Computertomographie als Werkzeug der Paläontologie

Wiederauferstehung eines Ur-Nashorns

17.05.2006 | REMIGIUS NIDERÖST

Ungewöhnliche Funde erfordern manchmal ungewöhnliche Methoden. So wird mit einem Computertomographen an der Empa, der normalerweise zur Untersuchung von Maschinenteilen dient, auch schon mal der versteinerte Schädel eines Ur-Nashorns gescannt. Mit den gewonnenen Daten rekonstruierten Paläontologen des Naturmuseums St. Gallen den Kopf und das Gebiss des urtümlichen Dickhäuters.

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Legende: Der Computertomograph der Empa liess den Schädel eines Ur-Nashorns wiederauferstehen. Dies, ohne dass das Fossil dabei zerstört wurde.

Auf den ersten Blick sieht der Klumpen in der Hand von Empa-Forscher Alexander Flisch aus wie ein Stück Fels. Bei näherer Betrachtung lassen sich zwischen dem hellgrauen Sedimentgestein jedoch schwarze versteinerte Reste eines Schädelknochens erkennen. Sogar Zähne sind auszumachen. Diese gehören zum Oberkiefer eines Ur-Nashorns, das vor über 18 Millionen Jahren bei uns gelebt hat. Ein Arbeiter entdeckte den fossilen Schädel vor einigen Jahren zufällig in einem Sandsteinblock, der jahrelang auf dem Gelände eines Steinbruchs im St. Gallischen Uznach gelagert hatte. Anfang letzten Jahres gelangte das seltene Fundstück schliesslich in den Besitz des Naturmuseums St. Gallen, das ihn zur computertomographischen Untersuchung an die Empa nach Dübendorf sandte. Dort ist der Schädel während einiger Wochen gründlich «durchleuchtet» worden.

 
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Der Röntgen-Computertomograph der Empa wurde „zweckentfremdet“ genutzt, um den versteinerten Schädel eines Ur-Nashorns zu untersuchen.
  Schädel am Computer rekonstruieren
In einem Glaszylinder bewegt sich der 45 Zentimeter hohe Schädel langsam vor der Röntgenröhre hin und her. Ihre Strahlen durchdringen den 22 cm dicken Sandstein, und nach gut elf Minuten liegt ein einzelnes Schichtbild des Ur-Nashornschädels vor, sozusagen ein virtueller Schnitt durch den Schädelknochen. Insgesamt 920 derartige Bilder werden aufgenommen, immer im Abstand eines halben Millimeters. Aus der riesigen Datenmenge entsteht auf dem Computerbildschirm ein dreidimensionales Modell vom Schädel.
 

So lässt sich quasi die Wiederauferstehung eines Ur-Nashorns miterleben, der prähistorische Schädel kann dann von allen Seiten betrachtet werden. Für Urs Oberli, Präparator paläontologischer Funde, sind diese Bilder und Daten aus dem Tomographen die Basis für den Bau eines perfekten physischen Modells. «Der grösste Vorteil der Methode besteht darin, dass der Originalschädel durch die Untersuchung nicht zerstört wird», freut sich Toni Bürgin, Direktor des St. Galler Naturmuseums.

Kürzere Entwicklungszeit mit der industriellen Computertomographie
Für die Durchleuchtung fossiler Schädel ist die Empa die einzige Adresse in der Schweiz. «Die Computertomographen in den Schweizer Spitälern sind dafür zu schwach», erklärt Alexander Flisch. Der industrielle Tomograph der Empa ist mit seinen 450 kV rund dreimal stärker als medizinische Geräte und liefert auch bei 20 Zentimeter dickem Stein klare Bilder. Daher setzt ihn die Empa hin und wieder für archäologische und paläontologische Zwecke ein; so etwa, um den Fachleuten Einblick in versteinerte Sauriereier zu geben. Fossilien zu scannen sei eine schöne Abwechslung, meint Alexander Flisch, denn normalerweise vermisst er Prototypen von Maschinenteilen. Die Technologie ist im Rahmen des EU-Projekts FATIMA entwickelt worden und ermöglicht es Unternehmen, die Entwicklungszeit von Produkten zu verkürzen. Aus den Daten, die der Tomograph liefert, lässt sich ein dreidimensionales Oberflächenmodell erzeugen. Dieses wird mit dem Modell des computergestützten Design- und Zeichnungsprogramms (CAD) verglichen, um Abweichungen zu erkennen. Änderungen am CAD-Modell oder an der Gussform können so rascher vorgenommen werden, ohne dass der Prototyp zerstört werden muss.
Das Verfahren wird laufend verbessert. Momentan baut die Empa einen Computertomographen auf, der ein einzelnes Schichtbild zehnmal schneller anfertigt. Ein wesentlicher Vorteil für die industrielle Anwendung – das Ur-Nashorn hingegen hat keine Eile. Sein versteinerter Schädel hat ja schon Millionen von Jahren überdauert.

Kontakt

Alexander Flisch, Empa, Abteilung Elektronik/Messtechnik/Zuverlässigkeit, Tel. 044 823 45 67,

Dr. Toni Bürgin, Direktor St. Galler Naturmuseum, Tel. 071 242 06 70,

Urs Oberli, paläontologischer Präparator, Tel. 071 245 51 56, oberliurs@gmx.ch

Redaktion

Remigius Nideröst

 

TV-Hinweis: Das Schweizer Fernsehen SF1 strahlt am Donnerstag, 18. Mai 2006, in der Sendung Menschen, Technik, Wissenschaft (MTW) um 21.05 Uhr einen Beitrag über diesen fossilen Fund aus.