Im Juni 2019 brachte ein internationales Team den kompletten Schädel des 3,67 Millionen Jahre alten Little-Foot-Australopithecus-Skeletts aus Südafrika nach Großbritannien und erreichte in einer röntgenbasierten Synchrotron-Untersuchung am nationalen Synchrotron Großbritanniens, der Diamond Light Source, eine noch nie dagewesene Bildauflösung seiner knöchernen Strukturen und seines Gebisses. Die Röntgenarbeit wird in einem neuen Artikel in e-Life hervorgehoben, der am 2. März 2021 veröffentlicht wurde und sich auf die inneren kraniodentalen Merkmale von Little Foot konzentriert. Die bemerkenswerte Vollständigkeit und das hohe Alter des Little-Foot-Skeletts machen es zu einem äußerst wichtigen Exemplar für die Erforschung der menschlichen Ursprünge und zu einem erstklassigen Kandidaten für die Erforschung der menschlichen Evolution durch hochauflösende virtuelle Analysen.
Um die kleinstmöglichen Details aus einem ziemlich großen und sehr fragilen Fossil herauszuholen, entschied sich das Team, den Schädel mit Synchrotron-Röntgenmikro-Computertomographie an der I12-Beamline bei Diamond abzubilden, um neue Informationen über die menschliche Evolution und Herkunft zu erhalten. Dieser Artikel beschreibt die vorläufigen Ergebnisse der röntgensynchrotronbasierten Untersuchung des Gebisses und der Schädelknochen (d.h. Schädelgewölbe und Unterkiefer).
Die leitende Autorin und Principal Investigator, Dr. Amelie Beaudet, Department of Archaeology, University of Cambridge und ehrenamtliche Forscherin an der University of the Witwatersrand (Wits University) erklärt: „Wir hatten die einzigartige Gelegenheit, die feinsten Details der kraniodentalen Anatomie des Little Foot-Schädels zu betrachten. Als wir ihn scannten, wussten wir nicht, wie gut die kleinsten Strukturen bei diesem Individuum, das vor mehr als 3,5 Millionen Jahren lebte, erhalten sein würden. Als wir die Bilder schließlich untersuchen konnten, waren wir alle sehr aufgeregt und bewegt, zum ersten Mal solch intime Details aus dem Leben von Little Foot zu sehen. Die im Zahnschmelz beobachteten Mikrostrukturen deuten darauf hin, dass Little Foot als Kind zwei eindeutige Perioden von Ernährungsstress oder Krankheit durchgemacht hat.“
Das Team konnte auch die Gefäßkanäle, die im kompakten Knochen des Unterkiefers eingeschlossen sind, beobachten und beschreiben. Diese Strukturen haben das Potenzial, viel über die Biomechanik der Nahrungsaufnahme dieses Individuums und seiner Spezies zu verraten, aber auch darüber, wie der Knochen von Little Foot umgebaut wurde. Das Verzweigungsmuster dieser Kanäle deutet darauf hin, dass ein gewisser Umbau stattfand, vielleicht als Reaktion auf Veränderungen in der Ernährung, und dass Little Foot als älteres Individuum starb.
Das Team beobachtete auch winzige (d.h. weniger als 1 mm) Kanäle in der Hirnschale, die möglicherweise an der Thermoregulation des Gehirns beteiligt sind (d.h. wie das Gehirn gekühlt wird). Die Größe des Gehirns nahm im Laufe der menschlichen Evolution dramatisch zu (etwa um das Dreifache), und da das Gehirn sehr empfindlich auf Temperaturveränderungen reagiert, ist es von größtem Interesse zu verstehen, wie sich die Temperaturregulierung entwickelt. Dr. Amelie Beaudet fügt hinzu: „Traditionell wäre keine dieser Beobachtungen möglich gewesen, ohne das Fossil in sehr dünne Scheiben zu schneiden, aber mit der Anwendung der Synchrotrontechnologie entwickelt sich ein aufregendes neues Feld der virtuellen Histologie, um die Fossilien unserer fernen Vorfahren zu erforschen.“
