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Dem Speerwerfer in die Schulter geschaut

Anthropologen geben Fundstücken eine virtuelle Realität

Was erzählt ein Neandertaler-Schädel über den Alltag und die Lebensbedingungen vor 35000 Jahren? Um das zu beantworten, setzt die Anthropologie heute unter anderem auf Hightech: In Tübingen ist jetzt eines der weltweit modernsten Labore für virtuelle Anthropologie entstanden.

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Angelika Bachmann

Tübingen. Das Zähnchen ist gerade mal drei Millimeter groß. Mit Wurzel einen halben Zentimeter. „Der gehört zu einem Kind“, sagt Prof. Katerina Harvati-Papatheodorou. „Etwa sechs Jahre alt.“ Ob es noch lebte, als der Zahn ausfiel? Oder wurde es erschlagen? Von einem Tier getötet? Starb es an einer Krankheit? Harvati öffnet ein anderes braunes Papp-Schächtelchen. Es enthält einen großen Backenzahn. Fast gänzlich abgeschmirgelt ist der Zahnschmelz auf der Kaufläche, abgenutzt durch das Kauen von harter Nahrung. Ein drittes Tütchen enthält einen kleinen Fußknochen, der an zwei Stellen kleine, tiefe Löcher aufweist: Bissspuren eines Tieres, vermutlich einer Hyäne, sagt Harvati.

Den Schädel eines Neandertalers in der Hand zu halten (in diesem Fall handelt es sich um eine ... Den Schädel eines Neandertalers in der Hand zu halten (in diesem Fall handelt es sich um eine Nachbildung) ist nach wie vor faszinierend. Für die Wissenschaft, sagt Katerina Harvati-Papatheodorou, ist es aber oft hilfreicher, mit Datensätzen und 3D-Aufnahmen im Computer zu arbeiten. Bild: Metz

Die Magazine der Universitäten und der Museen verfügen häufig über solche Fundstücke. Oft lagern sie dort seit fast hundert Jahren. Und immer wieder gibt es neue Analyse-Methoden, die den Fossilien neue Erkenntnisse abringen. Denn darum geht es in der Anthropologie: Nicht nur zu vermessen, wie groß der Backenzahn oder das Gehirn eines Neandertalers im Vergleich etwa zum modernen Menschen waren. „Wir wollen so viel wie möglich darüber herausfinden, wie sie damals lebten, wie sie starben, wie sich die verschiedenen Spezies entwickelten und sich an die Umwelt anpassten“, sagt Harvati.

Ein Computertomograph macht Aufnahmen von einem jungsteinzeitlichen Schädel. Bild: Metz Ein Computertomograph macht Aufnahmen von einem jungsteinzeitlichen Schädel. Bild: Metz

Die 41-jährige Paläoanthropologin ist Spezialistin für die dreidimensionale Visualisierung von fossilen Fundstücken. Modernste Technik und Software ermöglichen es, nicht nur die äußere Form der Fundstücke zu untersuchen, sondern in sie hineinzuschauen und die Beschaffenheit zu analysieren. „Virtuelle Anthropologie“ heißt dieser Forschungszweig, den Harvati in Tübingen aufgebaut hat. Herzstück des Tübinger Labors für virtuelle Anthropologie ist ein hochauflösender Computertomograph.

Mit dem leistungsstarken Scanner können Harvati und ihr Team dreidimensionale Bilder der fossilen Funde anfertigen. Sie sind aufgrund der starken Röntgenstrahlung noch viel exakter als vergleichbare CT-Aufnahmen in der Medizin. „Sehen Sie“, sagt Harvati und holt einen Schädel aus ihrem Safe. Der Schädel ist wunderbar erhalten, fast komplett. Die vorgewölbte Mundpartie zeigt: es muss sich um einen frühgeschichtlichen Affen handeln. Die unteren Partien sind allerdings weitgehend von Stein umhüllt.

Man kann den Schädel nicht einfach öffnen

Die Urgeschichtler, die den Schädel in Ostafrika ausgegraben haben, wollten den Stein aber nicht weiter abtragen. Sie befürchteten, fragile Partien zu zerstören. Etwa die sehr gut erhaltenen Zähne oder die dünnen Knochenplatten um die Nase.

Stattdessen sollen jetzt Harvati und ihr Team den Schädel im Computertomographen untersuchen. Sie können dabei auch die innenliegenden Flächen sichtbar machen. „Wenn man in einen Schädel hineinschauen will, kann man ihn ja nicht einfach aufmachen. Das geht einfach nicht. Man würde ihn zerstören“, sagt Harvati. Manchmal finden sich auf der Schädelinnenseite Abdrücke des Gehirns oder der Blutgefäße. „Das gibt uns Hinweise auf die Entwicklung des Gehirns.“

Ist der Schädel gescannt, verfügt Harvati über einen dreidimensionalen Datensatz, der einen weiteren Vorteil hat: Wissenschaftler und Museen auf der ganzen Welt können darauf zurückgreifen, ohne dass die wertvollen Fossilien auf Reise gehen müssen. Die Technologie hilft, die Originalstücke zu schützen, sagt Harvati.

