Neues über die biochemische Struktur von Fossilien
Dem Rätsel der chemischen Struktur urzeitlicher Fossilien konnte nun ein Forscherteam aus dem Vereinigten Königreich und den USA mithilfe eines starken Mikroskops erfolgreich auf die Spur kommen. Ihre Entdeckung: Sogar Fossilien aus dem Paläozoikum - also einer Zeit von vor rund 542 bis 251 Millionen Jahren - enthalten das Polysaccharid Chitin und ein Strukturprotein. Diese Bestandteile werden normalerweise rasch von Mikroorganismen abgebaut. Die Wissenschaftler gehen davon aus, dass ihre im Fachjournal Geology veröffentlichten Erkenntnisse ganz erhebliche Folgen für unser Verständnis organischer Fossilienfunde haben könnten. Das Team bestand aus Professor George Cody vom Geophysical Laboratory der Carnegie Institution for Science in Washington, USA, und Professor Andrew C. Scott vom Department of Earth Sciences an der Royal Holloway University of London im Vereinigten Königreich. Die älteste molekulare Signatur eines Chitin-Protein-Komplexes wurde bisher in 25 Millionen Jahre alten känozoischen Fossilien entdeckt, während Überreste von Gerüstproteinen in 80 Millionen Jahre alten Fossilien aus dem Mesozoikum gefunden wurden. In dieser jüngsten Studie fanden die Wissenschaftler nun aber Relikte des Protein-Chitin-Komplexes in fossilen Arthropoden aus dem Paläozoikum - und diesen Fund hätte wohl niemand jemals erwartet. Gliederfüßer haben neben anderen gemeinsamen Merkmalen Außenskelette bzw. Panzer, die Kutikula. Die äußeren Teile dieser Kutikula bestehen aus einem Verbund von Chitinfasern, die in eine Proteinmatrix eingebettet sind. Da Chitin und Strukturproteine recht schnell von Mikroben abgebaut werden, vermuteten die Wissenschaftler, dass sie nur in neueren Fossilien vorhanden sein können. Diese Annahme erwies sich allerdings als falsch: Bei der Untersuchung der fossilen Überreste einer 310 Millionen Jahre alten Skorpionkutikula aus dem US-Bundesstaat Illinois und eines 417 Millionen Jahre alten Seeskorpions - eines ausgestorbenen Skorpion-ähnlichen Arthropoden, der möglicherweise mit Pfeilschwanzkrebsen verwandt ist - aus Ontario in Kanada gelangten Professor Cody und sein Team zu dieser Überzeugung. Die Forscher maßen mithilfe hochmoderner analytischer Instrumente an der Advanced Light Source Facility in den USA die Absorptionsspektren von Röntgenstrahlen mit niedriger Energie. Aus der Absorption der Strahlung konnten sie auf das Vorhandensein der Elemente Kohlenstoff, Stickstoff und Sauerstoff in den Fossilien schließen. Diese Messungen wurden mit einer Auflösung in der Größenordnung von 25 Nanometern vorgenommen. Die Forscher konnten nachweisen, dass der Hauptanteil des in diesen Fossilien aus dem Paläozoikum gefundenen Kohlenstoffs, Stickstoffs und Sauerstoffs von einem Protein-Chitin-Komplex herstammte. Die Autoren schreiben dazu: "Diese Studie zeigt, dass die Kutikula fossiler Arthropoden als ein Verbund von Wachsen und abgebautem, aber immer noch stickstoffreichen Chitin-Protein-Komplex im Nanobereich existiert." Den Wissenschaftlern zufolge war das Protein-Chitin-Material - entweder infolge chemischer Prozesse oder partiellen bakteriellen Abbaus - ein wenig zersetzt, was aber niemanden überraschte. "Es ist klar, dass sich das fossile Makromolekül erheblich von dem ursprünglichen Chitin-Protein-Verbund der modernen Kutikula unterscheidet", schlussfolgern die Autoren. "Diese Unterschiede können als ein Ergebnis des weitreichenden (aber nicht vollständigen) bakteriellen Abbaus und der möglicherweise anschließenden diagenetischen Alteration interpretiert werden." "Der weitgehende Abbau von Ester-, Amid- sowie glykosidischen Bindungen hat wahrscheinlich einen Großteil des Chitin-Protein-Komplexes zerstört und Fettsäuren freigesetzt", während "der Entzug von Wasser aus dem Chitin ungesättigten Kohlenstoff hervorbrachte, der die Absorptionsintensität im aromatischen und/oder olefinischen Bereich erhöht." Nach Professor Scotts Einschätzung unterstützen die Forschungsergebnisse "unser Wissen über den Versteinerungsprozess und diese neue Technik ermöglicht es uns, die chemische Natur des Fossils zu erkunden, ohne es völlig zu zerstören." Dem rudimentären Protein-Chitin-Komplex könnte eine "ausschlaggebende Rolle bei der organischen Fossilienerhaltung durch Schaffen eines Schutzes vor vollständigem Abbau in Form eines wachsartigen Überzuges zukommen, der die Arthropoden vor Austrocknung schützt", so der Professor.Weitere Informationen unter: Carnegie Institution for Science: http://carnegiescience.edu/ Royal Holloway, University of London: http://www.rhul.ac.uk/home.aspx Geology: http://geology.gsapubs.org/
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Vereinigtes Königreich, Vereinigte Staaten