Knochen-Arbeit in Lichtenfels
Hintergrund
Vom Meeresgrund...
Vor einigen Jahren habe ich von einem Kollegen an der Universität Bayreuth einen Knochen als Geschenk erhalten. Es war einer dieser schönen Momente, in denen ich froh bin, meine nerdige Art konsequent nach außen zu tragen und für meine seltsamen Interessen und meine Naturverbundenheit in meinem Umfeld bekannt zu sein. So wurden schon diverse Dinge an mich herangetragen – von Exemplaren der Flussperlmuschel bis zu Rentierflechten aus Sibirien.
Besagter Knochen wurde von meinem Kollegen während eines Nordseeurlaubs am Strand gefunden. Ihm fiel direkt die ungewöhnliche schwarze Färbung auf und er vermutete schon damals, dass es sich wohl um einen sehr alten Fund handeln müsse. Ich freute mich sehr über das Geschenk, habe ich doch schon seit Kindheitstagen eine Schwäche für ungewöhnliche Exponate in der Natur. So gelangte der Knochen zu meiner Sammlung zwischen Flussperlmuschel und Bisamschädel. Dort lagerte er mehrere Jahre, während die Welt wegen Corona den Atem anhielt und ich meine Promotion beendete.
Vor zwei Jahren – ich hatte bereits meinen neuen Job als Projektmanager für Vogelschlag an Glas begonnen und wieder geistige Kapazitäten für Freizeitgestaltung – fiel mir der Knochen wieder in die Hände. Zu diesem Zeitpunkt fuhr ich schon regelmäßig nach Cuxhaven, um dort die Natur des Wattenmeers kennenzulernen. Das Meer spült die verschiedensten Objekte an den Strand, und der aufmerksame Spaziergänger kann von Versteinerungen über Muscheln bis zu Federn und Bernstein so ziemlich alles im Spülsaum finden. Die gefundenen Schätze richtig anzusprechen und einzuordnen kann den Laien jedoch schnell überfordern. Mir viel der Knochen in meiner Sammlung ein und zu Hause versuchte ich mich am Bestimmen. Da ich wenig Ahnung von vergleichender Anatomie habe benötigte ich Hilfe, um den Knochen besser einer Art zuordnen zu können.
Vor zwei Jahren - ich hatte bereits meinen neuen Job als Projektmanager für Vogelschlag an Glas begonnen und hatte wieder geistige Kapazitäten für Freizeitgestaltung - Viel mir der Knochen wieder in die Hände. Zu diesem Zeitpunkt fuhr ich schon regelmäßig nach Cuxhaven um dort die Natur des Wattenmeers kennen zu lernen. Das Meer spült die verschiedensten Objekte an den Strand und der aufmerksame Spaziergänger kann von Versteinerungen, über Muscheln bis zu Federn und Bernstein so ziemlich Alles im Spülsaum finden. Die gefundenen Schätze richtig anzusprechen und einzuordnen kann den Laien jedoch schnell überfordern. Ich benötigte also Hilfe, um den Knochen besser einordnen zu können.
...in die Tiefen der Zeit...
Die passende Anlaufstelle für mein Anliegen fand ich im Urwelt-Museum Oberfranken in Bayreuth, dessen paläontologische Sammlung über die Grenzen von Deutschland bekannt ist - vor allem wegen des Typus-Exemplar des Nothosaurus mirabilis. Die Museums-Pädagogin Dr. Ulrike Albert hat meinen Knochen entgegengenommen und stellte sich der Aufgabe einer Artbestimmung gestellt.
Ich hatte es schon fast wieder vergessen, als sich Frau Dr. Albert nach einem halben Jahr bei mir meldete und mich ins Museum einlud. Sie erklärte mir, dass es sich um einen Oberarmknochen einer Robbe handele. Die schwarze Färbung stamme von einer Patina, die sich während der Lagerung im Watt gebildet hatte. Es war also davon auszugehen, dass der Knochen bereits viele hunderte, wenn nicht sogar tausende von Jahren im Sand vergraben lag und durch die Umlagerung des Meeresbodens wieder freigelegt und schließlich an den Strand gespült wurde.
Nun hatte ich also Informationen über die Art und eine Beschreibung der anatomischen Funktion. Näher konnte ich meinem Fund mit den mir zur Verfügung stehenden Informationen und Techniken nicht kommen. So verschwand der Knochen wieder für ein paar Jahre in den Tiefen meiner Sammlung - wie er schon im Meer vom Sand verschüttet und von der Zeit vergessen worden war.
Praxis
...in den Fokus...
Hin und wieder erzählte ich von dem besonderen Exponat in meiner Sammlung, jedoch verstaubte er nach wie vor in seiner Kiste auf meinem Dachboden. Mittlerweile hatte ich meinen Lebensmittelpunkt nach Ebern in den Haßbergen verlegt, um mehr Zeit mit meinem Sohn verbringen zu können.
