Objective and Quantitative Methods in the Study of Dinosaur Tracks

Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn

Jens Nikolaus Lallensack

Jens Nikolaus Lallensack hat in Göttingen und Bonn Geowissenschaften mit dem Schwerpunkt Paläontologie studiert. Im Oktober 2018 hat er seine Promotion am Institut für Geowissenschaften der Universität Bonn zur Analyse von Dinosaurierspuren abgeschlossen. Sein aktueller Forschungsschwerpunkt ist die Fortbewegung der Dinosaurier. Zu anderen paläontologischen Themen betreibt er Öffentlichkeitsarbeit in der englischsprachigen Wikipedia.

Auf einen?

Expertise

  • Dinosaurier
  • Fossile Fußspuren
  • Statistik

Interessant für

  • Paläontolog*innen
  • Biolog*innen
  • Statistiker*innen
  • alle mit Interesse an der Vorzeit
Jens Nikolaus Lallensack
Jens Nikolaus Lallensack

Jens Nikolaus Lallensack hat in Göttingen und Bonn Geowissenschaften mit dem Schwerpunkt Paläontologie studiert. Im Oktober 2018 hat er seine Promotion am Institut für Geowissenschaften der Universität Bonn zur Analyse von Dinosaurierspuren abgeschlossen. Sein aktueller Forschungsschwerpunkt ist die Fortbewegung der Dinosaurier. Zu anderen paläontologischen Themen betreibt er Öffentlichkeitsarbeit in der englischsprachigen Wikipedia.

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  • Fossile Fußspuren
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Interview

Arthur Höring
Redakteur

Welche Hinweise können uns Fußspuren von Dinosauriern geben und über welche Bereiche lassen sie dabei genauere Annahmen zu?

Jens Nikolaus Lallensack
schreibt…
Arthur Höring
Redakteur

Welche Hinweise können uns Fußspuren von Dinosauriern geben und über welche Bereiche lassen sie dabei genauere Annahmen zu?

Jens Nikolaus Lallensack
Doktorand

Was wir über Dinosaurier wissen, basiert größtenteils auf Knochen. Knochen sind aber nur ein Teil des ursprünglichen bereits verstorbenen Tieres und lassen daher nur indirekte Schlüsse auf das Verhalten der Tiere zu. Fußspuren sind von ganz anderer Natur: Sie überliefern das Verhalten zu einem bestimmten Zeitpunkt im Leben des Tieres. Aus diesem Grund geben uns Fußspuren entscheidende Hinweise über Geschwindigkeit, Gangart, Beinstellung, Bewegungsabläufe, bis hin zum Herdenverhalten. Darüber hinaus bieten Fußspuren ein vollständiges Abbild des Fußes, manchmal inklusive der Hautabdrücke, während vollständige Fußskelette äußerst selten gefunden werden.
Ein weiterer wichtiger Unterschied zu Knochen ist das andere Erhaltungspotenzial. Beispielsweise werden Knochen in säurehaltigen Sedimenten oft aufgelöst, während Fußspuren erhalten bleiben, da es sich ja nur um Abdrücke handelt. Fußspuren sind oft gerade dann sehr häufig, wenn Knochenfunde fehlen. Für bestimmte Epochen sind Knochenfunde so selten, dass unser Wissen über das Erscheinen und die Verbreitung von vielen Tiergruppen größtenteils auf Fußspuren beruht. Die geologisch ältesten bekannten Fossilien von Dinosauriern und der ihr übergeordneten Gruppen sind tatsächlich Fußspuren.

Arthur Höring
Redakteur

Welche Möglichkeiten gibt es, dass etwas so Fragiles wie ein Fußabdruck über einen so großen Zeitraum überhaupt konserviert werden konnte?

Jens Nikolaus Lallensack
Doktorand

Zuerst einmal muss die Fußspur bald nach ihrer Entstehung von Sediment bedeckt werden, ohne dabei wieder ausgelöscht zu werden. Hier gibt es im Grunde zwei Möglichkeiten: Im ersten Szenario wird die Fußspur durch Sonneneinstrahlung oder Rasen aus Mikroorganismen verfestigt, bevor die nächste Überschwemmung die Spur mit frischem Sediment bedeckt.
Im zweiten Szenario entsteht die Fußspur bereits im Sediment, ist also von vornherein geschützt. So eine „Geisterspur“ kann entstehen, wenn der Fuß tief in das Substrat eindringt und die Spur durch nachrutschendes Sediment direkt versiegelt wird, sobald der Fuß herausgezogen wurde. Sie kann auch entstehen, wenn eine Fußspur auf die nächste, untere Schicht durchdrückt. Viele Fußspuren, die wir finden, sind tatsächlich derartige Geisterspuren.

Arthur Höring
Redakteur

In deiner Arbeit beschreibst du, dass Aussagen zu Spurenfossilien einen größeren Spielraum für Interpretationen lassen als beispielsweise Knochen. Wie bist du diesem Problem begegnet?