Dr. Thomas Connolley, Principal Beamline Scientist bei Diamond, kommentierte: „Wichtige Aspekte der Biologie der frühen Homininen bleiben umstritten oder einfach unbekannt. In diesem Zusammenhang haben bildgebende Synchrotron-Röntgenverfahren wie die Mikrotomographie das Potenzial, zerstörungsfrei entscheidende Details über die Entwicklung, Physiologie, Biomechanik und Taxonomie fossiler Exemplare aufzudecken. Der Schädel von Little Foot wurde auch mit dem benachbarten Neutroneninstrument IMAT an der ISIS Neutron and Muon Source gescannt, wodurch Röntgen- und Neutronenbildgebungsverfahren in einem Besuch in Großbritannien kombiniert wurden. Mit einer so großen Menge an gesammelten Informationen sind wir gespannt auf weitere Entdeckungen in den sich ergänzenden Röntgen- und Neutronentomographie-Scans.“
Die Anwendung von Röntgensynchrotron-basierten Analysetechniken in der Evolutionsforschung hat neue Wege im Bereich der (Paläo)Anthropologie eröffnet. Insbesondere die Röntgensynchrotron-Mikrotomographie hat sich als enorm nützlich erwiesen, um kleinste anatomische Strukturen in Fossilien zu beobachten, die traditionell nur durch Aufschneiden der Knochen und Betrachtung unter dem Mikroskop sichtbar sind. Im letzten Jahrzehnt gab es mehr Studien in der Paläoanthropologie, die Synchrotronstrahlung zur Untersuchung von Zähnen und Gehirnabdrücken bei fossilen Homininen einsetzten. Allerdings war es eine ziemliche Herausforderung, einen kompletten Schädel wie den von Little Foot zu scannen und mit einer sehr hohen Auflösung sehr kleine Details zu enthüllen, aber dem Team gelang es, ein neues Protokoll zu entwickeln, das dies möglich machte. Um die kleinstmöglichen Details aus einem ziemlich großen und sehr fragilen Fossil herauszuholen, entschied sich das Team, den Schädel mit Synchrotron-Röntgenmikrocomputertomographie an der I12-Beamline bei Diamond abzubilden.
Principal Investigator und Associate Professor, Prof. Dominic Stratford, University of Witwatersrand (Wits University), School of Geography, Archaeology and Environmental Studies, sagt: „Dieser Grad der Auflösung liefert uns bemerkenswert klare Beweise für das Leben dieses Individuums. Wir glauben, dass es auch einen sehr bedeutenden evolutionären Aspekt gibt, da das Studium dieses Fossils in diesem Detailgrad uns helfen wird zu verstehen, aus welcher Art sie sich entwickelt hat und wie sie sich von anderen unterscheidet, die zu einer ähnlichen Zeit in Afrika gefunden wurden. Dies ist nur unsere erste Arbeit, also bleiben Sie dran. Wenn es die Finanzierung zulässt, hoffen wir, auch andere Teile von Little Foot nach Diamond bringen zu können“, fügt er hinzu:
„Bei dieser Forschung ging es darum, den am besten erhaltenen Australopithecus-Schädel in die für unsere Zwecke beste Synchrotronanlage zu bringen. Traditionell wurden Homininen durch die Messung und Beschreibung der äußeren Formen ihrer versteinerten Knochen analysiert, um zu beurteilen, wie sich diese zwischen den Arten unterscheiden. Die Entwicklung der Synchrotron- und microCT-Ressourcen bedeutet, dass wir jetzt in der Lage sind, Strukturen im Inneren der Fossilien virtuell zu beobachten, die eine Fülle von Informationen enthalten. In jüngster Zeit hat sich die Technologie so weit entwickelt, dass wir nun winzige histologische Strukturen in drei Dimensionen virtuell erforschen können, was neue Wege für unsere Forschung eröffnet.“
Die ersten Knochen des Little Foot-Fossils wurden 1994 von Professor Ron Clarke von der University of the Witwatersrand in den Sterkfontein-Höhlen, nordwestlich von Johannesburg, entdeckt. Nachdem sie 1997 den Fundort des Skeletts entdeckt hatten, verbrachten Professor Clarke und sein Team mehr als 20 Jahre damit, das Skelett mit einem kleinen Airscribe (einer vibrierenden Nadel) schrittweise aus der betonartigen Höhlenbrekzie zu entfernen. Nach der Reinigung und Rekonstruktion wurde das Skelett im Jahr 2018 öffentlich enthüllt. Die Wits University ist der Bewahrer des Fossils StW 573, Little Foot.
