Wie die Schildkröte zu ihrem Panzer kam: Neue DFG-finanzierte Emmy- Noether-Forschungsgruppe „Turtle Origins“.

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Unter der Leitung des Paläontologen Dr. Stephan Spiekman startet am
Naturkundemuseum Stuttgart und an der Universität Hohenheim eine neue, von
der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) finanzierte Emmy-Noether-
Forschungsgruppe.

Eine der großen offenen Fragen der Evolutionsbiologie ist, wie
Schildkröten ursprünglich entstanden sind und wo sie im Stammbaum des
Lebens einzuordnen sind. Eine neue, von der Deutschen
Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderte Emmy-Noether-Forschungsgruppe
widmet sich nun speziell diesem Thema. Die Gruppe „Turtle Origins“ unter
der Leitung von Dr. Stephan Spiekman ist am Staatlichen Museum für
Naturkunde Stuttgart (SMNS) und an der Universität Hohenheim angesiedelt.
Beide Einrichtungen arbeiten seit vielen Jahren eng und erfolgreich
zusammen.

Evolution der Schildkröten und Anpassungen in der Körperstruktur:
Schildkröten sind unter den Landwirbeltieren insofern einzigartig, als ihr
knöcherner Panzer Rippen, Bauchrippen, Wirbel und Teile des
Schultergürtels umfasst. Dies schützt zwar ihren Rumpf wirksam, macht ihn
aber auch völlig unbeweglich. Diese Besonderheit erforderte grundlegende
Anpassungen am restlichen Körper, darunter am Atmungssystem, am Schädel,
am Hals und an den Gliedmaßen. „Diese Veränderungen und Anpassungen haben
es den Schildkröten ermöglicht, mehr als 200 Millionen Jahre zu
überleben“, so Dr. Stephan Spiekman. Bis vor kurzem war jedoch unklar, wie
diese Transformation im Detail verlief, da entsprechende Fossilien, die
diesen Übergang belegen, unbekannt waren. Erst neue Fossilienfunde der
letzten 18 Jahre aus Deutschland und China ermöglichen es nun erstmals,
diese Entwicklung im Detail zu untersuchen.

Ein umfassender Forschungsansatz:
Das neue Projekt untersucht verschiedene Aspekte der Biologie früher
Schildkröten, um ein Szenario für die Evolution ihres einzigartigen
Körperbaus zu entwickeln. Es werden moderne bildgebende Verfahren wie
hochauflösender Computertomographie (µCT-Scans), anatomische Analysen und
Untersuchungen zu den evolutionären Verwandtschaftsbeziehungen zwischen
frühen Schildkröten und anderen Reptilien aus dieser Zeit durchgeführt.
Ein Schwerpunkt liegt dabei auf Pappochelys rosinae aus der mittleren
Trias bei Vellberg in Baden-Württemberg. Obwohl sie noch keinen Panzer
hatte, zeigte sie bereits Merkmale, die sie als Bindeglied zwischen
Schildkröten und anderen Reptilien ausweisen. Mithilfe hochauflösender
Computertomographie sollen nun erstmals detaillierte 3D-Rekonstruktionen
des Schädels und Skeletts von Pappochelys rosinae entstehen, die den
Forschenden ermöglichen, genauere Analysen und Vergleiche zu anderen
Reptilen durchzuführen.
Die Fossilien der Ur-Schildkröte Pappochelys rosinae befinden sich in der
Sammlung des Naturkundemuseums Stuttgart und sind in der Ausstellung zu
sehen.

Auch Fossilien weiterer früher Schildkröten wie der halbpanzrigen
Odontochelys aus der späten Trias aus China und vollpanzrigen
Proganochelys aus Deutschland werden untersucht. Deren 3D-Modelle werden
später auch einer biomechanischen Analyse unterzogen, um mehr über ihre
Lebensweise zu erfahren. Eine zentrale Frage der Forschenden ist, ob
Pappochelys noch wie andere Reptilien mithilfe ihrer Rippen atmete oder ob
sie – ähnlich wie heutige Schildkröten – diese Fähigkeit aufgrund ihrer
breiten Rippen bereits verloren hatte.

Einordnung der Schildkröten im Stammbaum des Lebens:
„Dank der neuen Untersuchungen und der entscheidenden neuen Erkenntnisse,
die wir über die frühesten Schildkröten gewinnen, werden wir ihren Platz
im Stammbaum des Lebens neu bewerten können. Dies ist nach wie vor eine
der größten ungelösten Fragen in der Systematik der Wirbeltiere. Die
frühesten Vertreter der Schildkröten, wie Pappochelys, spielen dabei eine
zentrale Rolle“, erklärt Dr. Stephan Spiekman. Ein Ziel ist, mit
statistischen Methoden auch die Verwandtschaft zu anderen Reptilien aus
Perm und Trias zu klären. Abschließend werden alle Ergebnisse mit Daten
aus der Entwicklungsbiologie verglichen. Dies wird ein neues Gesamtbild
über die Entstehung des Körperbaus der Schildkröte und der Entwicklung
wichtiger Merkmale ermöglichen, einschließlich der Rekonstruktion des
hypothetischen letzten gemeinsamen Vorfahren. „Die Forschung liefert damit
neue Einblicke in einen der außergewöhnlichsten Fälle evolutionärer
Innovation unter den Landwirbeltieren“, ergänzt der Paläontologe.

Förderung durch die DFG: Emmy-Noether-Programm:
Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) fördert die Emmy-Noether-
Forschungsgruppe „Turtle Origins“ mit rund 1,5 Millionen Euro. Das Emmy-
Noether-Programm richtet sich an besonders qualifizierte
Nachwuchswissenschaftler und ermöglicht es ihnen, über einen Zeitraum von
sechs Jahren eigenständig eine Forschungsgruppe zu leiten und sich so für
eine Professur zu qualifizieren. Der Projektleiter, Dr. Stephan Spiekman,
und sein Team werden mit Kollegen der Universitäten Tübingen und Erlangen
sowie der Humboldt-Universität zu Berlin, dem Urwelt-Museum Oberfranken in
Bayreuth und dem Institut für Wirbeltierpaläontologie und
Paläoanthropologie (IVPP) in Peking (China) zusammenarbeiten.