Theorie der Giganten

Der Brachiosaurus brancai ist schlicht und einfach zu groß geraten. Und das nicht nur für das Sauriermuseum in Aathal bei Zürich. Auf vier säulenartigen Beinen steht dort das riesenhafte Skelett, eingepfercht in den längsten Schauraum, den das Museum zu bieten hat. Die Rückenwirbel reichen bis knapp unters Dach. Der Hals reckt sich fast zehn Meter weit nach vorn, eingefädelt zwischen stählernen Gebäudeträgern und den Rahmen des Oberlichts.

Wer dem Knochenmonster in die leeren Augenhöhlen blicken möchte, muss auf die Empore steigen, wo der Paläontologe Martin Sander an einem Kaffeetischchen sitzt und grübelnd auf den Koloss starrt. "Wie konnten diese Sauropoden zehnmal größer werden als alle anderen Landlebewesen?", fragt er. "Der Gigantismus in dieser Gruppe der Dinosaurier ist es, der uns wirklich interessiert."

Er rückt seinen Stuhl etwas zur Seite. Von dort hat er freie Sicht auf das dekorative Grünzeug in zwanzig Meter Entfernung, zwischen dessen Stauden sich die Schwanzknochen des Brachiosaurus verlieren. "Diesen Größenwahn können wir nur verstehen, wenn es uns gelingt, die Physiologie der Sauropoden zu modellieren", sagt Sander. Welche Nahrung in Verbindung mit welcher Verdauungsstrategie lieferte ihnen die nötige Energie? Wie hat die Atmung funktioniert, um eine ausreichende Sauerstoffzufuhr zu gewährleisten? Welcher Knochenaufbau hat sie davor bewahrt, unter der eigenen Masse einzuknicken? "Leider haben wir keine Zeitmaschine, um in die Vergangenheit zu reisen. So ist die Beantwortung dieser Fragen mühsame Detektivarbeit."

Um diese aufzunehmen, hat der groß gewachsene Forscher aus Bonn ein bunt gemischtes Ermittlerteam um sich geschart. 2003 traf er beim Arbeitskreis Wirbeltierpaläontologie Marcus Clauss vom Institut für Veterinärmedizin der Universität Zürich. Der berichtete dort über seine Studien zur Verdauungsstrategie eines ausgestorbenen Riesennashorns, des Indricotheriums. "Ich habe ihn mir gleich geschnappt und gesagt, die Verdauung der Dinos sei doch viel interessanter."

Den Berliner Weltraummediziner Hanns-Christian Gunga holte er ins Boot, weil der sich unter anderem mit dem Einfluss der physikalischen Randbedingungen wie der Schwerkraft auf einen Organismus beschäftigt. Den Physiker Andreas Christian von der Universität Flensburg engagierte Sander, da dieser Berechnungen zur Ausdauerleistung der Giganten anstellen konnte. Weiter stießen Zoologen, Physiologen, Materialwissenschaftler, Chemiker und natürlich Paläontologen hinzu - insgesamt rund 30 Forscher. Diese Truppe will nun, von der Deutschen Forschungsgemeinschaft für zunächst drei Jahre mit 1,4 Millionen Euro gefördert, die Evolution des Gigantismus aus allen Blickwinkeln studieren. Im Sauriermuseum Aathal hat sich das Team zu einem Arbeitstreffen eingefunden - und präsentiert die ersten spannenden Thesen.

Ausgangspunkt für das Rätsel des Gigantismus ist eine Studie aus dem Jahr 2001. Ein Team um den US-Physiologen Jared Diamond von der University of California in Los Angeles hat die maximale Körpergröße eines Lebewesens in Abhängigkeit des von ihm bewohnten Territoriums untersucht. Eine Landfläche gegebener Größe kann nur eine gewisse Anzahl von Tieren ernähren, lautet Diamonds Argument in aller Kürze. Je größer die Individuen einer Tiergruppe werden, desto weniger können auf dem Territorium leben. Ab einer gewissen Körpermasse wird die Anzahl der Tiere zu klein: Die Population bricht zusammen, die Art stirbt aus, sobald eine geringe Störung - etwa ein trockenes Jahr - zu einem knappen Nahrungsangebot führt.

