Dem Monolog tausendjähriger Fossilien lauschen - Den Code der Pflanzensteine ​​entschlüsseln

Zhang Xinmu (Postdoktorand, China Science Popularization Research Institute)

„Vor langer Zeit auf der Erde …“ Was für ein vertrauter Anfangssatz.

Haben Sie sich beim Ansehen von Dokumentarfilmen über die Antike schon einmal gefragt: Woher kennen die Wissenschaftler diese überzeugenden Kommentare, die Geschichten von vor zig oder gar hundert Millionen Jahren wiedergeben?

Neben der Untersuchung herkömmlicher Fossilien verwenden Forscher auch eine in der Archäologie sowie der Paläoklima- und Paläovegetationsforschung häufig verwendete Methode: die Phytolithanalyse.

Was sind Phytolithen?

In der Natur enthalten Kristalle, Achate, Steine ​​und Sand allesamt Kieselsäure. Eine kleine Menge Kieselsäure ist auch im Wasser gelöst. Die Wurzeln höherer Pflanzen nehmen gleichzeitig mit Wasser auch lösliche Kieselsäure auf und transportieren diese zu verschiedenen Pflanzenteilen. Diese Kieselsäuren scheiden sich zwischen und in den Pflanzenzellen ab, genau wie Steine ​​beim Menschen, und bilden Pflanzen-„Steine“ in verschiedenen Formen wie Quadrat, Hantel, Kreuz und Hut – hydratisierte amorphe Kieselsäurepartikel, auch Phytolithen genannt.

Diese „Steine“ sind sehr klein, im Allgemeinen 20–200 Mikrometer groß, und bestehen hauptsächlich aus Siliziumdioxid (70–95 %), daneben adsorbiertem Wasser (3–12 %), organischem Kohlenstoff (0,1–6 %) und Spurenelementen wie Aluminium, Eisen, Kalium, Natrium und Kalzium. Unter dem Mikroskop sind sie im Allgemeinen farblos oder hell fleischrot, bei vielen Verunreinigungen können sie auch braun oder bräunlich erscheinen.

Warum ist eine Phytolithanalyse sinnvoll?

Phytolithen sind weit verbreitet und zahlreich. Überall, wo es höhere Pflanzen gibt, gibt es Phytolithen. In 1 Gramm Blättern von Poaceae-Pflanzen befinden sich 100.000 bis 1 Million Phytolithen.

Phytolithen können unterschieden werden. Die von verschiedenen Pflanzen und verschiedenen Teilen derselben Pflanze produzierten Phytolithen unterscheiden sich in Aussehen und Menge. Durch die Untersuchung von Größe, Form, Art und Zusammensetzung der Phytolithen lassen sich Rückschlüsse auf die frühere Vegetation und ihren Ertrag ziehen.

Phytolithen haben starke Eigenschaften und sind beständig gegen Säuren, Laugen und hohe Temperaturen. Ganz zu schweigen vom Absterben und Verfall der Pflanzen. Selbst wenn sie von Tieren gefressen werden, zersetzen sie sich nicht und sickern schließlich in den Boden, wo sie zusammen mit vielen ursprünglichen Informationen der Pflanzen für lange Zeit erhalten bleiben. Da der Inhalt im Inneren eingeschlossen ist und nicht so leicht durch Veränderungen in der äußeren Umgebung beeinflusst wird, kann er Informationen über die antike Umgebung direkt widerspiegeln.

Gerade aufgrund dieser Eigenschaften werden Phytolithen als Mikropflanzenfossilien in verschiedenen Forschungen eingesetzt.

Was kann die Phytolithanalyse leisten?

