Wenn man an Naturkundemuseen denkt, fallen einem wahrscheinlich Dinge ein wie unwahrscheinlich aufragende Dinosaurier, Dioramen mit Höhlenmenschen oder lebendige Wälder und Biome. Oder vielleicht denkt man, dass es ein guter Ort ist, um arbeitslose Schauspieler zu beschäftigen. Es gibt allerlei derartige Dinge in Naturkundemuseen auf der ganzen Welt. Bildung spielt eine enorm wichtige Rolle, die Museen einnehmen, aber hinter den Kulissen sind sie tatsächlich legitime Forschungseinrichtungen und spielen eine wichtige Rolle in der akademischen Forschung für eine Vielzahl verschiedener Fachbereiche.

Was machen Naturkundemuseen?

Museen beschäftigen zahlreiche Wissenschaftler wie mich, die an den Sammlungen arbeiten. Was Museen von vielen anderen Forschungseinrichtungen unterscheidet, ist, dass sie über Exemplarsammlungen verfügen, die über Jahrzehnte oder sogar Hunderte von Jahren hinweg angesammelt wurden und eine Stichprobe, eine physische Datenbank des Lebens auf unserem Planeten, darstellen. Und das tun sie weiterhin. Sie bewahren also nicht nur zahlreiche Schädel, Felle, tote Vögel und Fossilien auf, sondern auch Gewebe. Inzwischen bewahren sie auch DNA-Proben auf, was eine neue Möglichkeit ist. Sie führen Aufzeichnungen über Expeditionen aus vergangenen Jahren, halten Fundortinformationen sowie genetische Daten fest und erweitern diesen Wissensschatz fortlaufend jeden Tag.

Dieses gewaltige Reservoir an biologischen Informationen ist eine ständig wachsende Quelle für naturhistorische Erkenntnisse. Die gesammelten Stücke können auf verschiedene Weise gelagert und präpariert werden. Viele Insekten werden getrocknet und dann aufgesteckt. Dies ähnelt, wie man sich erinnert, Darwins berühmter Schmetterlingssammlung. Oft werden viele der kleineren Wirbeltiere und Wirbellosen in Alkohol aufbewahrt, damit sie in Gläsern nicht verwesen. Wissenschaftler sammeln zudem Skelettmaterial, insbesondere bei den größeren Exemplaren. Es gibt eigentlich kein Glas, das groß genug für einen Elefanten wäre. Und selbst wenn man einen Elefanten in ein Alkoholglas zwängen könnte, wäre niemand bereit, den Elefanten zur Untersuchung aus dem Alkoholglas herauszuholen, weshalb das keinen Sinn ergibt. Das ist ein extremes Beispiel dafür, warum Skelettinformationen so wichtig sind. Daher haben verschiedene Pflanzen- und Tiergruppen unterschiedliche, spezielle Präparationsanforderungen. Vögel werden beispielsweise oft als Bälge präpariert, damit man die Farbe der Federn betrachten kann.

Das Leben auf der Erde erfassen

Der grundlegende Grund, warum viele dieser naturkundlichen Museumssammlungen existieren, besteht darin, Daten und Informationen über die Welt um uns herum und das Universum im Allgemeinen zu sammeln, zu schützen und zu teilen. Speziell für die Dinge, die wir betrachten, betrifft dies jedoch den „Stammbaum des Lebens“, der aus Pflanzen und Tieren besteht.

Wenn wir Flora und Fauna untersuchen, versuchen wir zu erfassen, wie alles zusammenpasst, wie alles miteinander verwandt ist und wie Tiere beziehungsweise Tiere und Organismen miteinander interagieren. Es ist eine Beschreibung der Biodiversität, der Unterschiede und Gemeinsamkeiten sowie des Verständnisses der Geschichte des Lebens auf diesem Planeten. Daher können diese naturkundlichen Sammlungen schlicht und einfach überwältigend groß und vielfältig sein. Das American Museum of Natural History in New York beispielsweise ist nicht das größte Museum in Nordamerika, gehört aber zu den größeren. Es beherbergt 24 Millionen wirbellose Tiere, über 4,5 Millionen Fossilien, zwei Millionen Fische, eine Million Vögel sowie Reptilien und Amphibien, Säugetiere, ethnografische und archäologische Objekte sowie Mineralien und Meteoriten. Diese Institution verfügt über ein massives, vielfältiges Spektrum an Exemplaren aus der ganzen Welt, die Hunderte von Jahren zurückreichen. Heutzutage gehört dazu auch eine rasch wachsende Sammlung von DNA-Geweben.

