieure nur selten für Orchideenfächer.
1. Probleme mit den Dinosauriern
Dinosaurier haben die Phantasie von Paläontologen und interessierten Liebhabern ausgestorbener Tiere schon seit ihrer ersten Ent- deckung im 19. Jahrhundert stark beschäftigt. Sie stellten im Mesozoikum die größten Tiere. Trotzdem sind sie aus ungeklärten Gründen ausgestorben. Um ihr Schicksal rankt sich eine Art Mythos, der auch wohl damit zusammenhängt, dass die Existenz un- serer eigenen Art nicht so sicher sein kann, wenn sogar die größten Tiere, die jemals gelebt haben, untergehen mussten. An ihren Feinden kann es bei der teils gewaltigen Größe nicht gelegen haben und auch wohl kaum an extraterrestrischen Ursachen wie dem immer wieder einmal bemühten Impakt eines kosmischen Körpers. Aber woran dann? Trotz aller Bemühungen ist man den Geheimnissen dieser Tiere noch nicht so richtig auf die Spur gekommen. Vielleicht ist dieses Geheimnis wegen falscher Prämissen auch nur künstlich aufgebauscht. Es sind nicht alle und nicht alle gleichzeitig ausgestorben, und schließlich sind auch große Säugetiere wie das Riesennashorn Indricotherium, Mammut, Höhlenbar und Säbelzahntiger ausge- storben. Darin wird kein großes Geheimnis gesucht. Sie waren mit ihrer Umwelt offenbar nicht mehr in einem stabilen Gleichgewicht und mussten deshalb abtreten. Auch heute sind viele Säugetiere vom Aussterben bedroht. Es ist vorstellbar, dass gerade Tiere, die an ganz spezielle Umweltverhältnisse angepasst sind, einer Änderung dieser Verhältnisse nicht gewachsen sind und ihre Jungtiere nicht mehr durchbringen können. Viele Reptilien haben jedoch Aussterbeereignisse überlebt, und die Vögel als Abkömmlinge oder gar moderne Vertreter der (“Dino”)-Saurier stellen heute eine riesige erfolgreiche Tiergruppe mit unzähligen Individuen.
2. Mein Ansatz, der sich auf Form und Funktion der Wirbelsäulen stützt
Über Dinosaurier weiß man noch nicht sehr viel Handfestes, weniger auf jeden Fall als es noch so phantasievolle Rekonstruktionen des vollständigen Tieres aus zum Teil nur wenigen erhaltenen Knochen nahelegen wollen. Eindeutige Beweise, wie man annehmen sollte, gibt es bisher kaum. Ausgangspunkt meiner eigenen Überlegungen zu Dinosauriern war die Erkenntnis, dass die Wirbelsäule bei verschiedenen Formen sehr unterschiedlich und doch erkennbar gesetzmäßig ausgebildet ist. Die Unterschiede können als Fol- ge von Anpassungen an auftretende Belastungen und damit auch an verschiedene Arten der Fortbewegung und erreichbare Ge- schwindigkeiten interpretiert werden. Details der Wirbelsäulenausbildung liefern wichtige Schlüssel bezüglich der Verteilung der Hauptlast und damit ihrer speziellen Hauptaufgabe. Da gibt es Formen mit sehr kurzen Dornfortsätzen und dem Echsenbecken und solche mit sehr langen Wirbelfortsätzen und dem Vogelbecken. Diese Unterschiede müssen eine besondere Bedeutung haben.
Im Zusammenhang mit der Untersuchung der Wirbelsäule von Ctenosauriscus stellten sich mir weitere Fragen, nämlich zum einen, was lange Dornfortsätze bei anderen fossilen Reptilien wie etwa Dimetrodon (Abb.1) und Edaphosaurus aus dem Perm und man- chen später lebenden echten Dinosauriern wie etwa Ouranosaurus zu bedeuten haben könnten und zum anderen, warum die Dorn- fortsätze bei vielen Sauropoden und bipeden theropoden Dinosauriern häufig auffallend kurz sind. Die funktionelle Erklärung der stark verlängerten Wirbel bei Ctenosauriscus als Anpassung an Erfordernisse fakultativ bipeder Fortbewegung an Land legte den Schluss nahe, dass die dort gefundenen physikalischen Prinzipien auf besondere Entwicklungen anderer Formen bzw. ihr Fehlen durchaus übertragbar sein sollten. Die Anwendung solcher Prinzipien auch auf die Wirbelsäulen von Dinosauriern und andere Formen mit langen Dornfortsätzen gestattet eine Rekonstruktion der Lebensweise dieser ausgestorbenen Tiere von einem völlig unabhängigen Standpunkt aus, der sich deshalb nicht notwendigerweise auf frühere Vorstellungen abstützen muss. Solche Vorstellungen gingen meistens bis weit ins 19. Jahrhundert zurück und waren mit dem damaligen begrenzten Wissen durchaus in Einklang, doch in der Zwischenzeit hat es erhebliche Fortschritte in den Naturwissenschaften und angewandter Mechanik gegeben, so dass man nicht mehr nur auf Vermutungen angewiesen sein muss.
