Prototaxites

[Gerd Schmahl]

Glück auf, lieber Florian,
das "Glückauf" kommt natürlich von den Bergleuten, denen sich die Geologen nahe fühlen. Es gibt aber auch ganze Regionen, in denen das der übliche Gruß ist, unabhängig vom Berufsstand, so z.B. rund um Freiberg/Sachsen. Paläontologen sind ja, je nach Ausbildungsweg, entweder spezialisiert Geologen oder spezialisierte Biologen. Die, die ich persönlich kenne, gucken keineswegs irritiert, wenn man sie mit "Glück auf!" grüßt.

Die Schwierigkeiten bei Deinen Fotos resultieren wohl vor allem aus den starken Glanzlichtern, die beim Staken oft schwer zu beherrschen sind. Da hilft meist nur ein starker Diffusor, der i.d.R. bei den normalen Auflichteinrichtungen nicht vorgesehen ist. Da braucht man eine externe Beleuchtung, die natürlich nur ab einem gewissen Arbeitsabstand des Objektives greift.

LG Gerd

[rlu]

Hallo Florian,

#Glanzlichter,
probiere mal Polfolien. Du kannst nach der Beleuchtung und im Strahlengang solche Folien verwenden/einlegen.
Damit werden die Reflexionen gut unterdrückt.
Und schalte den "Zebra" deiner Kamera ein. Damit erkennst du, ob Stellen im Bild ausbrennen - also zu stark belichtet sind.

Wenn du RAW statt JPEG verwendest, kannst du die unterbelichteten Fotos wieder heller belichten, ohne große Verluste. 

Liebe Grüße
Rudolf

[Florian D.]

probiere mal Polfolien.

Soll ich da vorher meine Präzisionspolarisatoren ausbauen? ;-)
Treffe  ich Dich heute Abend?

Viele Grüsse
Florian

[Florian D.]

Ich möchte nochmal auf den Artikel von Loron et al. näher eingehen und mit den Strukturen, die hier schon vorgestellt wurden, vergleichen, wo möglich. Ihre Analyse stützt sich im wesentlichen auf ein neues Präparat NSC.36 aus der schottischen Ortschaft Rhynie, die für ihre ausgezeichnet erhaltenen Fossilien aus dem Unterdevon (407 Millionen Jahre v. u. Z. ) berühmt ist. Pflanzen, Arthropoden und eben auch manchmal Prototaxites, ( hier die Art Prototaxites taiti) wurden hier in einer Landschaft, die wohl dem Yellowstone Nationalpark glich, in extrem kieselsäurehaltigem Wasser lebensecht verkieselt, so dass oft noch feinste Zellstrukturen erhalten geblieben sind. Prototaxitesfunde sind dort aber eher selten, daher der Wert des Präparats. In Fig. 2 der Arbeit wurden insbesondere die sog. Markflecken untersucht. Der Erstbeschreiber von Prototaxites hielt dieses Lebewesen für einen Vorläufer der Eiben (Taxus) und belegte daher die Strukturen, die er sah, mit taxonomischen Namen, wie sie für Koniferen verwendet werden. Bei den Markflecken von P. handelt es sich aber sicher um gänzlich andere Strukturen. Diese Flecken und Strahlen können sowohl dunkel als auch sehr hell im Vergleich zu dem umgebenden Röhrengewebe sein. In letzter Zeit wurde die Hypothese aufgestellt, dass diese Flecken Algen beherbergt haben könnten, mithin P. eine Art Flechte war. Loron et al beschreiben mindestens 3 Röhrentypen in ihrem Exemplar. Die Größten zeigen spiralförmige Verdickungen der Wände, wie sie bei Nematasketum und Nematoplexus (siehe oben #94 ff; diese Funde stammen ebenfalls aus Rhynie!) beobachtet werden (ihre Fig. 2E). In den deutschen Prototaxitesarten wurden diese Röhrentypen bisher nicht beschrieben. In den Markflecken werden sehr dünne Röhren (ca. 1 mu) beschrieben, sowie dickere Röhren, die sich verzweigen. Eine Analyse im mit einem konfokalem Laserrastermikroskop (CLSM) zeigte dass sich diese Röhren stark und fein verästeln. Loron et al vergleichen sie mit Lungengewebe, und halten diese Flecken für Zonen wo z. B. Gas- oder Nährstoffaustausch erfolgte. Dies würde evtl. auch zu Kontakt mit symbiotischen Algen passen. Die in ihrem Präprint noch prominent vertretene Auffassung, dass alle Röhrentypen hier ihren Ursprung haben, wird nicht mehr so herausgestellt, allerdings verweisen sie darauf, dass mittels IR Spektroskopie keine unterschiede zwischen den Röhrentypen gefunden haben und deshalb nicht von einer Symbiose verschiedener Arten ausgehen. Die Verzweigungen in den Markflecken wurden schon von früheren Forschern beobachtet. So vergleicht sie z. B. Hueber mit entsprechenden Verzweigungen in den modernen Dauerporlingen (Coltricia). Er nennt die Markflecken deshalb coltricioide Cluster.
In Fig. 2 gibt es von diesen Clustern und Verzweigungen hochauflösende Bilder. Ich wollte zum Vergleich noch einige Bilder aus dem im #75 schon vorgestellten P aus Uckerath zeigen, in denen die Verzweigungen ebenfalls sehr schön zu erkennen sind.













