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Ammoniten

Computertomographie enträtselt Geheimnisse von Ammoniten

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Erste Aufnahmen mithilfe eines Teilchenbeschleunigers

Um eine möglichst gute Bildauflösung zu erreichen, reiste Hoffmann mit seinem Kollegen Florian Fusseis (Edinburgh) zu einem Teilchenbeschleuniger in der Nähe von Chicago, der Synchrotron-Strahlung produziert, also monochromatische, kontrastreiche Röntgenstrahlung. Bei einer Auflösung von 0,74 µm konnten die Bochumer Forscher auch winzige Strukturen sichtbar machen. 48 Stunden ohne Pause scannten sie eine ganze Reihe von Proben, und reisten schließlich mit hoch aufgelösten Bildern von Ammonitengehäusen zurück. Heute ist dieser Aufwand nicht mehr nötig, weil die Technik so weit vorangeschritten ist, dass neueste Mikro-Computertomographen eine Auflösung von 0,5 Mikrometern bei vergleichbarer Bildqualität erreichen.

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Anhand der ersten Daten konnte René Hoffmann die Frage zur Lebensweise der Ammoniten aber noch nicht beantworten. Zunächst musste er zeigen, dass sein Verfahren prinzipiell funktioniert. Für diesen Zweck erstellte er per Computertomographie am Steinmann-Institut der Universität Bonn eine 3D-Rekonstruktion eines Nautilusgehäuses. Da die Tiere noch leben und nicht nur in versteinerter Form vorliegen, konnte er das Gehäuse einfach auf die Waage legen und das so ermittelte Gewicht mit dem Ergebnis aus der Analyse der Röntgenbilder vergleichen. Die Aufnahmen analysierte der RUB-Forscher mit einer speziellen 3D-Software, mit der er festlegen kann, welche Bildbereiche zum Gehäuse gehören und welche nicht. Aus den Daten lässt sich dann das Volumen bestimmen. Mithilfe der Dichte von Kalziumkarbonat – dem Material, aus dem die Schale besteht – berechnete Hoffmann außerdem das Gewicht des gesamten Gehäuses. „Im ersten Anlauf hat das nicht so gut funktioniert“, erinnert er sich. „Ich habe 235 Gramm herausbekommen, habe das Nautilusgehäuse auf die Waage gelegt, und es wog nur 175 Gramm. Da bin ich nervös geworden, denn das kann man natürlich nicht als präzise Methode publizieren.“ Die Fehlersuche begann, und das Problem wurde gefunden: Computertomografische Aufnahmen liegen zunächst nur in Graustufen vor. Für die Bildauswertung musste Hoffmann also definieren, welche Grauwerte in den CT-Bildern das Gehäuse repräsentieren und welche den Hintergrund. Dafür gab es kein objektives Kriterium. „Jeder Bearbeiter würde den Grauwertebereich also anders festlegen“, erklärt der Paläontologe. Eine verlässliche Definition musste her.

Weitere Untersuchungen am Mikro-Computertomographen

In Zusammenarbeit mit der Firma TPW Prüfzentrum aus Neuss scannte René Hoffmann erneut ein Nautilusgehäuse, diesmal gemeinsam mit verschiedenen Hochpräzisionsobjekten aus Aluminiumoxid, Silikat und Kalziumkarbonat. Dimensionen, Dichte, chemische Zusammensetzung und Volumen dieser Objekte waren exakt bekannt. Anhand der CT-Bilder dieser Gegenstände konnte der Grauwertebereich exakt bestimmt werden, am besten funktionierte das mit der Silikatkugel. Die Computerauswertung ergab als Gewicht für die Nautilusschale 200,46 g; die Waage 203,5 g – ziemlich nah dran. Also wagte sich Hoffmann gemeinsam mit RUB-Doktorand Robert Lemanis an die Ammoniten-Analyse. Dazu diente ein gerade einmal 0,98 mm großes hohles Fossil aus Russland, das rund 165 Millionen Jahre alt ist. Es handelte sich um einen sehr jungen Ammoniten, der, kurz nachdem er geschlüpft war, ins Sediment eingebettet wurde.

Die Theorie: Junge Ammoniten konnten schwimmen

Eine Theorie besagt, dass solche Schlüpflinge als Teil des Planktons an der Wasseroberfläche schwammen. Eine andere behauptet, dass die Jung- und Alttiere dafür nicht genug Auftrieb hatten und deshalb am Boden gelebt haben müssen. Die Bochumer Auswertung spricht für die erste Theorie. Ein Schlüpfling mit drei bis fünf Gehäusekammern hätte positiven Auftrieb erzeugt. Selbst mit nur einer gasgefüllten Kammer wäre das Tier nicht zu einem Leben am Boden verdammt gewesen, sondern hätte sich mit aktiven Schwimmbewegungen im Wasser frei bewegen können – nach dem Rückstoßprinzip wie der Nautilus. Bleibt die Frage, wie viele Kammern der Schlüpfling denn nun wirklich hatte. Das Fossil, das Hoffmann und Lemanis untersuchten, besaß elf Kammern. Wie viele davon bereits zum Zeitpunkt des Schlüpfens existierten, ist heute nicht mehr zu sagen. Denn je älter ein Ammonit wurde, desto größer wurde der Weichkörper und desto mehr Gehäusekammern baute das Tier an, um das zusätzliche Gewicht zu kompensieren. Aber René Hoffmann ist überzeugt, dass die Ergebnisse zusammen mit weiteren Indizien dafür sprechen, dass schon frisch geschlüpfte Ammoniten schwimmen konnten – man findet zum Beispiel nie Kriechspuren in der Nähe der versteinerten Gehäuse. Er wird mehr Gehäuse mit der Computertomographie untersuchen und der Frage weiter nachgehen. Aber auch andere Rätsel um das Ammonitengehäuse treiben den RUB-Forscher um. Zum Beispiel die Frage, warum diese Tiere im Gegensatz zu Nautilus sehr kompliziert aufgebaute Kammerwände besaßen. Vielleicht wird der Röntgenblick die Antwort bringen.

* Dr. J. Weiler, Dezernat Hochschulkommunikation Ruhr-Universität Bochum, 44780 Bochum

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