Krallen, Kiefer und Stacheln: Die Wissenschaft des Dinosaurierarsenals

Vom Sandkasten auf dem Spielplatz bis zur großen Leinwand stellen wir uns gerne vor, wie Dinosaurier ineinander reißen. Die Zähne, Hörner, Krallen und Stacheln, die ihre Skelette schmücken, müssen schließlich einen Zweck gehabt haben.Seit der Zeit ihrer wissenschaftlichen Entdeckung im frühen 19.Jahrhundert wurden Dinosaurier häufig als wilde Kreaturen dargestellt, die oft in tödlichen Kämpfen gefangen waren. Bilder eines Triceratops, der einem Tyrannosaurus gegenübersteht, erwecken solche Konfrontationen aus der Vergangenheit zum Leben, aber dank einer Reihe neuer Studien können Paläontologen viel mehr tun, als sich nur Angriff und Verteidigung in der prähistorischen Welt vorzustellen.Dinosaurierknochen sind das, was von einst lebenden, atmenden Tieren übrig geblieben ist, und durch unterschiedliche wissenschaftliche Techniken – von der Biomechanik bis zur Knochenhistologie – bieten uns Paläontologen einen beispiellosen Einblick in das Leben und die Biologie dieser Kreaturen.

Einige dieser Ergebnisse, wie die Fähigkeit von Tyrannosaurus, große Fleischstücke in die Luft zu werfen, bevor er wieder auf sie beißt, machen sie noch beängstigender, während die Vorstellung, dass die „Waffen“ vieler pflanzenfressender Dinosaurier mehr zur Schau als zur Verteidigung verwendet wurden, Wissenschaftler dazu veranlasst, zu überdenken, was über ihre Evolution angenommen wurde.

Bild: Tim Bekaert

Tyrannosaurus rex

Seit über einem Jahrhundert ist Tyrannosaurus rex der größte und böseste der räuberischen Dinosaurier. Seine mit Zähnen besetzten Kiefer wecken in vielen Museumssälen immer noch eine Mischung aus Angst und Faszination, und es besteht kein Zweifel, dass dieser Spitzenräuber der nordamerikanischen Kreidezeit einen gewaltigen Biss hatte. Aber neue Forschungen zeigen, dass das Geheimnis der Stärke des Tyrannosaurus nicht in seinen Kiefern liegt, sondern in seinem Hals.Während die kleinen Unterarme des Tyrannosaurus und seiner nahen Verwandten muskulös waren und sich bei der Ergreifung von Beute wie Fleischhaken verhalten haben könnten, benutzten diese Dinosaurier hauptsächlich ihren Kopf und Hals, um andere Dinosaurier zu fangen und zu töten. In der Tat hätte der Hals des Tyrannosaurus den Belastungen standhalten müssen, mit kämpfenden Hadrosauriern und gehörnten Dinosauriern zu kämpfen, zusätzlich zu den regelmäßigen Belastungen, einen so riesigen Noggin herumzutragen.

Die Paläontologen Eric Snively von der University of Alberta und Anthony Russell von der University of Calgary erstellten 2007 eine digitale Rekonstruktion des Tyrannosaurus, um den Bewegungsumfang und die Muskelkräfte zu untersuchen, die der Hals des Tyrannen zugelassen hätte.Ihre Rekonstruktion der Nackenmuskulatur von Tyrannosaurus zeigte überraschenderweise, dass sie stark genug waren, um diesen riesigen Kopf schnell zur Seite zu schwingen, während sie Beute angriffen. Es musste wahrscheinlich nicht einmal mit seinen winzigen Vorderbeinen vor dem ersten, vernichtenden Biss einrasten.Noch beeindruckender war, dass sie entdeckten, dass Tyrannosaurus in der Lage gewesen wäre, seine Beute nach oben zu werfen, um den Kiefermuskeln einen Moment zum Entspannen zu geben, bevor er zurastete, um das Futter neu zu positionieren. Nach den Messungen der Wissenschaftler hätte Tyrannosaurus ein 110-Pfund-Stück Fleisch bis zu 16 Fuß in die Luft werfen können. Diese besondere Art des Konsums, bekannt als Trägheitsfütterung, wird bei lebenden Vögeln und Krokodilen beobachtet.

