Die organische Phase in Dinosaurier-Eierschale: Analyse, Modellvorstellungen zu ihrer Erhaltung, und Implikationen für den Ursprung der Fortpflanzungsbiologie der Vögel

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Privatdozentin Dr. Marianne Engeser; Professor Dr. Martin Sander
• Fachliche Zuordnung: Paläontologie ; Analytische Chemie ; Mineralogie, Petrologie und Geochemie ; Organische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 348043586

Es ist seit langem bekannt, dass Eierschalen bei der Fossilisation neben ihrer Form auch ihre histologische Struktur bewahren, was die Grundlage der Paläoologie ist. Eierschale ist ein Biokomposit-Material wie Knochen, aber sie ist zu einem viel höheren Grad mineralisiert als Knochen. Allerdings stellt die Eierschale eine vielversprechendere Matrix für die Konservierung von endogenen Biomolekülen dar als der Knochen, weil sie beim Versteinerungsprozeß weniger von Lösungs-Fällungsprozessen betroffen ist. Die organische Phase in der Eierschale enthält Komponenten, die bei der Embryonal-Entwicklung eine Rolle spielen, die die Eierschale verfestigen und sie färben. Wir vermuten nun, das Systeme von Biomineralen und organischen Bestandteilen eine lokale chemische Umgebung bilden können, die die Konservierung ihrer organischen Bestandteile über die geologische Zeit ermöglicht. Gleichzeitig mit Entwicklungen in den Geflügelwissenschaften begann der Paläontologe ab den 1960er Jahren, Dinosaurier-Eierschale auf Erhaltung fossiler Biomoleküle zu untersuchen. Nach dieser allgemeinen Idee versuchten mehrere zeitgenössische (und auch modernere) Studien, alte DNA aus fossiler Eierschale zu extrahieren. In eine etwas andere Richtung gehen die Vorarbeiten der Antragsteller. Basierend auf den umfangreichen fossilen Eierschalen-Sammlungen und fruchtbaren chinesischen Kooperationen des Steinmann-Instituts haben wir erstmals fossile Eierpigmente aus der Kreidezeit erfolgreich und in erheblichen Mengen nachgewiesen. Dieser Nachweis wurde durch die Kompetenz aus den Bereichen Naturprodukt- und Metabolit-Extraktion aus biologischen Matrizen (Labor von Prof. Christa Müller) und organochemischen High-End-Analysentechniken (Labor von Dr. Marianne Engeser) ermöglicht, z.B. Flüssigkeitschromatographie (HPLC ) ESI Q-TOF Massenspektrometrie. Speziell wiesen wir die Tetrapyrrole Biliverdin und Protoporphyrin in Eiern des oviraptoriden Dinosauriers Heyuanni huangi nach, die ihnen eine blau-grüne Färbung gaben. Weil die uterine de novo-Synthese solcher Pigmente und deren Einbau in die Eierschale nur von den heutigen Vögeln bekannt war, hat diese Forschung wichtige evolutionäre Implikationen, einschließlich Aspekten der sensorischen und Verhaltensökologie. Das Ziel des beantragten Projektes ist, die materielle Natur der Eierschalen von Dinosauriern und Vögeln aus dem Erdmittelalter zu verstehen. Der Schwerpunkt liegt auf der organischen Phase (die im Gegensatz zur Mineralphase kaum untersucht ist). Wir beabsichtigen nicht nur, Abbauprodukte von konservierten Pigmenten zu detektieren, zu lokalisieren und zu identifizieren, sondern es besteht die Möglichkeit, die Proteinverbindungen, die das squamatische Gerüst in der Eierschale aufbauen, nachzuweisen. Unsere Forschung ist vor dem Hintergrund der Evolution von Reproduktionsbiologie der Vögel zu sehen, für die ein verfeinertes Verständnis der fossilen Eier und Eierschalen entscheidend ist.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 2685: Die Grenzen des Fossilberichtes: Analytische und experimentelle Ansätze zum Verständnis der Fossilisation