Новое исследование доказало, что панцирные динозавры обладали сверхпрочной броней, способной выдерживать удары автомобилей

Gepanzerte Dinosaurier: Die Gladiatoren des Erdmittelalters Im Pantheon der Großsaurier mögen die Sauropoden die größten und die Tyrannosaurier die tödlichsten gewesen sein – doch die brachialsten Kampfmaschinen hießen Ceratopsier, Ankylosaurier oder Stegosaurier. Mit ihren Hörnern und Stacheln, Panzerplatten und Schwanzkeulen beflügelten diese massiv bewehrten Dinosaurier seit jeher die Fantasie der Menschen. Bereits im frühen 20. Jahrhundert stellte der US-amerikanische Paläokünstler Charles Robert Knight (1874–1953) den waffentragenden Pflanzenfresser Triceratops als würdigen Gegner des karnivoren Tyrannosaurus rex dar. Und Stegosaurus tritt seit 1993 mit seinen knöchernen Schildplatten am Rückenkamm regelmäßig als furchterregende Gestalt in der Filmreihe »Jurassic Park« auf. Trotz der ungebrochenen Faszination für diese »lebenden Panzer«, wie die hochgerüsteten Saurier gelegentlich genannt werden, blieben viele Aspekte ihrer Anatomie – insbesondere der Aufbau und die eigentliche Funktion ihrer eindrucksvollen Panzerung – lange Zeit unklar. Das lag am Mangel an Fossilien, die zudem meist nur aus Fragmenten bestanden. Gefunden wurden auch nur harte Knochenteile, aber kein zugehöriges Weichgewebe. Bei ihren Versuchen, das Äußere dieser längst ausgestorbenen Tiere anhand der mageren Überreste lebensnah zu rekonstruieren, interpretierten Paläontologen viele Knochenfunde als Hauptkomponenten der Panzerung. Dabei ergaben sich eindrucksvolle Gestalten: Ceratopsier mit meterbreitem Nackenschild, Stegosaurier mit armlangen Schwanzstacheln, Nodosauriden mit fast halbmeterlangen Schulterdornen. In den letzten Jahren kamen jedoch Fossilien ans Licht, die außerordentliche, bisher nicht beschriebene anatomische Merkmale der Panzerechsen offenbarten. Diese erstaunlich gut erhaltenen Exemplare enthüllen den tatsächlichen Aufbau von Panzern und Waffen der Tiere. Anhand der neuen Befunde konnten meine Kollegen und ich die mechanischen Eigenschaften der Hörner, Stacheln und Platten analysieren. Dabei erwies sich ihre Anatomie als noch beeindruckender als bisher angenommen. Die Entdeckungen könnten zudem die seit Langem anhaltende Debatte über die wichtigste Funktion dieser spektakulären Körpermerkmale beenden. Zuul und Borealopelta Unsere Erkenntnisse basieren in erster Linie auf zwei außergewöhnlichen Fossilien, die 2017 erstmals beschrieben wurden. Bei dem einen handelt es sich um einen Ankylosaurier mit einer mächtigen Schwanzkeule. Victoria Arbour, zurzeit am kanadischen Royal British Columbia Museum, und David Evans vom Royal Ontario Museum tauften ihn auf den Namen Zuul crurivastator, da er dem Monster Zuul aus dem Film »Ghostbusters« von 1984 ähnelt (der Artbeiname bedeutet so viel wie »Schienbeinzerschmetterer«). Das zweite Fossil gehört zu den Nodosauriden, einer Gruppe der Ankylosaurier, die für ihre gefährlichen Schulterstacheln bekannt sind. Caleb Brown und seine Kollegen vom Royal Tyrrell Museum in der kanadischen Provinz Alberta nannten dieses Tier Borealopelta markmitchelli – »Schild des Nordens« – und ehrten damit zudem seinen Präparator Mark Mitchell. Die Exemplare von Zuul und Borealopelta repräsentieren wissenschaftlich neu beschriebene Spezies. Doch was diese Fossilien besonders spannend macht, ist ihr hervorragender Erhaltungszustand. Sie zählen zu den am besten konservierten Dinosaurierfossilien überhaupt, die nicht nur die