Vor fast 300 Millionen Jahren durchstreifte ein kleines Reptil ein Höhlensystem aus Kalkstein im heutigen Oklahoma. Ein Fragment seiner Haut, nicht größer als ein Fingernagel und so dünn wie ein menschliches Haar, bietet den Wissenschaftlern nun den klarsten Einblick, den sie bisher in die Anpassungen unserer fernen Verwandten an das Leben an Land hatten.

Forscher, die im Richards Spur-Höhlensystem im Südwesten Oklahomas arbeiten, haben das, was sie als „älteste bekannte Amnioten-Epidermis in Form eines 3D-Hautabdrucks und mehrere Hautkompressionsfossilien“ beschreiben, identifiziert. Das Material, das auf einen Zeitraum zwischen 289 und 286 Millionen Jahren datiert wurde, ist mehr als 20 Millionen Jahre älter als bisher bekannte Fossilien von Landwirbeltieren und wurde in der Zeitschrift Current Biology veröffentlicht.

Eine Permianhöhle als Zeitkapsel

Richards Spur ist bereits unter Paläontologen bekannt. Das ausgefüllte Höhlensystem bewahrt eine der reichhaltigsten Ansammlungen früher terrestrischer Tetrapoden aus dem Paläozoikum. Die Knochen früher Reptilien und Amphibien sind dunkelbraun oder schwarz gefärbt, was darauf hindeutet, dass sie von natürlichem Petroleum und Teer durchdrungen wurden, das aus dem nahegelegenen Woodford-Schiefer eindrang.

Diese Kohlenwasserstoffe hatten nicht nur eine verfärbende Wirkung auf die Fossilien, sondern trugen auch zur Erhaltung bei.

Innerhalb der Höhlen war das Grundwasser sauerstoffarm und reich an gelösten Mineralien. Organische Überreste, die hineinfallen oder hineingeschwemmt wurden, wurden mit Öl und Teer überzogen und schnell in tonhaltigen Sedimenten begraben. Diese Kombination aus anoxischem Wasser, Kohlenwasserstoffen, Schwefel und feinem Sediment verlangsamte den Zerfall, förderte die frühe Mineralisierung und schuf Bedingungen, unter denen selbst fragile Weichgewebe wie Haut erhalten bleiben konnten.

Die Erhaltung der Haut

Die neue Studie berichtet über zwei Arten der Hautkonservierung aus diesem Umfeld. Die eine ist ein dreidimensionaler, karbonisierter Hautabdruck, der die Haut selbst darstellt. Die anderen sind Kompressionsfossilien, bei denen dünne Schichten aus Kohlenstoff die äußere Textur der Haut als Eindrücke bewahren.

Schildkrötenartige Schuppen

Unter dem Mikroskop zeigt sich die Haut als alles andere als vage. Der dreidimensionale Abguss bewahrt eine kieselartige Oberfläche von eng gepackten, nicht überlappenden tuberkulären Schuppen. Jeder kleine Höcker ist nur ein paar Dutzend Mikrometer tief. Zwischen benachbarten Schuppen bilden feine, faltige Rillen eine Art Scharnierregion, die es der Haut ermöglicht hätte, sich zu beugen und zu wachsen.

Das Team beschreibt auch lange, lineare epidermale Bänder, die auf dem Rücken eines kleinen Reptils namens Captorhinus aguti erhalten geblieben sind. Diese Bänder befinden sich in konzentrischen Reihen über der Wirbelsäule, genau dort, wo man robuste, schützende Rückenschuppen erwarten würde.

Insgesamt zeigen die isolierten Hautstellen und die Bänder auf Captorhinus ein Muster, das weitgehend der Haut lebender Reptilien ähnelt. Die kieselartige Textur ist sehr ähnlich der von modernen Krokodilen und manchen Dinosaurier-„Mumien“, was darauf hindeutet, dass dieser Stil der nicht überlappenden, tuberkulären Schuppen früh in der Reptilien-Evolution etabliert wurde und sich seitdem relativ wenig verändert hat.

Chemie und Erhaltung im tiefen Zeitmaßstab

Die Geologie hinter dieser Entdeckung liest sich fast wie ein forensischer Bericht. Chemische Fingerabdrücke von Kohlenwasserstoffen, die in Knochen, Stalaktiten und Teerkugeln aus Richards Spur eingeschlossen sind, zeigen, dass sie mit Ölen der devonischen Woodford-Schiefer übereinstimmen, obwohl diese Gesteinsformation an dieser Stelle Oklahomas nicht mehr an der Oberfläche vorhanden ist.

Im Laufe der geologischen Zeit wanderten Kohlenwasserstoffe durch Risse in der Erdkruste aufwärts in das Höhlensystem. Dort beschichteten sie Kadaver und Skelettreste und schufen lokal begrenzte Zonen mit geringem Sauerstoffgehalt und hohem Schwefelgehalt. Diese Taschen waren besonders geeignet für mikrobielle Prozesse, die das frühe Mineralwachstum auf und innerhalb von Weichgeweben förderten.

Weichgewebe verfallen normalerweise schnell, insbesondere im Wasser. Die Autoren deuten an, dass gelegentliches Austrocknen in Teilen der Höhle half, die Haut zu entwässern und den Zerfall vorübergehend zu stoppen. Spätere Wiederbefeuchtung in mineralreichem, kohlenwasserstoffhaltigem Grundwasser ermöglichte dann die Permineralisierung der Haut, anstatt dass sie verloren ging. Das Ergebnis ist, dass seltene Hautfetzen überlebt haben, wo sie normalerweise nicht erhalten geblieben wären.

Die Bedeutung alter Haut für das Leben an Land

Die Haut ist das größte Organ der meisten gegliederten Wirbeltiere. Für frühe Amnioten war sie nicht nur eine Abdeckung, sondern ein Lebensunterstützungssystem.

Im Vergleich zu ihren amphibischen Verwandten benötigten frühe Reptilien eine äußere Barriere, die Wasser zurückhalten, Sonnenlicht und Abrieb standhalten konnte und dennoch Wachstum und Bewegung ermöglichte. Das Material aus Richards Spur bestätigt, dass eine verhornte, relativ undurchlässige Epidermis mit schuppenartigen Auswüchsen bereits zu Beginn der Diversifizierung der Amnioten vorhanden war.

Praktisch bedeutet das, dass der grundlegende Plan für Reptilienschuppen, Vogelfedern und Haarfollikel von dieser Art von Haut abstammen könnte. Die Autoren schlagen vor, dass die äußere epidermale Schicht bei den vorfahren Amnioten später zu komplexeren Follikeln für Federn und Haare durch die Faltung des gleichen Grundgewebes übergegangen ist.

Für moderne Leser ist es leicht, Fossilien nur als Knochen und Zähne zu betrachten. Diese Entdeckung erinnert daran, dass unser Verständnis alter Ökosysteme stark von seltenen, zerbrechlichen Funden abhängt, die Organe einfängt, die wir normalerweise nie sehen. Wenn wir nach draußen gehen und die trockene Luft auf unserer eigenen Haut spüren, benutzen wir eine Anpassung, die sich zum ersten Mal in Tieren entwickelte, die dem kleinen Reptil, das vor fast 300 Millionen Jahren seine Spuren in einer oklahoma-Höhle hinterließ, sehr ähnlich waren.

Die Studie wurde auf der Website Current Biology veröffentlicht.