Ich denke, die Bilder brauchen sich hinter denen aus dem Rhynie Chert nicht zu verstecken. Allerdings sind in den Markflecken keine feinen Röhren erhalten. Die dunklen Strukturen an den Röhrenenden könnten den feinen Verzweigungen in P. taiti enstprechen, allerdings erinnern sie mich auch an Verzierungen von Cystiden, wie etwa Kristallzystiden oder auch an Acanthobasidien.

Ich hoffe, die nächsten Tage noch einige weitere Punkte aus dem Paper hier diskutieren zu können.

Viele Grüsse
Florian

[Florian D.]

So liebe Forumisten,

ich wollte ja noch weiter auf den Artikel von Loron et al. eingehen. Dieser Artikel ist nicht einfach zu lesen, da, viele verschiedene analytische Methoden zum Einsatz kamen und die erhobenen Daten überdies als Spielwiese von eifrigen "Data Scientists" genutzt wurde, um abgehobene, und teilweise durchaus auch zweifelhafte Algorithmen darüber laufen zu lassen.
Von den Daten am interessantesten sind vielleicht die Infrarotspektren. Das Fossil enthält nicht nur ein Stück Prototaxites, sondern auch Pflanzenreste (Rhynia, Asteroxylon, Aglaophyton) und -sporen, Pilzhyphen und -sporen, Cyanobakterien, Eipilze, Kerftierfragmente und Amöben. Die Mikrobilder (sehr sehenswert, wenn auch klein) und IR Spektren können hier als Supplementary Material heruntergeladen werden!
In dem Artikel wurden nun die verschiedenen Fossilien und ihre Spektren miteinander verglichen. Um das verstehen zu können, wollte ich heute erst mal die Infrarot (IR) Spektren erläutern.