knöchernen Anteile des Schildpanzers offenbaren, sondern auch das dazugehörige Weichgewebe. Anhand dieser Fundstücke gelang es erstmals, das Material der komplexen Körperoberflächen gepanzerter Dinosaurier sicher zu identifizieren. Schon vor der Entdeckung von Zuul und Borealopelta hatten Forscherinnen und Forscher vermutet, dass es sich bei den knöchernen Anteilen der Panzerung – den sogenannten Osteodermen – von Sauriern wie Ankylosaurus oder Stegosaurus lediglich um den tragenden Unterbau handelte, der beim lebenden Tier mit Keratin (aus dem auch Haare, Nägel und Hörner bestehen) überzogen war. Die neuen Funde bestätigten die Annahme. Sie zeigen klar, dass auf den Osteodermen des Panzers eine Keratinschicht lag. Allerdings erwiesen sich die Hornschichten als viel massiver als zuvor vermutet. Die bestens erhaltene Panzerung des Borealopelta-Fossils bestand bis zu einem Viertel aus Keratin. Letzteres war jedoch teilweise abgetragen, weshalb die Hornauflagerungen beim lebenden Tier wohl noch dicker waren. Nachdem ich das Fossil selbst untersucht habe, vermute ich, dass diese Schichten deutlich mehr als 40 Prozent der Gesamtstärke des Panzers ausmachten. Solche Untersuchungen haben unsere Vorstellung von diesen Dinosauriern geradezu revolutioniert: Erstens waren ihre Panzer anders aufgebaut und noch beeindruckender gestaltet als bislang angenommen. Und da es bei den meisten gepanzerten Saurierfossilien Anzeichen für eine Hornschicht gibt, besaßen zweitens wahrscheinlich auch andere Spezies entsprechend gebaute Knochenpanzer. Demnach waren die Stacheln, Platten und Hörner aller gepanzerten Dinosaurier wohl deutlich mächtiger, als die Skelettfunde auf den ersten Blick vermuten lassen. Festigkeit und Zähigkeit Um die weitreichenden Auswirkungen einer teilweise aus Keratin bestehenden Panzerung zu erfassen, müssen wir uns mit den Materialeigenschaften befassen (siehe »Zäh wie Nägel«). Am wichtigsten sind Festigkeit und Zähigkeit: Ersteres bezeichnet den Widerstand, den ein Gebilde bei Verformung leisten kann, ohne zu brechen. Wenn sich ein Stab nur mit großem Kraftaufwand in zwei Stücke zerteilen lässt, dann weist sein Material eine hohe Festigkeit auf. Dagegen repräsentiert die Zähigkeit das Maß für die Fähigkeit eines Stoffs, Energie aufzunehmen. Ein zäher Gegenstand bleibt nach einem harten Schlag intakt, während ein spröder – wie beispielsweise Glas – zerbricht. Zäh wie Nägel Die knöchernen Platten, Hörner, Halskragen, Keulen und Stacheln der gepanzerten Dinosaurier waren mit dicken Schichten aus Keratin überzogen – dem gleichen Material, aus dem auch die Nägel und Haare anderer Tiere bestehen. Der Keratinanteil dürfte das Volumen der Fortsätze um mindestens 40 Prozent vergrößert haben. Keratin ist ein außerordentlich zähes Material und konnte die bei Kämpfen zwischen rivalisierenden Tieren entstehende Aufprallenergie effektiv absorbieren. Die Kombination aus zäher Keratinummantelung und festem knöchernem Kern ergab eine praktisch unzerstörbare Panzerung. Im Gegensatz zum sehr festen, aber spröden Knochen ist Keratin nur mäßig fest, dafür jedoch extrem zäh. Daher eignet es sich hervorragend für eine widerstandsfähige Bewaffnung und Panzerung. Man denke nur an die langen Hornstacheln afrikanischer Stachelschweine, die einen Löwen tödlich verletzen können, sollte er eines dieser außerordentlich gut bewehrten Tiere attackieren. Knochen können unter dem starken Biss eines Löwen brechen. Die Keratinkiele nehmen dagegen die Energie des Bisses auf, behalten dabei