Bild: Brett Booth

Tarbosaurus

Trotz der räuberischen Macht der Tyrannosaurier konnten sie mit ihren Kiefern ziemlich empfindlich sein, wenn sie wollten. Obwohl Tyrannosaurier oft als wahllose Bonecrusher bezeichnet werden, könnten sie mit ihren Bissen ziemlich vernünftig sein.

Wissenschaftler fanden kürzlich Bissspuren auf dem fast vollständigen Skelett eines großen Hadrosaurus (rechts), der aus der Wüste Gobi ausgegraben wurde. In ein bisschen fossiler Forensik stellten die Paläontologen David Hone vom Institut für Wirbeltierpaläontologie und Paläoanthropologie in Peking und das Mahito Watabe Hayashibara Museum für Naturwissenschaften in Okayama, Japan, fest, dass der Hadrosaurier tot und größtenteils begraben war, als der Tarbosaurus darauf traf, wobei nur wenige Teile seines Körpers über den Boden ragten.Anstatt jedoch durch die hervorstehenden Gliedmaßenknochen zu kauen und sie zu verschrauben, verwendete der Tarbosaurus mehrere verschiedene Bisswinkel, um den verbleibenden Muskel vom linken Arm des Hadrosaurus zu entfernen und eine Reihe von Kratzern und Gruben zu hinterlassen. Die Ergebnisse erscheinen am 29. Juni in der Zeitschrift Acta Palaeontologica Polonica.

*Bilder: 1) Tarbosaurus/Matt van Rooijen. 2) Nahaufnahme von Bissspuren am distalen Ende des Hadrosaurierknochens aus der Maastrichtian Bugin Tsav Lokalität in der Mongolei. Schwarze Pfeile zeigen tiefe Furchen an, die den Kortex am Ende des Knochens durchdringen. Weiße Pfeile zeigen tiefe Einstichstellen auf der Oberfläche des Knochens an. In: David W. E. Hone.

Deinonychus

Deinonychus war mickrig im Vergleich zu Tyrannosaurus, aber es war eine ganz andere Art von Raubtier. Es war ein Mitglied einer Gruppe von Dinosauriern namens Dromaeosauriden, die im Volksmund als Raptoren bekannt sind. Mit langen Armen, die mit Fingern gekippt sind, die gebogene Krallen tragen, einem Mund voller gezackter Zähne und einer sichelartigen Klaue, die auf einem überstreckbaren zweiten Zeh getragen wird, wurde Deinonychus klassisch als Greifer dargestellt, der seine Arme und Beine benutzte, um größere Beute zu Fall zu bringen, während er in einer Gruppe agierte.Ein kürzlich geborgenes Skelett des pflanzenfressenden Dinosauriers Tenontosaurus aus Wyoming weist verschiedene Arten von Bissspuren auf und wurde von Zahnfragmenten von Deinonychus umgeben gefunden.Angesichts seiner Vielzahl von Waffen schien es unwahrscheinlich, dass Deinonychus zu den schweren Bisskräften fähig war, die von anderen räuberischen Dinosauriern mit großen Köpfen und kleinen Vorderbeinen ausgeübt wurden, aber der Schaden am rechten Vorderbein des Tenontosaurus-Skeletts zeigte, dass Deinonychus tatsächlich zu einem knochenpunktierenden Biss fähig war.In einer Studie, die am 4. Juli im Journal of Vertebrate Paleontology veröffentlicht wurde, verwendeten Wissenschaftler um Paul Gignac von der University of Florida in Tallahassee Latex, um die Einstiche auszufüllen und Abgüsse ihrer Form zu erzeugen. Sie konnten feststellen, dass die Löcher wahrscheinlich von einem großen, erwachsenen Deinonychus gemacht wurden, der das Tenontosaurus-Vorderbein im vorderen, rechten Teil seines Kiefers hielt.

Um zu untersuchen, welche Art von Druck erforderlich war, um diesen Schaden zu erzeugen, fertigten die Wissenschaftler einen Replikat-Deinonychus-Zahn aus Nickel, der in eine Reihe von Kuhknochen gedrückt wurde. Die Paläontologen fanden heraus, dass es etwa 4.100 Newton Kraft brauchte, um den künstlichen Deinonychuszahn in die Kuhknochen zu treiben, ähnlich dem Biss von Hyänen und Löwen. Sie schätzen, dass die Rückseite des Kiefers des Dinosauriers bis zu doppelt so viel Kraft ausgeübt haben könnte, ähnlich wie bei erwachsenen amerikanischen Alligatoren, und viel stärker als bisher angenommen.