"Für die Erde bedeutet das: Es kann keine Landlebewesen geben, die schwerer sind als rund zehn Tonnen", sagt Sander. Im Klartext: Die Sauropoden hätte es nie geben dürfen. Sie haben sich einen Dreck um die Logik der Physiologen geschert und die 10-Tonnen-Schallmauer mit Körpermassen von 50 bis 100 Tonnen um bis zu einem Faktor zehn durchbrochen. Oder, wie Sander das Problem zu Beginn der Tagung vor den versammelten Tagungsteilnehmern formuliert: "Warum gibt es heute keine 50 Tonnen schweren Elefanten?"

140 Millionen Jahre lang stapften die Sauropoden über alle Kontinente der Erde, mussten sich an eine sich verändernde Umwelt anpassen und der Raubsaurier erwehren. Doch schon kurz nachdem sie vor rund 210 Millionen Jahren im späten Trias auftauchten, erreichten sie diese enormen Ausmaße. "Der Gigantismus hat sich innerhalb von nur zwei bis zehn Millionen Jahren entwickelt", führt Sander seine Truppe in das Tagungsthema ein. "Aber wie?"

Seit Jahren geistert Sander diese Frage im Kopf herum. Er bezeichnet sich als "spät berufenen Dinosaurologen". Erst während seiner Doktorarbeit an der Universität Zürich begann er sich intensiv mit Paläontologie zu beschäftigen. Zunächst waren es die Meeressaurier des Monte San Giorgio am Luganer-See, die er klassifizierte und deren Wachstum er studierte - wie nun das der Sauropoden.

Wenn Sander über diese Forschung berichtet, verwendet er alle paar Sätze das Wort "Hypothese". Eine Hypothese über den Gigantismus sei, dass Brachiosaurus-Weibchen im Gegensatz zu Elefanten oder Walen für reichlich Nachwuchs sorgten. Bis zu 500 Eier könnten sie an verschiedenen Orten abgelegt haben. Das wiederum würde das Argument mit dem Populationszusammenbruch entschärfen. Man könnte zudem hypothetisieren, dass die Sauropoden Leichtbaukonstruktionen waren.

Denn in deren Wirbelsäule konnte der Atmungsphysiologe Steve Perry aus Bonn kürzlich "Luftsäcke" nachweisen, kleine, luftgefüllte Einbuchtungen. Die ellenlange Wirbelsäule war offenbar ein poröser Leichtbau. Vielleicht brachten die Tiere daher deutlich weniger Masse auf die Waage, als vom Weltraummediziner Gunga abgeschätzt. So wog der im Sauriermuseum ausgestellte Brachiosaurus brancai statt 74 eventuell nur 40 bis 50 Tonnen.

Vergleichbare Luftsäcke besitzen auch die heutigen Vögel, und das nicht nur in der Wirbelsäule, sondern auch in der Körperhöhle. "Inzwischen ist klar, dass Vögel von Dinosauriern abstammen", sagt Sander. "Zwar nicht von den Sauropoden, aber von ihren direkten Verwandten, den Raubsauriern."

Im Garten des Sauriermuseums steht so ein lebensgroßer Raubsaurier, ein Tyrannosaurus rex, der furchteinflößend seine Zähne zeigt und von der am Boden liegenden, zerfleischten Beute noch Blutspuren an Kopf und Hals hat. "Sieht grässlich aus", findet Sander beim kurzen Spaziergang zwischen zwei Vorträgen. Die Verwandtschaft der Vögel mit den grässlichen Raubsauriern führt ihn zu seiner nächsten Hypothese: Sowohl T. rex als auch die bis zu zehnmal größeren Sauropoden hatten eine Vogellunge. Und das wiederum könnte erklären, wie die Riesensaurier an ausreichend Sauerstoff gelangten: Eine Vogellunge ist etwa doppelt so effizient wie die eines Säugetiers. Die Vögel lagern die eingeatmete Luft in lungennahen Luftsäcken zwischen und können die Lungen daher ununterbrochen mit Sauerstoff versorgen - ähnlich wie ein Dudelsackspieler permanent musizieren kann.