Mit diesem besuchte ich Ende September 2026 das weltbekannte Flechtkultur Festival in Lichtenfels, bei dem auch die FADZ MACHBAR e.V. Teil des umfangreichen Programms war. Die MACHBAR als Zukunftswerkstatt des Machbar e.V. ist ein lokaler Makerspace, der eine Reihe Technologien wie 3D-Druck, 3D-Scanning, Laser-Cutting und Holz- und Metallverarbeitung zur Verfügung stellt. Hier können wissbegierige und kreative Köpfe aus der Bevölkerung ihre eigenen Ideen umsetzen und hierfür zu den Selbstkosten hochwertige Maschinen nutzen.
Bei meinem ersten Besuch habe ich nur ein kleines Namensschild für meinen Sohn lasern lassen - natürlich unter seinen strengen und neugierigen Blicken. Mir war sehr bald klar, dass ich diese tolle Möglichkeit so bald wie möglich ausführlicher nutzen sollte, um neue Fähigkeiten und Wissen zu erlangen.
Eine Woche später war ich wieder vor Ort, um ein eigenes kleines Projekt zu starten. Ich probierte den kleinen 3D-Scanner aus und digitalisierte ein einfaches Bauelement. Die Technik war relativ selbsterklärend, es zeigten sich aber schnell die Limitationen und Tücken der Geräte. Dunkle Bereiche wurden oft nicht ausreichend erkannt, und so entstehende Löcher im Modell mussten im Anschluss im Programm identifiziert und geschlossen werden. Auch die verschiedenen Dateiformate wie .vld3, .stl, oder .obj waren mir nicht bekannt und bedurften einer weiteren Recherche im Anschluss.
Für das Öffnen der Datei entdeckte ich Open3D Viewer für mich und erkannte, dass diese Art von Programm sich super eignet, um das Modell aus allen Richtungen zu begutachten. Hilfreich hierbei fand ich insbesondere die Einstellung der Belichtung. Das Handling der Formate über RStudio war eine weitere Herausforderung, doch letztlich schaffte ich es eine .GIF-Datei zu erstellen, die das rotierende Objekt darstellt und einfach wie eine Bild- oder Video-Datei geteilt werden kann.
Angetrieben von diesem Erfolg versuchte ich mich bei den nächsten Sitzungen an weiteren Objekten, z.B. an Schalen der Flussperlmuschel (Margeritifera margeritifera). In diesem Fall war ich auch das erste Mal auf die Verwendung von Kalkspray angewiesen, da die dunkle Farbe des Periostrakums zu geringen Kontrast für eine Aufnahme bot und deswegen nicht richtig erkannt wurde. Der fertige Scan war durchaus zu gebrauchen, auch wenn nach wie vor die Teile des Objektes fehlten, an denen sich die Befestigung befand. Auch die feine Struktur der abblätternden Prismenschicht war nur unzureichend wiedergegeben. Es schien, als würde ich langsam aber sicher an die technischen Grenzen dieser einfachen Geräte stoßen.
...in das "Rabbit Hole"....
Es war an der Zeit andere Geschütze aufzufahren. Das Angebot hierfür kam vom Community-
& Zukunftsmanager Matthias Hoffmann, der meinen Ehrgeiz und mein Interesse bemerkte und aufgriff. Wir vereinbarten einen separaten Termin und er zeigte mir den Umgang mit dem 3D Scanner Keyence VL 800. Diese Modelle werden standardmäßig in der Industrie unter anderem für Qualitätskontrollen und Reverse Engineering verwendet. Die Auflösung von 10 µm hat ihren Preis - der obere fünfstellige Betrag wurde zum Glück von Bayerischen Staatsministerium für Wirtschaft, Landesentwicklung und Energie gefördert.
Dank der drei Farbkanäle beim digitalisieren ist das Modell farbecht - bei dem dunklen Knochen war dies jedoch nicht von Bedeutung. Es zeigte sich jedoch eindeutig, dass die Oberfläche sehr vollständig erkannt und dargestellt wurde. Um das gesamte Objekt abbilden zu können war es notwendig es aus zwei Positionen zu scannen und die beiden Bilder im Nachhinein wieder übereinander zu legen. Ein räumliches Vorstellungsvermögen war hier absolut notwendig und mit Hinblick auf die komplexe Geometrie recht anspruchsvoll.
...in die Daten...
Nach zwei Stunden ausprobieren, Knobeln und Tüfteln rotierte dann ein realistisches Modell des Knochens vor uns auf dem Bildschirm. Hierfür nutzten wird das Programm PrusaSlicer, mit dem 3D-Datensätze einfach einfach geöffnet, geteilt, vermessen und werden können. Für wissenschaftliche Anwendungen ist das eine sehr wertvolle und nützliche Funktion, so können z.B. Forscher auf der ganzen Welt auf 3D-Scans von Skeletten zurückgreifen.
