Forschung mit Biss: Dinozähne enthüllen Klima vor Millionen Jahren

In Kürze:

• Deutsche Forscher haben eine Analyse entwickelt, um verschiedene Sauerstoffisotope im Zahnschmelz zu bestimmen.
• Versteinerte Zähne ermöglichen Rückschlüsse auf das Klima der Vergangenheit.
• Mehr Sauerstoff und Kohlenstoffdioxid in der Atmosphäre ließen Pflanzen üppig sprießen.
• Urzeitechsen profitierten vom Klima und dem Nahrungsangebot vor Millionen Jahren.

Woher wissen wir, wie die Erde vor vielen Millionen Jahren – lange vor der Existenz des Menschen – aussah? Antworten können handfeste Relikte wie Fossilien liefern, die die Zeit beinahe unverändert überstanden haben. Doch wie sieht es mit Dingen aus, die nie sichtbar waren, wie Gase und Moleküle? Auch sie haben ihre Spuren hinterlassen, Spuren, an denen sich die Zeit die Zähne ausbeißt, wie deutsche Forscher der Universitäten Göttingen, Mainz und Bochum zeigen.

Den Wissenschaftlern um Geochemikerin Dr. Dingsu Feng ist es gelungen, eine bislang unerschlossene Datenquelle ausfindig zu machen, die das Klima früherer Zeiten zeigt: versteinerte Dinosaurierzähne.

Eine Analyse von Sauerstoffisotopen im Zahnschmelz ergab so unter anderem, dass die Atmosphäre während des Mesozoikums vor 252 bis 66 Millionen Jahren reichhaltiger war als heute.

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Auf den Zahn gefühlt

Für die Paläoklimatologie ist die neue Studie ein Meilenstein. Um das Klima zu rekonstruieren, benutzten Forscher bislang primär Bodenkarbonate und sogenannte marine Proxys. Solche Proxys sind Hinweise aus dem Meer, die mit den gesuchten Parametern eng in Wechselwirkung stehen, sodass sie stellvertretend erfasst werden.

Allerdings sind diese Verfahren mit Unsicherheiten behaftet. Die Analyse an den landlebenden Wirbeltieren schafft nun Abhilfe. Doch wie wird aus einem Zahn ein rekonstruiertes Bild vergangener Klimata?

Der Schlüssel liegt im Zahnschmelz, einem der stabilsten biologischen Materialien. Er enthält verschiedene Isotope des Sauerstoffs, den ein Dinosaurier mit der Luft eingeatmet hat. Das Verhältnis dieser Isotope reagiert auf Veränderungen des atmosphärischen Kohlenstoffdioxids und der fotosynthetischen Aktivität der Pflanzen. Mit ihrer neu entwickelten Methode haben die deutschen Forscher die Mengenverhältnisse der drei stabilen Sauerstoffisotope ¹⁶O, ¹⁷O und ¹⁸O analysiert.

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„Unsere Methode gibt uns einen gänzlich neuen Blick auf die Vergangenheit der Erde“, erklärte Erstautorin Dr. Dingsu Feng von der Universität Göttingen. „Sie eröffnet die Möglichkeit, über fossilen Zahnschmelz die Zusammensetzung der Atmosphäre der frühen Erde sowie die Produktivität der damaligen Pflanzen zu erforschen.“

Zähne sind mit das härteste Material, das ein Körper herstellen kann. Foto: jarino47/iStock

Zähne zeigen: Mehr O₂, CO₂ und Fotosynthese

Die Ergebnisse offenbaren, dass sowohl der Anteil des CO₂ in der Luft als auch die Fotosyntheseleistung aller Pflanzen höher waren als heute. So enthielt die Luft im späten Jura vor etwa 150 Millionen Jahren etwa viermal so viel Kohlenstoffdioxid (CO₂) wie im 19. Jahrhundert. In der späten Kreidezeit vor rund 73 bis 66 Millionen Jahren war der Gehalt noch dreimal so hoch.

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Am stärksten war die auffällige Zusammensetzung der Sauerstoffisotope in den Zähnen von Tyrannosaurus rex und dem langhalsigen Sauropoden Kaatedocus siberi. Häufige CO₂-Spitzen deuten laut den Forschern darauf hin, dass sie mit großen Ereignissen wie Vulkanausbrüchen in Verbindung stehen könnten.

Doch der höhere CO₂-Gehalt und das wärmere Klima hatten auch zur Folge, dass die Pflanzen mehr Fotosynthese betrieben und mehr CO₂ in O₂ umwandelten. Mit anderen Worten, sie wuchsen kräftig. Davon könnten schließlich auch die Urzeitechsen profitiert und das Zeitalter der Dinosaurier begründet haben.

Der höhere CO₂- und O₂-Gehalt sowie das warme Klima könnten zum Aufstieg der Dinosaurier beigetragen haben. Foto: Warpaintcobra/iStock

„Die in unserer Studie erhaltenen Informationen zur Fotosyntheseleistung der damaligen Pflanzenwelt sind anderweitig schwer ermittelbar, aber entscheidend für ein besseres Verständnis sowohl mariner als auch terrestrischer Nahrungsnetze“, betonte Co-Autorin Prof. Dr. Eva M. Griebeler, Ökologin an der Johannes Gutenberg-Universität Mainz, „denn die verfügbare Pflanzenbiomasse limitiert die Dichte und Anzahl von Arten sowie die Länge von Nahrungsketten in Ökosystemen.“

Die Analyse des uralten Zahnschmelzes ermöglicht somit neue Einblicke in die sich wandelnde Natur im Laufe der Erdgeschichte.

Die Studie erschien am 4. August 2025 im Fachmagazin „Proceedings of the National Academy of Sciences“.