Bilder: 1) Bearerofthecup/Wkimedia Commons. 2) John Conway/Wikimedia Commons.

Triceratops

Dass Zähne wichtige Bestandteile des räuberischen Dinosaurierarsenals waren, ist offensichtlich, aber die Funktion der verschiedenen Ornamente, die bei vielen pflanzenfressenden Dinosauriern zu sehen sind, war nicht so leicht ersichtlich. Nehmen Sie die drei Gesichtshörner des berühmten Triceratops. Sie sehen sicherlich wie Waffen aus, die bei der Abschreckung eines hungrigen Tyrannosaurus nützlich gewesen sein könnten, aber Wissenschaftler haben auch die Hypothese aufgestellt, dass sie zur Anzeige oder sogar zum Kampf mit anderen Triceratops verwendet worden sein könnten.Der Paläontologe Andrew Farke, derzeit am Raymond M. Alf Museum of Paleontology in Claremont, Kalifornien, unterstützte die letztere Hypothese, als er maßstabsgetreue Modelle von Triceratops-Schädeln verwendete, um die verschiedenen „Hornverriegelungspositionen“ für diese Dinosaurier während Konfrontationen.

Letztes Jahr leitete er ein Team, das die Schadensmuster von Triceratops-Schädeln untersuchte. Die Schädel zeigten hohe Schädigungsfrequenzen am Squamosalknochen, der den lateralen Teil der Rüsche ausmacht, und an den Jugalknochen, die direkt unter dem Auge hervorstehen. Die Verletzungen wurden wahrscheinlich durch Triceratops Kopf-an-Kopf im Wettbewerb verursacht.

Bilder:1) Lukas Panzarin, Raymond M. Alf Museum für Paläontologie*. 2) Eva Krocher/Wikimedia Commons*

Ankylosaurier

Die Ankylosaurier werden oft als „gepanzerte Dinosaurier“ bezeichnet, da über ihren Körpern dicke Reihen knöcherner Osteoderme angeordnet sind. Diese Osteoderme nahmen viele Formen an, von abgerundeten Scutes bis hin zu riesigen Schulterspitzen und Schwanzschlägern. In einer im Juni in der Zeitschrift Acta Palaeontologica Polonica veröffentlichten Studie stellten Paläontologen unter der Leitung von Shoji Hayaski von der Hokkaido-Universität in Sapporo, Japan, fest, dass einige der Rüstungen dieser Dinosaurier möglicherweise nicht so gut für die Verteidigung geeignet waren wie bisher angenommen.Ein Ankylosaurier namens Edmontonia (rechts und unten) hatte eine Reihe von großen Stacheln, die über Hals und Schultern ragten, und die Dichte des Knochens, den die Wissenschaftler in einem solchen Stachel fanden, deutet darauf hin, dass sie zur Verteidigung verwendet wurden. Aber als die Wissenschaftler einen ähnlichen Dorn vom Dinosaurier Gastonia (oben) betrachteten, fanden sie heraus, dass der Knochen dünner war und nicht die Art von Verstärkung zu haben schien, die für eine Waffe erwartet wurde. Und die Panzerung des Ankylosaurus Saichania war auch relativ schwach. Während die Stacheln und Rüstungen dieser Arten möglicherweise einen gewissen defensiven Vorteil hatten, glauben die Wissenschaftler, dass sie wahrscheinlich wichtiger für die Wettbewerbshaltung oder die Identifizierung von Mitgliedern derselben Art waren.