aber weitgehend ihre normale Form, sodass das Stachelschwein sie tief in das Gesicht und Maul des Angreifers hineintreiben kann. Wichtige Hinweise zur Panzerung der Dinosaurier liefern die Hörner der heutigen Antilopen, Schafe und Ziegen. Dickhornschafe rammen sich bei Rangkämpfen gegenseitig mit ihrem Gehörn, das nicht nur aus Knochen besteht, sondern auch mächtige Keratinschichten aufweist. Die physikalischen Eigenschaften der Hörner ergeben sich aus dem Zusammenspiel zwischen dem äußeren, widerstandsfähigen Keratin und dem spröderen, aber besonders druckfesten knöchernen Kern. Diese Kombination vereint das Beste aus zwei Welten: Die zähe Keratinhülle absorbiert die hohe Stoßenergie, während der feste Knochen dem Biegen und Brechen widersteht. Ein weiterer Vorteil eines solchen Aufbaus ist die Tatsache, dass Schäden am äußeren Keratin weder Schmerzen noch Blutungen verursachen. Beim Knochen handelt es sich hingegen um ein lebendes Gewebe mit umfangreichen Blutgefäß- und Nervennetzen. Daher taugen exponierte Knochen als Panzerung wenig: Eine Verletzung wäre äußerst schmerzhaft und dürfte heftig bluten. Ein Beißtest Die Untersuchungen an Zuul und Borealopelta zeigen uns, dass es sich bei den Panzern der Dinosaurier um einen außergewöhnlich zähen Verbund aus Knochen und einer aufgelagerten Keratinschicht handelte. Diese nahm die Hauptbelastung auf und fing Stöße ab. Eventuell auftretende Beschädigungen bei Kämpfen mit anderen Tieren endeten überwiegend harmlos, ohne Blutverlust oder Schmerzen. Der von Hautgewebe umhüllte Knochenkern sorgte für Festigkeit und produzierte das Keratin, mit dem er verlorenes und abgenutztes Hornmaterial ersetzte. Insgesamt ergab sich so eine höchst robuste, nachwachsende Rüstung, die zudem in der Lage war, immense Energiemengen zu absorbieren. Gemeinsam mit Caleb Brown, dem Erstbeschreiber von Borealopelta, untersuchte ich die Energieabsorption dieser Panzerung und präsentierte 2024 auf der Jahrestagung der Society of Vertebrate Paleontology die ersten Ergebnisse unserer Arbeit. Vorläufigen Schätzungen zufolge waren die mächtigsten Anteile des Panzers von Borealopelta in der Lage, die Energiemenge einer Kollision zweier Autos bei hoher Geschwindigkeit zu verkraften. Die Knochen-Keratin-Verbundstruktur dürfte die Zähigkeit der Schutzrüstung im Vergleich zu einem reinen Knochenpanzer um mindestens das 20-Fache gesteigert haben. Ein derartig widerstandsfähiges Gebilde hätte sich als äußerst vorteilhaft erwiesen – insbesondere in einem Lebensraum mit Raubtieren, die nach Meinung von Fachleuten über sehr hohe Beißkräfte verfügten. Hingegen wäre ein Panzer aus nur dünn überzogenen Knochen bei Bissen solcher Raubtiere höchstwahrscheinlich gerissen oder zerborsten. Es war also ein klarer Vorteil, über eine Rüstung mit dicken Schutzschichten zu verfügen. Die mächtigsten Anteile des Panzers von Borealopelta waren in der Lage, die Energiemenge einer Kollision zweier Autos bei hoher Geschwindigkeit zu verkraften Doch benötigte Borealopelta tatsächlich einen derart massiven Hornpanzer, um sich gegen Fressfeinde zu wehren? Ich fragte mich, ob es einem Raubsaurier überhaupt gelingen konnte, die Panzerung mit einem kraftvollen Biss wesentlich zu beschädigen. Um das herauszufinden, bat ich 2019 den Physiker Seamus Blackley, eine mechanische Vorrichtung zum Testen des Schutzpanzers zu konstruieren. Damit ließen wir für eine Sendung des kanadischen Fernsehens Borealopelta gegen das wohl größte Raubtier antreten, dem die Panzerechse zu Lebzeiten