Professor Ron Clarke, der in Südafrika lebende britische Wissenschaftler, der Little Foot entdeckte und ausgrub und alle frühen Untersuchungen des Fossils durchführte, war ebenfalls Teil des Forschungsteams und fasst zusammen: „Es hat 23 Jahre gedauert, bis wir an diesen Punkt gelangt sind. Dies ist ein aufregendes neues Kapitel in der Geschichte von Little Foot, und dies ist nur die erste Arbeit, die aus ihrer ersten Reise aus Afrika resultiert. Wir sind ständig dabei, neue Informationen aus der Fülle der neu gewonnenen Daten aufzudecken. Wir hoffen, dass dieses Unterfangen zu weiterer Finanzierung führt, um unsere Arbeit fortzusetzen. Unser Team und PAST* betonen, dass die gesamte Menschheit eine lange gemeinsame Vorfahrenschaft im Einklang mit der natürlichen Welt hat und dass das Lernen von diesen frühesten Vorfahren uns eine Perspektive für die Notwendigkeit gibt, die Natur und unseren Planeten zu erhalten.“
Diese Arbeit ist die erste in einer Reihe von Veröffentlichungen, die aus der Fülle von Daten resultieren, die die Principal Investigators von der University of Witwatersrand in Südafrika, der University of Cambridge in Großbritannien, Co-Investigatoren vom Natural History Museum und Diamond durch ihre Zusammenarbeit gewinnen konnten. Little Foot wurde zur gleichen Zeit wie die Arbeiten an der Diamond Light Source auch an der ISIS Neutron and Muon Source des STFC mit Neutronen untersucht, was einen noch nie dagewesenen Zugang zu komplementären fortschrittlichen Bildgebungsverfahren ermöglichte. Neutronen werden von den inneren Teilen des Fossils ganz anders absorbiert als Röntgenstrahlen, was auf die Empfindlichkeit der Neutronen für bestimmte chemische Elemente zurückzuführen ist. Trotz der gröberen räumlichen Auflösung kann die Neutronentomographie manchmal zwischen verschiedenen mineralogischen Bestandteilen unterscheiden, für die der Kontrast bei Röntgenstrahlen sehr gering ist.
Nach einer Pressemeldung der EurekAlert!
Autoren des Artikels in eLife: ‚Preliminary paleohistological observations of the StW 573 Little Foot skull‘ – Amelie Beaudet, Robert Atwood, Winfried Kockelmann, Vincent Fernandez, Thomas Connolley, Nghia Trong Vo, Ronald Clarke, Dominic Stratford. DOI: https://doi.org/10.7554/eLife.64804
Das Team: Principal Investigators, Professor Dominic Stratford und Dr. Amelie Beaudet von der University of the Witwatersrand bzw. University of Cambridge, Co-Investigators Dr. Vincent Fernandez, Natural History Museum, Dr. Robert Atwood und Dr. Nghia Trong Vo, Diamond Light Source, Dr. Thomas Connolley, Principle Beamline Scientist, Diamond Light Source und Dr. Winfried Kockelmann, Science and Technology Facilities Council’s ISIS Neutron and Muon Source, Professor Ron Clarke, University of the Witwatersrand, Südafrika.
*PAST South Africa (Paleontological Scientific Trust https://www.past.org.za/learn/ ) wurde gegründet, um die Forschung an LF zu finanzieren und hat seitdem die Erforschung von buchstäblich Tonnen von Fossilien und Ausgrabungsprojekten finanziert und ermöglicht. Er hat zahlreiche Forschungsprojekte an Exemplaren finanziert, die Details über unsere Menschheit und unsere Verbindung zur Natur offenbaren: „Wir sind alle aus Afrika“.
Das könnte Sie auch interessieren:
Sonderheft der ANTIKEN WELT 9/20: Im Feld
Begleiten Sie Archäologinnen und Archäologen bei ihrer Forschung «zu Erde, zu Wasser und in der Luft». Wie sieht eigentlich der Alltag der Archäologinnen und Archäologen sowie von den zahlreichen anderen Fachleuten auf Ausgrabungskampagnen, Surveys oder bei anderen archäologischen Projekten aus? Wir folgen 24 internationalen und interdisziplinären Teams «ins Feld», in die Grabungshäuser, Zelte und Labore, um hautnah die wissenschaftlichen, logistischen, aber auch menschlichen Herausforderungen bei der Arbeit an ganz unterschiedlichen Orten mitzuerleben: in der Stadt, in der Wüste, unter der Erde, unter Wasser, im Gebirge oder in der Luft. Neben den alltäglichen Begleiterscheinungen der Forschung unter extremen Bedingungen werden auch die verschiedenen methodischen Herangehensweisen werden. Archäologie ist echtes Teamwork.