Eines der rätselhaften Probleme bei archäologischen Ausgrabungen besteht darin, dass manche Gegenstände, wie zum Beispiel Stoffe, der Alterung nicht standhalten und leicht „verrotten“. Was sollen wir tun, wenn wir eine unvollständige „zerfetzte Matte“ finden? Bei archäologischen Feldgrabungen im Jahr 2017 im Ausgrabungsgebiet Qizhen der Zhouyuan-Stätte entdeckten Forscher der Peking-Universität einige stark beschädigte Stoffe, bei denen es sich ihrer Vermutung nach um eine Art Strohmatten handelte. Anschließend extrahierten sie Phytolithen und stellten fest, dass deren morphologische Merkmale und Kombinationen vollständig mit den Phytolithen in Schilfhalmen übereinstimmten. So kamen schließlich Schilfmatten von vor über 3.000 Jahren zum Vorschein.

Forscher vom Institut für Wirbeltierpaläontologie und Paläoanthropologie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften haben aus den Zähnen von Dinosaurierfossilien „Zahnstein“ entnommen, darin Phytolithen entdeckt und festgestellt, dass es sich tatsächlich um eine Pflanze der Gattung Poaceae handelte. Durch umfassende Analysen beweist diese Studie nicht nur, dass der Pomacanthus vor über 100 Millionen Jahren ein „vegetarischer“ Dinosaurier war, sondern verschiebt auch den entscheidenden Zeitpunkt der Entstehung der Poaceae deutlich von vor mehreren zehn Millionen Jahren auf die Unterkreidezeit vor über 100 Millionen Jahren.

Das Fossil des Dinosauriers und die Phytolithen in seinem Maul (Foto vom Autor zur Verfügung gestellt)

Zusätzlich zur Archäologie nutzen manche Wissenschaftler Phytolithanalysen, um die Vegetation und das Klima früherer Zeiten zu rekonstruieren. Ein Forschungsteam der Northeast Normal University rekonstruierte die ursprüngliche Vegetation und das ursprüngliche Klima des Changbai-Gebirges und fand heraus, dass die Region seit der späten Eiszeit einen kontinuierlichen Klimawandel erlebt hat, von kalt und trocken über warm und trocken und dann über warm und feucht bis hin zu einer kühlen und trockenen Umgebung. Auch die Verteilung der Wälder und Graslandschaften hat sich mit dem Klimawandel verändert.

Abschließend ist es wichtig zu betonen, dass jede Forschungsmethode ihre eigenen Grenzen hat. Obwohl die Phytolithanalyse gut ist, werden im Forschungsprozess üblicherweise mehrere Methoden kombiniert, wie etwa Tier- und Pflanzenfossilien, Pollen, Biomarker, Strahlung oder stabile Isotope usw., um den Nachweis aus mehreren Blickwinkeln zu erbringen und ausreichende Beweise für glaubwürdigere Ergebnisse zu liefern.

(Dieser Artikel wurde am 28. Januar 2022 in Science Popularization Times veröffentlicht)

(Satz: Zhang Xinmu Redaktion: Qi Yu Korrekturlesen: Zou Zhen)

Seit 2017 führt die China Science Writers Association das Projekt „Science Popularization and Science Fiction Youth Star Program“ durch und wählt und fördert junge Talente im Alter von 18 bis 45 Jahren aus der gesamten Gesellschaft, die an der Popularisierung der Wissenschaft und der Erstellung von Science-Fiction interessiert sind. In den fünf Jahren seit dem Start der Aktivität wurden fast 5.000 Auszubildende ausgebildet, 1.245 populärwissenschaftliche und Science-Fiction-Werke ausgestellt und Hunderte von Autoren mit dem Titel „Populärer Science-Fiction-Jugendstar“ ausgezeichnet. Im Jahr 2021 wurden aus fast 400 Werken 30 herausragende Werke ausgewählt, darunter 19 populärwissenschaftliche Werke und 11 Science-Fiction-Werke. Mit aktiver Empfehlung der China Science Writers Association wurden einige der Werke in Medien wie „Science Story Club“, „China Youth Daily“ und „Science Popularization Times“ veröffentlicht. Der öffentliche WeChat-Account der China Science Writers Association hat sie über die Kolumne „Meet New Stars“ an die Leser weitergeleitet.