begegnen konnte: den theropoden Dinosaurier Acrocanthosaurus. Beim Bau unserer Modelle hatten wir darauf geachtet, die Beißkraft und die Eigenschaften der Zähne des Räubers sowie den Schutzschild der Beute möglichst genau zu imitieren. Dann testeten wir das für Borealopelta ungünstigste Szenario, bei dem es Acrocanthosaurus gelungen wäre, seine Zähne steil in die Panzerung zu schlagen. Doch selbst unter diesen optimalen Bedingungen mussten wir unser geradezu furchterregendes Modellgebiss zweimal an genau derselben Stelle zuschlagen lassen, um das Panzermaterial ernsthaft zu beschädigen. Für unsere Experimente hatten wir nur die weniger massive Zone im hinteren Bereich der Panzerung nachgebaut, da wir davon ausgingen, dass jeder Versuch, die Vorderseite des Sauriers zu attackieren, chancenlos gewesen wäre. Denn während der hintere Teil des Körpers lediglich mit einer mosaikartigen Anordnung zahlreicher kleiner, keratinüberzogener Osteodermen verkleidet war, wirkte Borealopelta (wie andere Nodosauriden) von vorn wahrhaft furchterregend: Klingenförmige Hornplatten bedeckten den Hals der Bestie, und aus ihren Schultern ragten massive Stacheln. Insgesamt ähnelte die Gestalt einer Kampfmaschine aus dem Videospiel »World of Warcraft«. Ein frontal angreifender Räuber hätte daher vermutlich nicht lange überlebt. Heftiger Kampf unter Artgenossen Paläontologinnen und Paläontologen diskutieren schon seit Langem über den möglichen Nutzen der Panzerung: Diente sie zum Schutz vor Raubtieren, als Rüstung für den Kampf mit Artgenossen, dem Imponieren bei der Partnerwahl – oder allem zugleich? Wenn es tatsächlich nur darum ging, sich gegen Fleischfresser auf der Suche nach einer Mahlzeit zu wappnen, dann wirkt der Panzer von Borealopelta etwas überdimensioniert. Wozu brauchte der Saurier stattdessen seine mächtigen Hornplatten? Hier hilft wieder der Blick auf heutige Tiere mit komplex gestalteten Knochen- und Horngebilden. Klingenförmige Hornplatten bedeckten den Hals der Bestie, und aus ihren Schultern ragten massive Stacheln. Insgesamt ähnelte die Gestalt einer Kampfmaschine In der jetzigen Tierwelt dienen solche Strukturen zwar ebenfalls zur Abwehr von Raubtieren, doch ihre primäre Funktion liegt fast immer im Imponieren und im Kampf zwischen Rivalen derselben Spezies. Derartige Begegnungen können ungemein heftig verlaufen. Dickhornschafe rammen sich gegenseitig mit etwa der 60-fachen Wucht, die es benötigt, um einen menschlichen Schädel zu zertrümmern. Und sie tun es immer wieder, manchmal stundenlang. Es gibt Filmaufnahmen von Hirschen, die mit ihrem Geweih den Kopf eines Rivalen aufspießen. Diese Tiere kommen sogar mit einem rein knöchernen Geweih ohne Keratinanteile aus, weil der voll ausgebildete Geweihknochen abgestorben ist und nicht blutet, wenn er beschädigt wird. Zudem werfen Hirsche ihren Kopfschmuck jedes Jahr ab und erneuern ihn dann vollständig. Anders als in filmischen Darstellungen, wo sich Raubsaurier spektakuläre Duelle mit massiven Pflanzenfressern liefern, geht es jagenden Tieren darum, mit möglichst wenig Aufwand Beute zu schlagen. Die eindrucksvollsten Auseinandersetzungen im Tierreich finden daher nicht zwischen Räuber und Beute statt, sondern zwischen bewaffneten oder gepanzerten Pflanzenfressern derselben Spezies, die um Rang oder Geschlechtspartner kämpfen. Das galt wahrscheinlich bereits im Mesozoikum. 