3. Probleme der Paläontologie mit der Biomechanik
Obwohl die Wirbelsäule für alle Vertebraten äußerst wichtig ist, hat sie während langer Zeit nur geringes Interesse bei Paläontologen erweckt. Othenio Abel, zu seiner Zeit ein hervorragender Kenner der Funktionsmorphologie, hatte sie bei seinen Untersuchungen zur Paläobiologie von Wirbeltieren in seinem Lehrbuch von 1912 fast überhaupt nicht erwähnt. Offenbar ließen gerade die großen Unter- schiede eine detaillierte Deutung über die allgemein vermutete Tragefunktion hinaus nicht zu.
Die Berücksichtigung biomechanischer Zusammenhänge und des Wirkens von Kräften spielte bei der Interpretation fossiler Formen in traditionell mehr historisch ausgerichteten Wissenschaften wie der Paläontologie bisher generell nur eine untergeordnete Rolle. Man verlässt sich hauptsächlich auf morphologische Vergleiche mit heute lebenden Formen. Obwohl der Anatom H. Virchow (1914) das Fehlen interdisziplinärer Zusammenarbeit mit technisch geschulten Leuten noch bedauerte und auch andere Bearbeiter wie etwa S. Wrainwright et al. (1976) für die Anwendung von Prinzipien der Mechanik in der Biologie plädierten, wurde in der Praxis auf Lö- sungsansätze auf der Basis physikalischer Zusammenhänge häufig mit einem gewissen Unbehagen oder sogar völligem Unglauben reagiert, wie etwa H. Erben (1975). Eine fehlende Vertrautheit mit Prinzipien angewandter Mechanik kann sogar ganz unangemes- sene und polemische Angriffe provozieren, wie z.B. durch H. Pfretzschner (1999). Sicher sind solche Vorbehalte auf einen man- gelhaften Ausbildungshintergrund zurückzuführen. Wohl auch aus diesem Grunde werden biomechanische Gesichtspunkte an fossi- len und sogar an modernen Skeletten kaum verstanden, und es wird nach scheinbar einfachen Erklärungen gesucht, wie sie der „gesunde Menschenverstand“ nahelegt, eine allerdings sehr unsichere Methode. Trotzdem dürfen solche Gesichtspunkte nicht ein- fach ausgeklammert werden. In der Naturwissenschaft sind alle Aspekte zu prüfen !
Abb.1. Ausgestorbene Wirbeltiere mit auffallend langen Dornfortsätzen: Dimetrodon aus dem Perm (oben), Ouranosaurus aus der Kreide (Mitte) und Bison antiquus aus dem Quartär. Balken jeweils 1 m.
Die Entwicklung eines knöchernen Skeletts stellt die höchst bewundernswerte Antwort der Natur auf biomechanische Anforderungen dar, die für große Organismen überhaupt erst die Voraussetzung zum Verlassen des Wassers schuf. Neben gewissen Schutzfunktionen besteht die Hauptaufgabe von Knochen in der Übertragung von Kräften, vor allem von Druck- kräften, in untergeordnetem Ausmaß auch von Biege- und Torsionskräften. Die Dornfortsät- ze bei Dinosauriern deuten jedoch auf überwiegend axial in ihnen wirkende Lasten hin, d.h. auf Druckkräfte, während eine Anpassung an starke Biegemomente eine dreieckige Form der Dornfortsätze erfordern würde. Eine auffällige Ausnahme bildet der rechteckige Quer- schnitt der Dornfortsätze bei Ctenosauriscus, der ganz klar auf Biegelasten in Richtung der Längsachse innerhalb des ”Segels” hindeutet und für diese Aufgabe modifiziert wurde. Im allgemeinen dienen Knochen der Befestigung von Muskeln und Sehnen, und diese erst ermöglichen starke Muskelzugkräfte und komplizierte exakte Bewegungen wie etwa die von Armen und Beinen. Daher sollte die Suche nach biomechanischen Gründen Vorrang haben, wenn an einem fossilen Skelett auffällige evolutive Veränderungen aufgetreten sind.