Images: 1) Gastonia burgei. Mariana Ruiz/Wikimedia Commons. 2) Edmontonia armor. W.D. Matthews/Wikimedia Commons. 3) Edmontonia. Mariana Ruiz/Wikimedia Commons*.*

Ceratopsians

Many of the horns, spikes, plates, crests, and other bizarre structures seen in dinosaurs may have been more for display than defense or destruction. Die Paläontologen Kevin Padian von der University of California, Berkeley und Jack Horner vom Museum of the Rockies in Bozeman, Montana, überprüften im Juni im Journal of Zoology die Vielfalt seltsamer Dinosaurierornamente und stellten fest, dass sich viele von ihnen anscheinend nicht für irgendeine Art von Funktion entwickelt hatten Rolle.Wenn die primäre Funktion von Hörnern unter den ceratopsian Dinosauriern Verteidigung war, zum Beispiel, würde es erwartet, dass die Anordnung von Hörnern über mehrere Arten ähnlich sein würde, weil es wahrscheinlich optimale Hornanordnungen für zuverlässigen Schutz gegeben hätte, und hätte sich im Laufe der Zeit verbessert. Stattdessen zeigen die Dinosaurier einen Aufruhr verschiedener Hornarrangements, von der des berühmten Triceratops bis zu den kürzlich beschriebenen und extra stacheligen Diabloceratops. Darüber hinaus war es nahezu unmöglich, Unterschiede zwischen männlichen und weiblichen Dinosauriern allein auf der Grundlage der groben Anatomie zu bestimmen, so dass es unwahrscheinlich ist, dass die Entwicklung solcher Ornamente hauptsächlich durch sexuelle Selektion vorangetrieben wurde.

Die Wissenschaftler vermuten, dass etwas so Einfaches wie die Artenerkennung eine wichtige Rolle bei der Entwicklung bizarrer Merkmale spielte. Wenn dies der Fall wäre, würde die Evolution verschiedene Formen bevorzugen, so dass sich Arten in Landschaften, die von vielen anderen Dinosauriern bevölkert sind, leicht erkennen können. Dies bedeutet nicht, dass Verteidigung, sexuelle Darstellung oder andere Faktoren die Entwicklung dieser Merkmale überhaupt nicht beeinflusst haben, sondern dass wir über Fragen der Funktion hinausgehen müssen, um zu erklären, wie sich die bizarren Strukturen der Dinosaurier entwickelt haben.

Bilder 1) Sauropelta. Jon Conway/Wikimedia Commons. 2) Ceratopsianer. Nobu Tamura/Wikimedia Commons.

Brian Switek ist der Autor des in Kürze erscheinenden Buches Written in Stone und Smithsonian.com der Dinosaurier Tracking.

Siehe auch:

• 67 Millionen Jahre altes Schlangenfossil beim Fressen von Babydinosauriern gefunden
• Gefiederte Dinosaurier waren giftige Raubtiere
• CT-Scans zeigen, dass der Dinosaurierschwanz ein Knochenbrecher war
• Narben zeigen, wie Triceratops kämpften

Snively, E. und Russell, AP 2007. Kraniozervikale Fütterungsdynamik von Tyrannosaurus Rex. Paläobiologie 33 (4): 610-638

Hone, D.W.E. und Watabe, M. 2010. Neue Informationen zum Auffangen und selektiven Fressverhalten von Tyrannosauriern. Acta Palaeontologica Polonica (im Druck)

Gignac, P.M.; Makovicky, P.J.; Erickson, G.M.; Walsh, R.P. 2010. Eine Beschreibung der Bissspuren von Deinonychus antirrhopus und Schätzungen der Bisskraft unter Verwendung von Zahneindrückungssimulationen. Zeitschrift für Wirbeltierpaläontologie 30 (4): 1169-1177

Farke, AA 2004. Horneinsatz bei Triceratops (Dinosauria: Ceratopsidae): Testen von Verhaltenshypothesen mit maßstabsgetreuen Modellen. Palaeontologia Electronica. 7 (1): 1-10

Farke, AA; Wolff, EDS; Tanke, DH 2009. Nachweis des Kampfes bei Triceratops. PLoS One 4 (1): e4252

Hayashi, S.; Zimmermann, K.; Scheyer, TM; Watabe, M.; Suzuki, D. 2010. Funktion und Entwicklung der Ankylosaurier-Hautpanzerung. Acta Palaeontologica Polonica 55 (2): 213-228

Padian, K. und Horner, JR 2010. Die Evolution bizarrer Strukturen bei Dinosauriern: Biomechanik, sexuelle Selektion, soziale Selektion oder Artenerkennung? Zeitschrift für Zoologie (online zuerst): 1-15