2022 beschrieben Victoria Arbour und ihre Kollegen verheilte Verletzungen an den Flanken eines Zuul-Exemplars, die am ehesten von einem Schlag mit der Schwanzkeule eines Artgenossen herrühren dürften. Fossilien von jungen Nodosauriden zeigen außerdem, dass sich deren Bewaffnung am Schulterbereich erst später im Leben voll entwickelte – obwohl das Risiko, einem Raubtier zum Opfer zu fallen, für Jungtiere höher war. Diese Befunde in Verbindung mit der überdimensionierten Panzerung von Borealopelta legen nahe, dass zumindest die furchterregendsten Waffen gepanzerter Dinosaurier meist im Kampf zwischen Rivalen derselben Spezies eingesetzt wurden. Dass sie damit notfalls auch ein Raubtier abwehren konnten, war nur ein zusätzlicher Vorteil. Überbreite Rammböcke Dank der beiden außergewöhnlich gut erhaltenen Exemplare der Panzerechsen Zuul und Borealopelta wissen wir heute, auf welche Anzeichen für dicke Keratinpanzer wir bei fossilen Tieren achten müssen – und werden in vielfältiger Gestalt fündig. Von den faserigen, mit Blutgefäßen durchzogenen Knochenkanten in den Rückenplatten von Stegosaurus bis zu den Furchen entlang der Hörner von Triceratops – die Hinweise auf robuste Keratinstrukturen sind allgegenwärtig, wir haben sie bisher bloß nicht erkannt. Das Bild der Panzerechsen – alt und neu Die gepanzerten Dinosaurier waren viel imposanter und wehrhafter, als frühere Rekonstruktionen vermuten ließen. Mit ihren ausladenden Hörnern und Stacheln konnten die Tiere tödliche Attacken durchführen. Die zähen Schildplatten wirken allein zur Verteidigung gegen Raubtiere überdimensioniert. Da heutige Tiere wie Antilopen ihre aus Keratin und Knochen aufgebauten Stirnwaffen im ritualisierten Kampf gegen Artgenossen einsetzen, dürften die Panzer der Dinosaurier ebenfalls vor allem dazu gedient haben, bei innerartlichen Auseinandersetzungen um Geschlechtspartner oder Reviere zu bestehen. Das Material Keratin bestimmte nicht nur die Leistungsfähigkeit der Panzerung durch höhere Zähigkeit und geringere Festigkeit, sondern beeinflusste auch erheblich Gestalt und Aussehen der Tiere. Diese Einsicht erzeugte ein Umdenken bei der bildlichen Darstellung der Dinosaurier (siehe »Das Bild der Panzerechsen – alt und neu«). Untersuchungen zu Haltung, Gang und Skelettmechanik führten dazu, dass die im 20. Jahrhundert kursierenden Bilder buckliger Ceratopsiden und schlaffschwänziger Stegosaurier der Vorstellung eines aufrechteren, muskulösen Körperbaus mit hoch erhobenem Kopf gewichen sind. Die Ankylosaurier werden heute als niedrige, überbreite Rammböcke dargestellt und nicht mehr wie einst als eher melonenförmige Wesen. Literaturtipp D’Emic, M. D.: Evolution der Giganten. Spektrum der Wissenschaft, April 2024, S. 12–19 Der Paläontologe Michael D. D’Emic erklärt, wie die Sauropoden so riesig werden konnten. Die revidierten Vorstellungen von Körperhaltung und Anatomie führten zu Rekonstruktionen, die spektakulärer und wehrhafter aussehen als die früher erstellten Modelle. Diese Tiere waren nicht nur bis zum Anschlag bewaffnet, sondern auch dafür ausgelegt, ihre Waffen mit tödlicher Wirkung einzusetzen. Die gepanzerten Dinosaurier erschienen bei Weitem nicht als die trägen Wesen, die man sich in den vergangenen Jahrhunderten vorstellte. Vielmehr gehörten sie zu den gefährlichsten Organismen ihrer Ökosysteme: von riesiger Gestalt und furchterregend im Gefecht. Nur wenige Tiere dürften es gewagt haben, diese imposanten Kreaturen herauszufordern – abgesehen von ebenso gut gerüsteten Rivalen derselben Spezies. Sie waren die Gladiatoren ihrer Epoche, stets zum Kampf bereit im Streben nach Rang, Fortpflanzungspartnern und Territorium.