Im Gegensatz dazu werden besondere Skelettmerkmale von Paläontologen im allgemeinen mit Funktionen erklärt, die zwar auch eine Rolle spielen könnten, dann aber eher eine unter- geordnete, und diese sind dann meistens kaum zu beweisen oder zu widerlegen. Häufig äu- ßert sich die fehlende enge Vertrautheit mit physikalischen Prinzipien in der Paläontologie bei der Interpretation von Skelettmerkmalen bezüglich ihrer Funktion deshalb nur in reinen Vermutungen. Objektive Kriterien sind jedoch in jedem Fall vorzuziehen. Zwar erfordert das Erkennen von wirkenden Kräften und biomechanischen Zusammenhängen eine gewisse Er- fahrung auf diesem Gebiet, doch könnte die Anwendung solcher Methoden zu bedeutsamen Fortschritten beim Verständnis ausgestorbener Wirbeltiere und ihrer Lebensweise führen. Da sich die Paläontologie zu den Naturwissenschaften zählt, müssten ihr eigentlich in man- chen Teilgebieten exakte Methoden geläufig sein. Leider sucht man danach vergebens. We- gen ihrer immensen Bedeutung gerade in der Wirbeltierbiologie ist die Vernachlässigung mechanischer Prinzipien oft sehr hinder- lich. Diese Tatsache findet ihren Niederschlag in den unterschiedlichen Versuchen einer Erklärung von bestimmten Merkmalen bei Vertebraten und nachfolgenden ebenso endlosen wie fruchtlosen Debatten unter den Anhängern unterschiedlicher Vorstellungen.
J. Bailey (1997) hatte sich der gleichen Fragestellung wie ich hier zugewandt, nämlich der Frage nach Bedeutung und Funktion ver- längerter Dornfortsätze bei dem Pelycosaurier Dimetrodon und dem Iguanodontiden Ouranosaurus sowie bei weiteren Dinosauriern, ausgehend von einem Vergleich mit pleistozänen Huftieren (Abb.1). Er kam aber zu dem Schluss, dass die Verlängerung der Dorn- fortsätze in erster Linie mit der Entwicklung eines muskulösen Höckers wie etwa bei Kamelen und Bisons zusammenhängen könnte und damit hauptsächlich der Speicherung von Fett dienen sollte, um wie etwa Bisons bei saisonalen Wanderungen große Entfer- nungen ohne Nahrungsaufnahme überbrücken zu können. Obwohl er sich skeptisch zu dem ”neuen Image” angeblich warmblütiger Dinosaurier äußerte, stellte er doch nur Argumente, die vermeintlich die Hypothese einer Höckerfunktion stützten, der sicher unwahr- scheinlichen Funktion einer Regelung des Wärmehaushalts gegenüber, ohne aber diese seine Annahme schlüssig belegen zu kön- nen und ohne andere Erklärungsmöglichkeiten zu erwägen. Für saisonale Wanderungen von Dinosauriern gibt es keinerlei Belege, reine Phantasie.