Auf Datenbanken wie MorphoSource können kostenlos 3D-Modelle von diversen Arten und Knochen online begutachtet werden und die Datensätze heruntergeladen werden. Auch in der Archäologie wird der 3D-Scan als detaillierte und objektive Methode der Dokumentation verwendet. So nutzen die Uni Bamberg oder das Landesamt für Archäologie Sachsen die Laserscanning-Methode um ihre Funde zu digitalisieren.
Große Datenbanken wie Sketchfab sammeln 3D-Modelle unterschiedlichster Art - von 3D-Scans archäologischer Funde bis hin zu selbst erstellten Modellen für den 3D-Druck. Sehenswert sind hier vor allem die 3D-Scans der Eiszeitkunst der schwäbischen Alb, die mit 40.000 Jahren älteste figürliche Kunst der Menschheitsgeschichte. Der Scan unseres Knoch verbleibt jedoch erstmal bei mir, vielleicht ergibt sich in der Zukunft eine Gelegenheit den Scan des Fundes für die Wissenschaft zur Verfügung zu stellen.
... in Form ...
Mein ursprüngliches Ziel war es den Knochen zu digitalisieren und mich mit der Theorie und Praxis des 3D-Scannings vertraut zu machen. Matthias war jedoch so begeistert von unserem Erfolg, in unter zwei Stunden ein solch komplexes Objekt digitalisiert zu haben, dass er gleich vorschlug ein 3D-gedrucktes Replik des Modells zu erstellen.
Da ich noch keine Erfahrung mit den 3D-Druckern der MACHBAR hatte, übernahm er die Vorbereitung des Projektes. Über das Programm PrusaSlicer wurde automatisch ein externes Gerüst generiert, dass den Druck während des Prozesses stützt und den Druck an überhängenden Stellen ermöglicht. Die organisch wirkende Struktur verpasste dem Knochen eine noch eindrücklichere Form. Das Innere des Modells wurde über eine dreidimensionale Rautenstruktur realisiert.
Der Druck dauerte 3 Stunden und wurde über Nacht umgesetzt. Das fertige Modell wurde dann von Matthias am nächsten von dem Gerüst befreit und begutachtet. Der Druck ist erstaunlich detailliert geworden und entspricht in seiner Form und Maßen dem Original. Gut erkennbar ist das poröse Knochengewebe (Spongiosa) am Kugelgelenke am proximalen Ende und die Öffnung (Foramen) am Scharniergelenk am distalen Ende. Letzteres wurde nur von einer Seite erkannt und folglich am Austritt über eine theoretisch vorhandene Fläche verschlossen.
Auch die Wahl des Materials war nicht perfekt. Der verwendete Kunststoff PLA hat eine sehr glatte Oberfläche und reflektiert sehr stark. Mit Hinblick auf das Modell wirkt das irritierend, da das Original eine sehr matte Oberfläche aufweist. Standardmäßig verbinden wir mit Knochen eine raue und matte Oberfläche. Deswegen plane ich einen neuen Druck mit einem anderen Kunststoff, der den ursprünglichen Eigenschaften näher kommt.
... in die Hand.
Pünktlich zu Halloween konnte ich den Knochen dann endlich selber in der Hand halten. Was mir zuerst auffiel war das geringe Gewicht des Modells im Vergleich zu dem Original. Das ist zum einen auf das Material PLA zurückzuführen, dass eine geringere Dichte als Knochen hat, zum anderen auf das Innenleben. Das Modell ist nicht dicht gepackt mit Material, sondern besitzt mit seiner dreidimensionalen Rautenstruktur eine Leichtbauweise.
Im originalen Knochen sorgt die Spongiosa für ein geringes Gewicht bei gleichzeitig hoher Stabilität. Die Effizienz von Hohlprofilen sorgt dafür, dass eine hohle Röhre fast die gleiche Biegesteifigkeit aufweist wie eine massive Stange. Der Körper nutzt den so frei werdenden Raum im Knochen für die Produktion der Blutzellen im Knochenmark.
Interessanterweise passt sich die Dichte des Knochens an die Lebensweise des Tieres an. So besitzen Meeressäuger und Pinguine eine hohe Knochendichte, die ihnen unter Wasser den nötige Abtrieb sichern. Der originale Knochen besitzt also von Natur aus ein relativ hohes Gewicht gegenüber dem Replikat.
Die Stabilität des Modells ist hoch und die Oberfläche relativ hart, er eignet sich somit sehr gut für die Umweltbildung. Da PLA inert und nicht giftig ist, kann er auch für Kinder verwendet werden.
Und hier endet die Geschichte des Fundes - fürs Erste. Mein Sohn war so begeistert von dem originalen Fund, dass ich ihm das Replikat zu Halloween geschenkt habe. Er ist sehr stolz auf seinen neuen Schatz und ich bin mir sicher, dass es sein Interesse in die Natur fördern und seine Angst vor Skeletten reduzieren wird.