Jens Nikolaus Lallensack
Doktorand

Es gibt zwei Probleme, welche die Aussagekraft von Fußspuren doch deutlich herabsetzen. Das erste Problem ist, dass wir die Spurenerzeuger nur sehr schwer eingrenzen können: Man kann zwar die Großgruppe der Dinosaurier, aber nur in Ausnahmefällen die genaue Art bestimmen. Die beste Lösung ist die Suche nach Synapomorphien. Das sind Merkmale, die nur für eine bestimmte Gruppe charakteristisch sind. Einige dieser Merkmale finden sich im Fußskelett und lassen sich entsprechend in Fußspuren wiederfinden. Mit dieser Methode ist es mir gelungen, den derzeit ältesten, eindeutigen Nachweis der Gruppe der Sauropoden oder „Langhals-Dinosaurier“ zu identifizieren.
Das zweite Problem betrifft die Definition der Fußspur selbst. Um diese zu interpretieren, muss auch festgelegt werden, wo eine Fußspur aufhört und das umgebende Sediment beginnt, denn Fußspuren haben oft keine klare Begrenzung. Interpretative Umrisszeichnungen von Fußspuren leiden daher unter einem hohen Grad der Subjektivität. Erkennt ein Forscher in einer Fußspur bspw. einen fleischfressenden Dinosaurier, wird seine Umrisszeichnung wahrscheinlich anders ausfallen, als vermute er einen pflanzenfressenden. Diese Subjektivität schlägt sich ferner in der statistischen Erfassung dieser Ergebnisse nieder. Zur Lösung dieses Problems habe ich im Rahmen meiner Doktorarbeit eine Software geschrieben, die vollständig automatisch den Umriss einer Fußspur basierend auf 3D-Modellen zeichnet. Diese erlaubt es, alle Fußspuren einer Analyse mit den exakt selben Parametern zu interpretieren; die Ergebnisse sind somit vollständig objektiv und reproduzierbar. Derzeit bemühe ich mich, Werbung für diese Methode zu machen, in der Hoffnung, dass sie breitere Anwendung finden wird.

Schlagworte

Dinosaur tracks, Footprints, Dinosaurs

Zusammenfassung

This dissertation develops and employs objective and quantitative methods for the analysis of dinosaur tracks. Tracks are — besides the familiar bones and teeth — a crucial data source for inferences on dinosaur biology and evolution. Tracks allow for insights that cannot be directly obtained from bones and teeth. Most obviously, their nature as life traces allows for inferences on behavior, posture, gait, and speed. Track data, however, are often more ambiguous than data derived from bones. Footprint margins, for example, are difficult to define objectively, and footprint shape is the result of a combination of many factors including anatomy, substrate, and behavior, complicating their interpretation. Although quantitative methods are needed to constrain this ambiguity and to effectively analyze the often non-discrete characters of footprint shape, the study of dinosaur tracks is still a largely subjective endeavor. This dissertation aims to demonstrate the utility of these methods for studying dinosaur tracks, not only to improve on objectivity and reproducibility of results, but also to gain novel insights into dinosaur biology and evolution.

In a case study of Lower Cretaceous theropod and ornithopod trackways from Münchehagen, Germany, geometric morphometric analysis is employed to quantify footprint shape variation within trackways, revealing that many shape features may not reflect foot anatomy. Furthermore, inferences on the discrimination between the footprints of theropod and ornithopod trackmakers and between footprints of the left and right foot are made (chapter 2). A larger (n=303) sample of tridactyl footprints from all over the world was analyzed using an approach combining geometric morphometrics and linear and angular measurements, revealing that footprint shape carries a strong functional signal. Cursorial, graviportal, and stabilizing adaptations may be differentiated based on footprints. Furthermore, footprint size evolution is analyzed separately for theropods and ornithischians, revealing reverse trends (chapter 3). In an attempt to provide a solution for the vexing problem of defining objective footprint margins, a program was written that is, for the first time, able to compute outlines automatically from 3D-models of footprints, providing the basis for fully objective shape analyses (chapter 4). An extensive sauropod tracksite from the Middle Jurassic of Morocco was analyzed in detail, revealing trackways with laterally orientated manual impressions, which is rare in sauropods. Statistical analysis of trackway parameters of these and other trackways from around the world (n=79) demonstrates that the manus orientation is determined by both relative locomotion speed (and thus, behavior) and the position of the center of mass (anatomy). Furthermore, the gleno-acetabular length is evaluated as an alternative size proxy for quadrupedal trackways, and attempts are made to quantify trackway asymmetries and to produce trackway mean configurations (chapter 5). The synapomorphy-based approach, sometimes considered the most rigorous objective approach for trackmaker identification, is used to identify a sauropod trackway from the Late Triassic of Greenland, currently constituting the most unambiguous evidence for sauropods before the Jurassic (chapter 6). Another trackway from the Late Triassic of Lesotho shows somewhat sprawling forelimbs, and thus may pertain to a recently identified group of large and quadrupedal non-sauropod sauropodomorphs, the Lessemsauridae (chapter 7). The state of research is reviewed, identifying five principal challenges that add significant ambiguity to previous interpretations and can possibly be accounted for by the use of objective and quantitative methods. It is argued that currently employed ichnotaxonomy lacks an objective basis, but that other approaches to the study of tracks, in particular functional interpretations, may add more to our understanding of dinosaurs than previously recognized (chapter 8).

Zitiervorschlag

Lallensack, Jens Nikolaus. Objective and Quantitative Methods in the Study of Dinosaur Tracks. Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn, 2019, https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:hbz:5n-53507.

Repository

hss.ulb.uni-bonn.de

Identifikatoren

urn: urn:nbn:de:hbz:5n-53507

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