Solche Vorgehensweisen sind mir einfach unverständlich. Es gibt doch Methoden, die eindeutige Beweise ermöglichen können. H. Hertel (1963) hatte in seinem Buch schon eine brauchbaren Weg skizziert. Angewandt wurde er aber kaum einmal. Die Verlänge- rung der Dornfortsätze im Schulterbereich bei Säugetieren hat prinzipiell sicher nichts mit Fettspeicherung zu tun. Obwohl verlän- gerte und in charakteristischer Weise angeordnete Dornfortsätze bei allen rezenten Huftieren vorhanden sind, treten ausgesprochene Höcker doch eher selten auf. Das Merkmal verlängerter Dornfortsätze ist zunächst allein Ausdruck einer biomechanischen Funktion, wie es sich bei Ctenosauriscus gezeigt hat. Wenn beim Bison im Schulterbereich zusätzlich Fett gespeichert wird, ist das eine mehr zufällige Koinzidenz, aber sicher nicht die Ursache. Die Deutung von Höckern im Schulterbereich von rezenten Huftieren als primäre Fettspeicher ist ein Trugschluss. Noch so genaue Beobachtungen an Skeletten müssen unergiebig bleiben, wenn die phy- sikalischen Gründe dahinter nicht verstanden werden. Es wird bei morphologischen Vergleichen zwar oft als unbefriedigend empfun- den, wenn nur eine geringe Übereinstimmung zwischen Paradigma und der damit verglichenen Form hergestellt werden kann, doch führt dies dann meistens nicht zur Aufgabe der Modellvorstellung und der Suche nach einer besser passenden, sondern verleitet manche Autoren zur Annahme weiterer Funktionen. Die ursprüngliche Anpassung ist jedoch sicher stets auf eine einzige Haupt- funktion ausgerichtet.
Bei Vergleichen ausgestorbener Tiere mit rezenten muss stets auch in Betracht gezogen werden, dass zwischen ihrem jeweiligen Auftreten ganz beträchtliche Zeiträume liegen können und dass sich Entwicklungs- und Aktivitätsniveau infolge neuer Anforderungen und Konkurrenz im Laufe der Evolution geändert haben. Bekanntlich stellt das Leben keine Abfolge von zyklischen Ereignissen in der Evolution dar und lässt keine exakten Wiederholungen zu, wie es morphologische Vergleiche manchmal suggerieren könnten.
Es ist für mich keine Frage, dass die unterschiedlichen Skelette und Wirbelsäulen, mit denen ich mich befasst habe, eine evolutive Zunahme an Beweglichkeit und erreichbarer Laufgeschwindigkeit widerspiegeln. Unterschiedliche Epochen sind durch unterschiedli- che Skelettkonstruktionen mit sich verbessernden Eigenschaften gekennzeichnet. Die zugrunde liegenden physikalischen Gesetze blieben jedoch immer gleich. Zirkelschlüsse werden unvermeidlich, wenn man wie etwa B. Kummer (1959) die Wirbelsäulen von gro- ßen und kleinen Formen, von Säugetieren, Reptilien und Sauriern zusammen betrachtet und nach einer für alle Formen gemeinsam passenden Funktion sucht, ohne deren unterschiedliche Altersstellung, Lebensweisen und Lebensräume in die Überlegungen mit einzubeziehen. Eine funktionelle Erklärung, die für eine rezente Form passt, darf nicht automatisch auf eine fossile übertragen wer- den.
Manchmal sind Paläontologen mit ihren Ergebnissen tatsächlich auch einmal unzufrieden, allerdings dann nur mit denen von Kollegen. So bedauerte G. Paul (1991), dass viele alte, auf reiner Spekulation basierende Vorstellungen und Vorurteile bei Dinosau- riern trotz fehlender Beweise in Kraft bleiben. Dem wäre an sich durchaus zuzustimmen, aber es hilft auch nicht weiter, wenn wie bei ihm alte Mythen durch ebenso spekulative neue ersetzt werden, abgeleitet aus fragwürdigen Analogien mit modernen Wirbeltieren und teilweise merkwürdigen Vergleichen mit technischen Konstruktionen wie Maschinen. Darüberhinaus ist es unergiebig, die Beweislast zwischen den Vertretern verschiedener Vorstellungen hin und her zu schieben, wie er es dann versuchte. Auf die Dauer lässt sich ein wissenschaftlicher Konsens nur durch eindeutige Beweise erreichen, nicht aber durch eine Mehrheit von Anhängern einer unbewiesenen Ansicht. Lösungsansätze, die auf falschen Annahmen beruhen, können niemals wirklich überzeugen, weil uner- klärliche Widersprüche bestehen bleiben müssen. Anscheinend geht es häufig nur um die Erzeugung sensationsträchtiger Ergeb- nisse, doch geht dies zu Lasten seriös arbeitender Forscher, denen es nicht auf Effekthascherei ankommt. Die Bakkers dieser Welt kommen, machen einige Zeit mit ihren abstrusen Ideen viel Wind und verschwinden dann wieder. So muss es eben manchen selbst- ernannten Experten in der Paläontologie ergehen.