Forscher finden Keratin und Melanosome in 130 Millionen Jahre altem Vogel-Fossil

Versteinertes Exemplar der Gattung Eoconfuciusornis. (Image: Dr. Xiaoli Wang)
Versteinertes Exemplar der Gattung Eoconfuciusornis. (Image: Dr. Xiaoli Wang)

Eine neue Forschungsarbeit der North Carolina State University, der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und der Linyi University hat Belege für die Konservierung ursprünglichen Keratins und Melanosome in einem 130 Millionen Jahre alten Eoconfuciusornis-Exemplar gefunden. Die Arbeit erweitert den Zeitrahmen, in dem ursprüngliche Moleküle konserviert werden könnten und demonstriert die Fähigkeit, zwischen alten Mikrostrukturen in Fossilien zu unterscheiden.

Die Gattung Eoconfuciusornis umfasste krähengroße, primitive Vögel, die vor rund 130 Millionen Jahren im heutigen China lebten. Sie sind die frühesten Vögel, die einen Keratinschnabel ohne Zähne besaßen, so wie moderne Vögel. Vorherige Studien argumentierten, dass die Federn dieser und anderer alter Vögel und Dinosaurier kleine, runde Strukturen bewahrten, die als Melanosome interpretiert wurden. Melanosome sind pigmenthaltige Organellen, die zusammen mit anderen Pigmenten den Federn ihre Farbe geben. Ohne weitere Belege war es jedoch nicht möglich zu beweisen, dass diese Strukturen nicht nur Mikroben waren, die die Federn während der Zersetzung und Versteinerung bedeckten.

Yanhong Pan und Mary Schweitzer untersuchten Federn eines Eoconfuciusornis-Exemplars aus der Jehol-Gruppe im Norden Chinas, die für ihre ausgezeichnete Fossilienkonservierung berühmt ist. Pan ist Forscher an der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und Schweitzer ist Professorin für Biologie an der North Carolina State University mit einer Anstellung am North Carolina Museum of Natural Sciences. Gemeinsam verfassten sie eine Abhandlung, die die Forschungsarbeit beschreibt.

“Wenn diese kleinen Strukturen Melanosome sind, sollten sie in eine Keratinmatrix eingebettet sein, weil Federn Beta-Keratin enthalten”, sagte Schweitzer. “Wenn wir das Keratin nicht finden, könnten diese Strukturen einfach Mikroben sein oder ein Gemisch aus Mikroben und Melanosomen. In jedem Fall wären die Vorhersagen der Schattierung nicht genau.”

Pan, Schweitzer und ihr Team nutzen Scanning- und Transmissionselektronenmikroskopie, um mikroskopische Details der Federoberfläche und ihrer inneren Struktur zu erhalten. Sie verwendeten außerdem eine Technik namens Immunogold Labeling, bei der Goldpartikel an Antikörper angefügt werden, die sich an bestimmte Proteine binden, um sie in der Elektronenmikroskopie sichtbar zu machen. Auf diese Weise zeigten sie, dass die Filamente innerhalb der Federn aus Keratin bestehen.

Zum Schluss kartierten sie Kupfer und Schwefel in diesen Federn mit hoher Auflösung. Schwefel war weit verbreitet und spiegelt seine Präsenz sowohl in den Keratin- als auch in den Melaninmolekülen moderner Federn wider. Kupfer allerdings, das heutzutage nur in Melanosomen und nicht als Teil von Keratin vorkommt, wurde nur in den fossilen Melanosomen beobachtet. Diese Ergebnisse unterstützen die Identität der Melanosome und sprechen dafür, dass es keine Vermischung während der Zersetzung und Versteinerung gab.

“Diese Studie ist die erste, die Belege für Keratin und Melanosome erbringt, indem sie strukturelle, chemische und molekulare Methoden verwendet”, sagte Pan. “Diese Methoden haben das Potenzial, dass wir auf molekularer Ebene verstehen können, wie und warum sich in diesen Abstammungslinien Federn entwickelten.”

Die Studie erscheint in den Proceedings of the National Academy of Sciences. Die Arbeit wurde in Teilen unterstützt von der National Science Foundation (EAR-1344198), der David and Lucille Packard Foundation und der National Natural Science Foundation of China. Wenxia Zheng (NC State), Elena Schroeter (NC State) und Alison Moyer (jetzt an der Drexel University), Zhonghe Zhou, Jingmai K. O’Connor und Min Wang (Chinesische Akademie der Wissenschaften) sowie Xiaoting Zheng und Xiaoli Wang von der Linyi University wirkten ebenfalls an der Studie mit.

Quelle

(THK)

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