Protofedern oder Kollagenfasern?

Abb. 1: Sinosauropteryx aus der Inneren Mongolei. Die faserigen Strukturen entlang der Wirbelsäule werden von einigen Forschern als primitive Federn interpretiert. (Wikimedia Commons, © Sam / Olai Ose / Skjaervoy from Zhangjiagang, China)

In den letzten 15 Jahren hat sich das evolutionstheoretische Bild von der Entstehung der Vögel sehr stark verändert. Lange Zeit stand der „Urvogel“ Archaeopteryx relativ isoliert im Übergangsfeld von Reptilien und Vögeln, vor allem in Bezug auf seine im Wesentlichen „modern“ gebauten Federn. Seit den 1990er Jahren sind jedoch vor allem in China zahlreiche Fossilgattungen von Dinosauriergruppen entdeckt worden, die Federn oder mutmaßlich federähnliche Körperbedeckungen besaßen (einen kurzen Überblick gibt Junker 2005). Daher gilt es heute weithin als gesichert, dass Vögel von zweibeinigen kleinen Raubdinosauriern aus der Gruppe der Theropoden abstammen und dass verschiedene Stufen einer evolutiven Federentwicklung fossil dokumentiert seien. Beide Auffassungen werden nur von einer Minderheit in der Fachwelt in Frage gestellt.

Zu ihnen gehört der Biologe Theagarten Lingham-Soliar von der Universität University of KwaZulu Natal / Südafrika. Seit vielen Jahren führt er Fossilisierungsversuche mit Reptilien- und Fischhäuten durch und hat in mehreren Arbeiten gezeigt, dass Zerfallsstadien von Kollagenfasern der Haut einigen fossilen Strukturen stark ähneln, die gewöhnlich als Protofedern bzw. Federvorstufen bei Dinosauriern gewertet werden (vgl. z. B. Feduccia et al. 2005). Damit würde eine mögliche Zwischenform einer evolutiven Entstehung von Federn wegfallen. Bei den als Federvorstufen interpretierten Körperanhängen handelt es sich um z. T. verzweigte faserige Strukturen, die einem hypothetischen Stadium eines populären Modells der Federentstehung entsprechen. Solche Strukturen wurden bei den Gattungen Sinosauropteryx, Sinornithosaurus und Beipiaosaurus entdeckt. Andere Gattungen besitzen voll entwickelte Federn, die z. T. als rückgebildet interpretiert werden; es kommen wieder bei anderen Formen auch unverzweigte faserige Integumentstrukturen vor, deren Federnatur allerdings schon aufgrund ihrer Einfachheit als zweifelhaft betrachtet werden muss (haarartige Körperbedeckungen gibt es bei vielen Reptilgattungen, die in keiner näheren Beziehung zu vogelähnlichen Dinosauriern stehen).

Nun behaupten Zhang et al. (2010), einen Nachweis erbracht zu haben, dass es sich bei den federähnlichen Strukturen bei der Gattung Sinosauropteryx um Körperanhänge handeln müsse, die Federn entsprechen. Es könne ausgeschlossen werden, dass es sich um zerfallende Kollagenfasern der Haut handelt. Als Belege führen sie den Nachweis von zwei Arten von Melanosomen an, das sind Organelle, die Farbstoffe enthalten und für die Gefiederfärbung sorgen. Solche Melanosomen sind aus Federn heutiger Vögel bekannt; sie sind nur wenige µm groß und länglich bis rundlich geformt.

Sollte Sinosauropteryx tatsächlich Federvorstufen besitzen, wäre das evolutionstheoretisch auch insofern bedeutsam, als diese Gattung als basaler Coelurosaurier nur relativ weitläufig verwandt mit Vögeln oder vogelähnlichen Dinosauriern ist. Es wäre dann naheliegend anzunehmen, dass solche Protofedern unter Dinosauriern weit verbreitet sind.

Lingham-Soliar (2011) hat die Arbeit von Zhang et al. kritisch analysiert und kommt zu einem negativen Urteil über deren wissenschaftliche Qualität, und zwar in zweierlei Hinsicht. Zum einen sei der Nachweis, dass es sich bei den nachgewiesenen Gebilden wirklich um Melanosomen handelt, nicht erbracht. Er mahnt methodische Mängel an: so seien keine Quer- und Längsschnitte durchgeführt worden und es fehle eine statistische Analyse von Größe und Form der betreffenden Strukturen (Lingham-Soliar 2011, 575). Bei stärkerer Vergrößerung zeige sich, dass Form und Größe der Stukturen nicht klar bestimmbar seien; die bei geringerer Vergrößerung erkennbare Form sei eine optische Tauschung (Lingham-Soliar 2011, 567).

Darüber hinaus äußert Lingham-Soliar eine grundsätzliche Kritik: Zhang et al. hätten gar nicht alle denkbaren Möglichkeiten über die mögliche Natur der mutmaßlichen Melanosomen in Erwägung gezogen, sondern nur die Alternative „Melanosomen oder Bakterien“ geprüft. Daraus aber, dass die ausschließen können, dass es sich um Reste von Bakterien handelt, könne nicht geschlossen werden, dass es sich um Melanosomen handelt; das wäre eine falsche Dichotomie. Alle denkbaren Arbeitshypothesen müssten getestet werden; und Lingham-Soliar bringt aufgrund seiner experimentellen Studien eine Reihe von Indizien dafür, dass es sich um zerfallene Reste von Kollagenfasern handeln kann und hält diese Deutung durch die Befunde für besser gestützt. Außerdem könne die Deutung nicht verallgemeinert werden. Die Deutung als Melanosomen könne zwar nicht ausgeschlossen werden, sei aber völlig spekulativ, da Zhang et al. (2010) keine Belege dafür bringen; so müsste z. B. der Zerfall von Melanosomen untersucht und mit den fossilen Stukturen verglichen werden.

Lingham-Soliar (2011) weist aufgrund dieser Kritikpunkte die Schlussfolgerung von Zhang et al. (2010) zurück, dass schlüssig gezeigt worden sei, dass die Integumentstrukturen von Sinosauropteryx Körperanhänge seien. Weder sei dies positiv gezeigt worden noch seine alle alternativen Deutungsmöglichkeiten geprüft worden. Die Federnatur des mutmaßlichen einfachen Federstadiums ist damit weiterhin nicht sicher belegt.

Falsche Dichotomien gibt es häufig Ursprungsfragen. Auch Darwin beging diesen Fehler, als der die Widerlegung der Artkonstanz als Beleg für eine allgemeine Evolution wertete und damit die Möglichkeit einer gewissen Flexibilität innerhalb eines engeren Verwandtschaftskreises nicht prüfte.

R. Junker

[Feduccia A, Lingham-Soliar T & Hinchliffe JR (2005) Do Feathered Dinosaurs Exist? Testing the Hypothesis on Neontological and Paleontological Evidence. J. Morphol. 266, 125-166; Lingham-Soliar T (2011) The evolution of the feather: Sinosauropteryx, a colourful tail. J Ornithol. 152, 567-577; Zhang F, Kearns SL, Orr PJ, Benton MJ, Zhou Z, Johnson D, Xu X & Wang X (2010) Fossilized melanosomes and the colour of Cretaceous dinosaurs and birds, Nature 463, 1075-1078.]