In diesem Bild habe ich drei Organismen mit recht verschiedenen Spektren herausgegriffen. In der Mitte ein typisches Spektrum von Prototaxites (die Nummer 38 im Namen ist die Nummer der Probe in den Supplementary Data!), einer Paläomyces Spore, sowie einer Blaualge. Die Spektren bestehen aus 2 Teilbereichen, nämlich Frequenzen von 1450-1750 "Wellenzahlen" oder 1/cm, sowie 2800-3000 1/cm. In der IR Spektroskopie ist es leider üblich, die Frequenz nicht in Hertz, sondern durch die reziproke Wellenlänge (in cm) des Lichtes im Vakuum anzugeben. Türkises Licht (500 nm) hat z. B. eine Frequenz 20.000 1/cm. Durch Licht der entsprechenden Wellenlängen im IR werden Atome, die in Molekülen aneinander gebunden sind, zu Schwingungen angeregt. Man kann dies gut durch Massenpunkte, die über Federn miteinander verbunden sind, modellieren.
Leichte Atome, wie Wasserstoff, haben dabei wesentlich höhere Schwingungsfrequenzen, als schwerere Atome. Im Bereich 2800-3000 1/cm findet man daher ausschließlich Schwingungen der Wasserstoffatome in CH₂ (Methylen-) und CH₃ Methylgruppen. Im Bild sind die Linienschwerpunkte grün markiert.   Diese Strukturen finden sich in Alkylgruppen. Der Chemiker spricht auch von aliphatischen Verbindungen. Dazu zählen insbesondere die Fette, sowie Wachse und daraus entstandene erdölartige Fraktionen. Das Isooktan, allseits bekannt aufgrund der Oktanzahl des Benzins, besteht z. b. aus drei Methyl-, vier Methylen- und einer CH Gruppe. Es ist bekannt, dass die Zellmembranen von Bakterien hauptsächlich aus Fettsäuren bestehen, von daher ist es nicht verwunderlich, dass das Spektrum der Blaualge besonders intensive Linien zeigt.

Im Bereich 1450-1750 1/cm finden sich eher Schwingungen schwererer Atome gegeneinander wie Kohlenstoff (C) gegen Sauerstoff (O) oder Stickstoff (N) und insbesondere die in dem verkieselten Fossil dominierenden Schwingungen von Silizium (Si) gegen Sauerstoff (Quarz ist SiO₂!). Die Spektren wurden so normiert, dass die Si-O Linie bei ca 1614 1/cm die Intensität 1 bekommt. Hier sehen wir schon eine Schwierigkeit: Das Verhältnis von organischem Material zu Quarz wird in den verschiedenen Fossilien innerhalb der Probe variieren und mit ihr die Intensität der Linien!
Die uns eigentlich interessierenden Linien organischen Materials, wieder in grün markiert, sind oft nur als Schultern an den intensiven Quarz Linien zu erkennen. Bei den zugrunde liegenden organischen Materialien handelt es sich vermutlich um Abbauprodukte von Polysacchariden (Stärke, Cellulose, Chitin) und Eiweisstoffen. Bei Chitin, dass in der Zellwand Pilzen und Arthropoden vorkommt, handelt es sich um einen Amino-Polysacharid. Wenn Prototaxites ein Pilz wäre, würde man also auch entsprechende Absorptionsbanden erwarten.  In dem Spektrum der Pilzspore sieht man tatsächlich, dass die entsprechenden Linien stärker ausgeprägt sind, als in dem Bakterium oder in Prototaxites. Allerdings habe ich hier schon extreme Beispiele herausgesucht.

Um jetzt einen Überblick über die Spektren aller Specimina zu erhalten, machen wir eine sogenannte Hauptkomponentenanalyse, wie sie auch in Graphik S14 des Supplementary Materials gezeigt wurde.




Die Hauptachse 1 korreliert dabei weitestgehend mit der Intensität der Alkylischen Banden (CH2, CH3) im Bereich 2800-3000 1/cm, die Hauptachse 2 mit der Intensität der C-O, C-N Schwingungen im Bereich 1450-1750. Die meisten Proben streuen über einen grossen Bereich. Die Prototaxitesspektren finden sich ganz am linken unteren Rand. Man darf aber nicht vergessen, dass es sich ja nur um ein Individuum handelt!. Damit möchte ich es für heute gut sein lassen!

Schönen Abend,
Florian

[Florian D.]