Wofür werden diese Proben verwendet? Wie sich herausstellt, nutzen Menschen diese Daten auf vielfältige Weise. Traditionell wurden Museumssammlungen verwendet, um neue Arten zu beschreiben, die Variation innerhalb von Tiergruppen zu verstehen oder Räuber-Beute-Beziehungen zu betrachten. Wissenschaftler untersuchen auch die Morphologie und Variation über Gruppen hinweg. Traurigerweise ist ein Museum heutzutage der einzige Ort, an dem man noch eine Wandertaube findet. Einst waren sie mit Milliarden und Abermilliarden Exemplaren in Nordamerika häufig, und heute sind sie ausgestorben. Letztendlich kommen Forscher auf wirklich coole, unvorhergesehene Anwendungen, die sich zum Zeitpunkt der Sammlung niemand hätte vorstellen können. Man nehme den Chytridpilz. Dies ist eine Krankheit, die weltweit riesige Mengen an Amphibien auslöscht. Dieser weltweite Amphibienrückgang ist ein echtes Problem. Wir sind uns nicht sicher, woher er stammt oder wann er begann, aber durch den Blick in Museumssammlungen können Forscher Abstriche machen und auf das Vorhandensein dieses Pilzes an den Museumsexemplaren testen – 10, 20 oder 100 Jahre zurückreichend und aus der ganzen Welt. Wir können tatsächlich testen, wo dieser Pilz seinen Ursprung hat und wie er sich ausgebreitet hat.

Genau wie Jurassic Park?

Museumssammlungen werden ständig genutzt; Menschen aus der ganzen Welt kommen, um sie zu studieren, und die Exemplare werden in die ganze Welt verschickt. Das ist großartig und läuft schon lange so, aber mit der CT-Scan-Technologie sind wir in der Lage, eine völlig neue Welt von Möglichkeiten für naturkundliche Museumssammlungen zu erschließen.

Zum Beispiel stießen wir auf einige 100 Millionen Jahre alte Exemplare in Bernstein. Wir waren sehr begeistert davon, da dies einige der ältesten jemals in Bernstein eingeschlossenen Eidechsen sind und es viele davon gab, mit einer enormen Vielfalt. Wir betrachteten sie unter herkömmlichen Mikroskopen und dachten: „Oh, das ist ziemlich cool, wir können manches so halbwegs erkennen.“ Dann dachten wir: „Nun, das sind wahrscheinlich Geckos oder... andere Dinge.“

Dann haben wir die Computertomographie für die zerstörungsfreie Prüfung eingesetzt. Durch das CT-Scanning konnten wir tief in die Materie eintauchen und enorme Detailmengen betrachten; es ermöglichte uns, mithilfe von Software bestimmte Bereiche herauszupräparieren. Wir können sklerotische Ringe – die Ringe in den Augen – eines 100 Millionen Jahre alten Tieres betrachten, was erstaunlich ist. Das ist im Grunde genau wie im Film Jurassic Park!

CT ermöglicht Zusammenarbeit

Mithilfe der CT-Scans haben wir außerdem 3D-gedruckte Darstellungen einiger dieser Tiere erstellt, um sie mit anderen Forschern zu teilen. Die Anwendungen für den Austausch dieser Informationen sind gewaltig. Die CT-Scan-Technologie wird es Museen ermöglichen, Informationen digital und sofort mit Menschen zu teilen. Zudem ermöglicht sie massive weltweite Kooperationen, sodass Forscher gleichzeitig am selben Tier arbeiten können. Für jeden Forscher ist das 3D-Modell im Grunde ein exaktes Abbild des Tieres. Hinzu kommt, dass eine Reihe von Websites an der Online-Speicherung für diese Art von Daten arbeiten, sodass sie zu einer Online-Ressource werden. Dieser Trend wird sich nur noch beschleunigen, wenn mehr Forscher die Vorteile der Computertomographie entdecken.

Digitale „Präparationen“ erhalten Exemplare

Wenn wir digital mit Präparaten arbeiten, isolieren wir bestimmte Voxel-Bereiche und ordnen sie spezifischen Regionen zu, die wir anschließend als unabhängige Objekte behandeln können. Danach lässt sich ein Dichtegradient hinzufügen, die mit der Dichte verknüpfte Farbe anpassen oder sogar die Transparenz verändern. Wir können verschiedene Volumen erzeugen und diese unabhängig voneinander bewegen. Bei einem fixierten Präparat, bei dem beispielsweise das Kiefergelenk verriegelt war, haben wir den Kiefer mithilfe der Software tatsächlich bewegt, um zu simulieren, wie er zum Oberkiefer passt. Ähnlich sind wir bei der Eidechse im Bernstein vorgegangen: Nach der Rekonstruktion des Schädels haben wir diesen digital wieder vollständig zusammengefügt. All dies ist mit CT-Technologie machbar.

Nicht zuletzt gibt es Anwendungen im Bildungsbereich. Wenn diese Präparate erst einmal im Umlauf sind, kann man sich leicht vorstellen, welche Möglichkeiten sich für den Unterricht in Evolutionsbiologie, Biodiversität oder zahlreihen anderen Bereichen eröffnen. Werden beispielsweise die Daten einer CT-Rekonstruktion eines Präparats oder die daraus gefertigten 3D-Drucke genutzt, lässt sich konvergente Evolution im Klassenzimmer hautnah vermitteln. Statt im Lehrbuch darüber zu lesen, können Schülerinnen einen Vogelflügel, einen Fledermausflügel und den Flügel eines Pterodaktylus in der Hand halten und die homologen Knochen direkt vergleichen. Das ist schlichtweg faszinierend.