Große Gestaltwandler vom Anbeginn der Zeit

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Bedeutende Veränderungen in der chemischen Zusammensetzung der Weltmeere ermöglichten es den ersten großen Organismen – möglicherweise einigen der frühesten Tiere – vor mehr als einer halben Milliarde Jahre zu existieren und zu gedeihen. Dies markiert den Punkt, an dem sich die Bedingungen auf der Erde zu „lebensfreundlich“ geändert haben und die Tiere begannen, sich über die Erde zu verbreiten. Einer dieser ersten – möglicherweise tierischen – Lebewesen waren Rangeomorpha, die Meeresriesen des Ediacariums. Warum hat sich das Leben auf der Erde plötzlich von klein zu groß verändert? Forscher der Universität von Cambridge und dem Tokyo Institute of Technology haben festgestellt, wie einige der ersten großen Organismen, die als „Rangeomorphe“ bekannt sind, bis zu zwei Meter in der Höhe wachsen konnten, indem sie ihre Körpergröße und ihre Gestalt änderten, während sie Nährstoffe aus ihrer Umgebung extrahierten.

Die Ergebnisse, die jetzt in der Zeitschrift Nature Ecology and Evolution veröffentlicht wurden, könnten auch dazu beitragen, zu erforschen, wie das Leben auf der Erde, das einst nur aus mikroskopischen Organismen bestand, sich dahingehend veränderte, dass sich letztlich riesige Organismen wie Dinosaurier oder Blauwale entwickeln konnten.

Rangeomorpha waren einige der frühesten großen Organismen auf der Erde, die während einer Zeit existierten, als die meisten anderen Lebensformen noch mikroskopisch klein waren. Einige Rangeomorpha waren nur wenige Zentimeter hoch, während andere bis zu zwei Meter groß werden konnten.

Diese Organismen waren Ozeanbewohner, die während des Ediakariums lebten, etwa vor 635 und 541 Millionen Jahren. Ihre weichen Körper bestanden aus Zweigen, die wiederum viele kleinere Seitenäste besaßen, die eine geometrische Form bildeten. Diese als Fraktal bekannte Form können wir heute noch im Aufbau von Lungen, Farnen und Schneeflocken beobachten.

Rangeomorpha unterschieden sich von allem, was heute lebt.
(Bild: Jennifer Hoyal Cuthill)

Da Rangeomorpha keinem modernen Organismus ähneln, ist es schwer zu verstehen, wie sie sich ernährten, wachsen konnten und sich reproduzierten. Daher ist es auch unmöglich, sie evolutionär mit einer rezenten modernen Gruppe zu verbinden. Allerdings, obwohl sie wie Pflanzen aussahen, glauben Wissenschaftler heute, dass sie einige der frühesten Tiere gewesen sein könnten, die auf der Erde lebten.

„Wir wollten in Erfahrung bringen, warum diese großen Organismen gerade an diesem besonderen Punkt der Erdgeschichte erschienen sind“, sagte Dr. Jennifer Hoyal Cuthill von Cambridge’s Department of Earth Sciences und Tokyo Tech’s Earth-Life Science Institute, Erstautor des Papers. „Sie tauchen mit einem Knall und einer – für die damalige Zeit – ungewöhnlichen Größe in der fossilen Überlieferung auf. Wir haben uns gefragt, war das einfach ein Zufall oder ein direktes Ergebnis von Veränderungen in der Ozeanchemie?“

Fossil eines Rangeomorpha.
(Bild: Wikimedia)

Die Forscher verwendeten Mikro-CT-Scanning, fotografische Messungen und Computer-Modelle, um rangeomorphe Fossilien aus  dem südöstlichen Neufundland, Kanada, Großbritannien und Australien zu untersuchen.

Ihre Analyse zeigt den frühesten Beweis für das nährstoffabhängige Wachstum im Fossilienbestand. Alle Organismen brauchen Nährstoffe, um zu überleben und zu wachsen, aber Nährstoffe können auch die Körpergröße und die Form diktieren. Dies wird als „ecophenotypische Plastizität“ bezeichnet. Hoyal Cuthill und ihr Co-Autor Professor Simon Conway Morris weisen darauf hin, dass Rangeomorpha nicht nur einen starken Grad an ecophenotypischer Plastizität zeigen, sondern dass dies einen entscheidenden Vorteil in einer sich dramatisch verändernden Welt darstellte. Zum Beispiel konnten Rangeomorpha schnell „formschalten“, wuchsen beispielsweise in eine lange, sich nach oben verjüngende Form, wenn das Meerwasser über ihnen zufällig erhöhte Sauerstoffniveaus hatte.

Rekonstruktion eines Rangeomorpha aus dem Ediakarium. (Bild: University of Cambridge)

„Während des Ediakariums scheint es große Veränderungen in den Ozeanen gegeben zu haben, die dieses evolutionär vorteilhaftere Wachstum ausgelöst haben könnten, und das Leben auf der Erde plötzlich viel größer wurde“, sagte Hoyal Cuthill. „Es ist wahrscheinlich zu früh, um genau zu sagen, welche geochemischen Veränderungen in den ediakarischen Ozeanen für die Umstellung auf große Körpergrößen verantwortlich waren, aber es gibt starke Konkurrenten, besonders für erhöhte Sauerstoffgehalte, den Tiere für die Atmung brauchen.“ Konkurrenz war in der Erdgeschichte schon immer ein starker Antrieb für evolutionäre Entwicklungen.

Diese Veränderung der Ozeanchemie folgte einer großen Eiszeit, die als Gaskiers-Vereisung bekannt war. Die Gaskiers-Eiszeit war die letzte und zugleich kürzeste von mindestens drei größeren Eiszeiten in der Ära des Neoproterozoikums. Wenn Nährstoffgehalte im Ozean niedrig waren, scheinen sie die Körpergrößen klein zu halten. Aber mit einem geologisch plötzlichen Anstieg von Sauerstoff oder anderen Nährstoffen, werden viel größere Körpergrößen möglich, auch in Organismen mit dem gleichen genetischen Aufbau. Dies bedeutet, dass das plötzliche Auftreten von Rangeomorpha mit erhöhtem Wachstum ein direktes Ergebnis großer Veränderungen in der Klima- und Ozeanchemie gewesen sein könnte.

Während die Rangeomorpha sehr gut an die Umweltbedingungen des Ediakariums angepasst waren, änderten sich die Bedingungen in den Ozeanen weiter und vor etwa 541 Millionen Jahren begann die „Kambrische Explosion“ – eine Zeit rasanter evolutionärer Entwicklungen, in der die meisten großen Tiergruppen im Stammbaum des Lebens erschienen. Die Natur experimentierte. Die Rangeomorpha kamen mit dieser rasanten Entwicklung allerdings nicht klar und sind nach dem Ediakarium nie wieder aufgetaucht.

 

Veröffentlichung:

Jennifer F. Hoyal Cuthill, Simon Conway Morris. Nutrient-dependent growth underpinned the Ediacaran transition to large body sizeNature Ecology & Evolution, 2017; DOI: 10.1038/s41559-017-0222-7

Quelle: off. Pn der Universität Cambridge

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Pia Gaupels

Pia Gaupels, 30, Bibliotheksinformationsstudium an der TH Köln von 2007-2010. Studiert seit 2014 an der Universität Münster Geowissenschaften. Der Schwerpunkt liegt auf Planetare Geologie und Geoinformationswissenschaften. Sie hat die Facebook-Seite GeoHorizon gegründet. Zudem hat sie ausgeprägte Fähigkeiten in der Bild- und Videobearbeitung.