Kommen wir zum Hauptpunkt:

In dieser Graphik, einem sogenannten Loadings Plot, ist der Beitrag der einzelnen Spektrallinien zu den Hauptkomponenten aufgetragen und ich habe diese grob eingefärbt:



Blaue Quadrate sind die Schwingungen der Methyl- (CH₃)  und Methylen- (CH₂) -gruppen im Bereich 2800 - 3000 1/cm. Grüne Kreuze die C-O und C-N Schwingungen im Bereich 1450 - 1750 1/cm. Schwarze Rauten die Si-O Schwingungsbanden des Quarzes (Hintergrund). Dies stimmt mit der Beschreibung im Artikel überein, allerdings wurde dort ein wichtiger Punkt übergangen: Entlang der Richtung von links unten nach rechts oben im Plot der Hauptkomponenten steigt der Gehalt der Specimina an organischem Material insgesamt! Die chemische Zusammensetzung des Prototaxiten unterscheidet sich also weniger qualitativ von den anderen Organismen in der Probe, als vielmehr dadurch, dass er relativ arm an verbliebenen organischem Material ist. Dies ist schon an der relativ hellen Farbe des Prototaxiten zu erkennen. Ich denke kaum, dass man aus dieser,  wohl stark durch den Fossilisationsprozess bedingten Verarmung an organischem Material, auf taxonomische Unterschiede der ehemaligen Organismen schliessen kann. 

Daneben gibt es weitere Einwände gegen die Behauptung, aus der Separation der Prototaxites Spektren könne darauf geschlossen werden, dass es sich weder um Pflanzen, Tiere oder Pilze handeln könne:
1. Es wurde nur ein einziges Prototaxites Spezimen betrachtet
2. Die anderen Speziesgruppen sind auch stark inhomogen. So gibt es z. B. auch Unterschiede zwischen den Spektren der Gefäßpflanzen Rhynia und Asteroxylon einerseits und der basaleren Pflanze Aglaophyton.
3. Die Arthropoden sind in sich auch stark unterschiedlich. Es gibt die "aquatischen Arthropodenreste", wie sie in den Bildbeschreibungen genannt werden, einerseits, die sich stark von Prototaxites unterscheiden und eine Gruppe anderer Arthropodenreste, die sehr nahe bei Prototaxites clustern.
4. Die verglichenen fossilen Reste hatten teilweise komplett unterschiedliche Funktion: Die meisten Pilzreste sind Sporen. Sporen sind vollgepackt mit Öltröpfchen und Eiweis und unterscheiden sich damit chemisch stark von Hyphengewebe oder den Transportgewebe von Pflanzenstängeln.  Die meisten Pilzreste sind Sporen. Die wenigen Hyphen clustern sehr nahe bei Prototaxites.

Belassen wir es dabei: Der Datensatz der Infrarotspektren ist faszinierend, liefert aber kaum neue Informationen über die taxonomische Stellung von Prototaxites.

Viele Grüße
Florian

PS: "Last, to minimize the influence of thickness and differences in concentration of organic matter, the spectra were normalized on the highest silica overtone absorption peak (1615 cm−1). " Ich sehe nicht, wie die Normalisierung auf einen Si-O Peak, Differenzen in der Konzentration organischen Materials minimieren kann.

[purkinje]

Hallo Florian,
obwohl ich mich weder mit diesem Organismus noch mit den Techniken bisher vertieft befasst habe, finde ich deine Kritikpunkte an dem Paper gut erläutert und mehr als berechtigt.
Besten Dank für diese spannende Darstellung
und Grüße Stefan

[Florian D.]

Hallo Florian,
obwohl ich mich weder mit diesem Organismus noch mit den Techniken bisher vertieft befasst habe, finde ich deine Kritikpunkte an dem Paper gut erläutert und mehr als berechtigt.
Besten Dank für diese spannende Darstellung
und Grüße Stefan

Danke für die Rückmeldung Stefan!
Es ist mir bewusst, dass dies kein einfaches Thema ist und ich habe mich nach besten Kräften bemüht, es verständlich zu erklären. Umso mehr freue ich mich über die Rückmeldung, jemanden erreicht zu haben!

Viele Grüsse
Florian