Sogar für das Problem der Wärmeabfuhr seien die Luftsäcke eine ideale Lösung. Im Verhältnis zu ihrem gewaltigen Volumen haben die Riesenechsen eine sehr kleine Körperoberfläche, durch die sie die ganze im Körper erzeugte Wärme abführen müssen. Sprich: Den Giganten drohte der selbst erzeugte Wärmeschock. "Mit den Luftsäcken hätten die Sauropoden jede Menge interne Kühlungsflächen gehabt", sagt Sander.

Die leichten Halsknochen könnten sogar noch eine andere Besonderheit der Riesendinos erklären: Die Physiologen rätselten schon lange, wie die Tiere ihre Schlangenhälse überhaupt bewegen, geschweige denn zu einem Giraffenhals aufrichten konnten. Es schien zu wenig Muskelmasse vorhanden zu sein. Mit Ultraleichthälsen sollte das Strecken möglich gewesen sein. So hätten zumindest einige Vertreter der Sauropoden, wie der Brachiosaurus, ihren Kopf durchaus in die Wipfel der hochstämmigen Araucarien heben können, um die fleischigen Blätter und Zapfen zu fressen.

Gerade dieses Grünzeug wäre die optimale Diät für die Sauropoden gewesen, wie Jürgen Hummel vom Zoologischen Garten Köln und Marcus Clauss vom Institut für Veterinärmedizin der Universität Zürich auf der Tagung berichteten. Denn die Blätter der heute noch vorkommenden Araucarien waren das Nahrhafteste, was die damalige Flora zu bieten hatte. Zumindest, wenn die Nahrung lange genug im Magen verweilen kann. "Gerade große Tiere können sich lange Verweilzeiten im Verdauungstrakt leisten", sagt Sander.

Zudem konnten Sauropoden die Araucarien besonders effizient beweiden. Denn wie der Physiker Andreas Christian vorrechnet, waren sie exzellente Langstreckenläufer. Und Langstreckenläufe lohnen sich, wenn die Nahrung in großen Abständen wächst - dies war bei den Araucarien offenbar der Fall.

So fügt sich ein Baustein zum anderen, um den Gigantismus der Sauropoden zu erklären. Sander ist beeindruckt, wie rasant sich das Wissen über die Dinosaurier entwickelt. Die Paläontologen seien heute eben weit mehr als Knochenbuddler. Sie hätten neben den Knochengerüsten noch die Fußspuren, Eier, Nester und vereinzelt versteinertes Weichgewebe als fossile Evidenzen zur Verfügung. Dazu kommt die Computermodellierung von Bewegungsablauf und Körperhaltung, was die Forschung enorm weitergebracht habe.

"Auf dieser Tagung haben sich die verschiedenen Ideen zu einem großen Bild zusammengefügt", resümiert Sander, schon auf dem Weg vom Kaffeetischchen zu den Kollegen. Während der Tagung war er kaum für ein Gespräch zu haben. Und auch jetzt im Anschluss will er noch Kontakte knüpfen, um Studien anzustoßen, bevor die Teilnehmer wieder in alle Himmelsrichtungen verschwinden.

Das Sauriermuseum Aathal hingegen wird das Problem des Gigantismus bald auf seine Art lösen: Das raumsprengende Skelett des Brachiosaurus, bei dem es sich ohnehin nur um eine Kopie des Knochengerüsts aus dem Museum für Naturkunde in Berlin handelt, soll demnächst abgebaut werden und kleineren Originalfundstücken weichen.

Der Mensch ...

Martin Sander, geboren 1960, studierte zunächst Geologie in Freiburg und an der University of Texas in Austin. Seit seiner Promotion in Paläontologie an der Universität Zürich gehört seine Leidenschaft den Dinosauriern. 1990 wechselte er an die Universität Bonn, wo er das paläontologische Museum leitet und als Privatdozent lehrt. Sander ist mit der Paläobotanikerin Carole Gee verheiratet und hat drei Kinder.

... und seine Idee

Gemäß gängiger Theorien können Landlebewesen nicht schwerer werden als rund zehn Tonnen. Die Sauropoden aber, eine Gruppe Pflanzen fressender Dinosaurier, hatten gigantische Ausmaße. Sie wogen 50 bis 100 Tonnen. Mit einem interdisziplinären Team, in dem auch Forscher aus Österreich und der Schweiz arbeiten, will Martin Sander klären, mit welchen Tricks die Großechsen überlebten (Info: www.sauropod-dinosaurs.uni-bonn.de).