Das gilt auch dann, wenn Fossilien in Bruchstücken gefunden werden. „Früher hat man diese Stücke von Hand zusammengesetzt“, erzählt Harvati. „Man hat sie geklebt, wenn es nicht passte, wieder auseinandergenommen. Dann wieder geklebt.“ Die Fundstücke werden dabei, auch wenn man sehr sorgfältig arbeitet, in Mitleidenschaft gezogen. Heute ermöglicht die Technik ein schonenderes Vorgehen: Harvatis Team scannt die einzelnen Teile ein. Mit Hilfe von Computerprogrammen entsteht daraus ein dreidimensionales Objekt. 3D-Drucker können aus diesen Datensätzen Objekte modellieren, ähnlich wie früher Abgüsse angefertigt wurden.

Catherine Bauer, Magistrandin am Institut, war zum Beispiel vergangenes Jahr bei der Grabung der Tübinger Altorientalisten in Qatna. Sie hat Schädelfragmente, die im dortigen bronzezeitlichen Königspalast gefunden wurden, eingescannt und rekonstruiert sie derzeit am Computer.

Im Labor steuert die technische Assistentin Iris Trautmann derweil den Computertomographen. Ein winziges Schädelchen, ein Rattenkopf, ist auf dem Objektträger gelagert. Der Scan ist eine Auftragsarbeit für eine anthropologische Forschergruppe, die herausfinden will, ob sich Hormonveränderungen auf die Schädelform- und Struktur auswirken. „Das Gerät macht 1000 Bilder in 360-Grad-Ansicht“, erklärt Trautmann.

Auf dem Schrank nebenan liegen bereits die nächsten Fossilien, die gescannt werden wollen: Oberarmknochen aus der Jungsteinzeit. An ihnen forscht Heike Scherf, Mitarbeiterin in der Abteilung für virtuelle Anthropologie. Sie untersucht Hüftknochen und Oberarmknochen von Affen, Neandertalern und modernen Menschen.

Einzigartig wie ein Fingerabdruck

An den kugelförmigen Gelenkköpfen lässt sich allerhand ablesen, erklärt Scherf und zeigt die CT-Aufnahmen: Das Innere der Gelenkkugel gleicht einem knöchernen Schwamm. Bei Pavianen, die sich gern und schnell auf allen Vieren fortbewegen, ist diese schwammartige Struktur durch die dauernde Belastung zusammengepresst. Anders dagegen bei Gibbons, die sich hangelnd von Baum zu Baum bewegen. Bei ihnen entdeckt man dafür ein typisches Belastungsmuster in den Schultergelenken.

Mit ähnlichen Fragestellungen untersucht Scherf Knochenstrukturen etwa bei Neandertalern. Die Belastungsmuster im Schultergelenk legen dabei den Schluss nahe, dass sie sehr oft mit erhobenem Arm große Kraft aufgebracht haben – wie zum Beispiel beim Speerwerfen.

Scherfs Kollege Michael Francken arbeitet derzeit an Schädeln, die bei Schwetzingen und in Stuttgart-Mühlhausen ausgegraben wurden. Francken promoviert über Verwandtschaftsanalysen. In seinen 3D-Bildern der jungsteinzeitlichen Schädel hat er die Stirnhöhlen farblich markiert. Die Form ist bei jedem Menschen einzigartig wie ein Fingerabdruck. Bestimmte Merkmale sind vererbbar. Deshalb lässt die Form der Stirnhöhle sich auch zur Analyse von Verwandtschaftsbeziehungen nutzen.

Nebenhöhlen, Stirnhöhlen und Gehörgänge der untersuchten Schädel geben darüber hinaus noch andere Hinweise: nämlich, dass Mittelohrentzündungen und Stirnhöhlenvereiterungen keine neuzeitlichen Krankheiten sind. Die Evolution hat deshalb Menschen, die in rauerem Klima leben, wie etwa Grönländer oder Sibirier, mit engen Zugängen zu den Nebenhöhlen ausgestattet.

Nicht jedoch die Neandertaler, die doch unter ähnlichen klimatischen Bedingungen leben mussten. Welche Vor- und Nachteile brachte die Anatomie der Gesichtszüge für die Neandertaler? Eine Frage, mit der sich zum Beispiel die Doktorandin Marlijn Noback beschäftigt.

Studenten aus der ganzen Welt

Am Tübinger Institut wird an vielen solchen lebensnahen Themen gearbeitet. Die neu aufgebaute Abteilung in der Tübinger Rümelinstraße zieht deshalb Studenten und Doktoranden aus der ganzen Welt an, aus Italien und Holland, aus Indien und den USA. Auch unter Wissenschaftlern mehrt sich der Ruf der Tübinger Anthropologen als Kooperationspartner für Grabungsprojekte. „Wir wollen“, sagt Harvati, „dass Tübingen zum internationalen Top-Zentrum für virtuelle Anthropologie wird.“

05.10.2011 - 08:30 Uhr

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