Das Massensterben beschwört typischerweise ein Bild von einem Meteoriten, der auf die Erde fällt und die Dinosaurier zusammen mit allem anderen dezimiert. Das ist jedoch nicht ganz das, was vor 66 Millionen Jahren passiert ist. Verschiedene Gruppen von Lebewesen waren von den verschiedenen Massenaussterben, die während der Geschichte des Planeten stattgefunden haben, unterschiedlich betroffen. Betrachten wir Säugetiere, eine Klasse von Wirbeltieren, die bereits während der Dinosaurierzeit existierte und das Massensterben überlebte, bei dem fast alle Dinosaurier ausgelöscht wurden.
Vier Linien der Säugetiere waren Zeitgenossen der Riesenreptilien. Alle vier überlebten. Einige wurden schlimmer getroffen als andere. In einer in der Zeitschrift Biology Letters veröffentlichten Studie untersuchten die Biologen Tiago Bosisio Quental von der University of São Paulo (USP) und Mathias Pires von der University of Campinas (UNICAMP), beide aus Brasilien, wie die verschiedenen Gruppen von Säugetieren es bis zum Ende des Massensterbens der Kreide geschafft haben.
“Wenn Menschen von einem Massenaussterbeereignis sprechen, wird davon ausgegangen, dass sie sich auf ein einzelnes Aussterbeereignis von außergewöhnlicher Größe beziehen, bei dem eine große Anzahl von Arten in relativ kurzer Zeit ausgestorben ist”, sagte Pires.
Eine weitere Möglichkeit, das Massensterben zu betrachten, besteht darin, die Anzahl der Arten in der Fossilienaufnahme zu beobachten. Es lässt sich ableiten, dass ein Massensterben in einem bestimmten geologischen Zeitraum stattfand, wenn die Gesamtzahl der Arten, die aus dem Fossilienbestand verschwanden, viel höher ist, als die Zahl der neu entstandenen Arten.
“Mit anderen Worten, die Aussterberate – die Geschwindigkeit, mit der Arten verloren gehen – übersteigt die Speziationsrate – die Geschwindigkeit, mit der neue Arten entstehen. Dies macht die Diversifikationsrate negativ, da die Diversifikationsrate durch die Differenz zwischen den Aussterbe- und Speziationsraten gegeben ist”, sagte Pires.
Fünf große Massenaussterben wurden in den letzten 500 Millionen Jahren in der Fossilienbilanz identifiziert (und viele andere in einem kleinerem Maßstab). Sie traten aus verschiedenen Gründen auf, wie z.B. durch Magmaausbrüche, die Tausende oder Abermillionen von Jahren andauerten und Milliarden von Tonnen Treibhausgasen freisetzten, die die Atmosphäre vergifteten und die Sonnenstrahlen blockierten.
Dies war die Ursache für das schlimmste aller Massensterben der Erdgeschichte, bei dem über 90% aller lebenden Arten verschwanden. Es geschah vor 252 Millionen Jahren und markierte die Grenze zwischen des Perm und der Trias (und zwischen der paläozoischen und mesozoischen Zeit).
Massenaussterben wurde auch durch riesige Treibhauseffekte verursacht, die durch die Freisetzung von Milliarden Tonnen Kohlenstoffgas (CO2) verursacht wurden, die unter dem Meeresboden eingeschlossen waren. Eine solche Episode soll am Ende der Trias vor etwa 201 Millionen Jahren aufgetreten sein und 80% aller Arten getötet haben.
Auch das Gegenteil ist der Fall: Milliarden Tonnen CO2 werden aus der Atmosphäre herausgezogen und verursachen einen Temperaturabfall und Eis auf dem Planeten. Dies war vor 444 Millionen Jahren am Ende des Ordoviziums der Fall, als 86% der Lebensformen verschwanden.
Das Massensterben, das vor 66 Millionen Jahren stattfand, wird als K-Pg-Ereignis bezeichnet. Das Akronym bezieht sich auf das Ende der Kreide (Kreide) und den Beginn des Paläogens (Pg).
Auf einer größeren Zeitskala markiert das K-Pg-Ereignis die Grenze zwischen dem Mesozoikum, die von Dinosauriern dominierten Ära, und dem Känozoikum, der Ära, die sich von vor 66 Millionen Jahren bis heute erstreckt, in der Säugetiere eine der dominanten Gruppen auf dem Planeten sind.
Das K-Pg-Massensterben wurde durch eine Kombination von zwei Ereignissen verursacht: verheerende Magmaausbrüche im heutigen Indien und die Auswirkungen eines Asteroiden mit einem Durchmesser von 10 km auf der Halbinsel Yucatán in Mexiko.
“Alle diese Massenaussterbe-Episoden sind heterogen. Sie traten aus verschiedenen Gründen auf und entfalteten sich auf unterschiedliche Weise. Ihr Einfluss auf die Lebensformen war nicht absolut, sondern relativ. Einige Gruppen litten mehr, andere weniger. Einige verschwanden, während andere die neuen Umweltbedingungen nach der Katastrophe nutzten, um sich schnell zu diversifizieren”, sagte Pires.
In der neuen Studie, die von FAPESP unterstützt wurde, untersuchten die Forscher, wie es den verschiedenen Linien von Säugetieren, die am Ende der Kreidezeit existierten, gelang, aus dem biotischen Engpass hervorzugehen, der durch das K-Pg-Ereignis dargestellt wurde. Daniele Silvestro von der University of Göteborg (Schweden) und Brian Rankin von der University of California Berkeley (USA) nahmen ebenfalls an der Studie teil.
Die große Klasse der Säugetiere entstand in der Trias vor mindestens 220 Millionen Jahren. Dies ist das Zeitalter des ältesten bekannten Fossils. Am Ende der Kreidezeit waren die Säugetierarten sehr vielfältig. Es gab die Eutheria oder Plazenta-Säugetiere, die Klade, zu der unter anderem auch der Homo sapiens gehört, wie auch alle Primaten, Nagetiere, Fledermäuse, Wale und Huftiere.
Hinzu kamen Metatherien oder Beuteltiere, der Klade, zu der die heutigen Opossums, Kängurus und Koalas gehören. Sie teilten den Planeten mit Monotromen (eierlegende Säugetiere) und Multituberkulaten (ein ausgestorbenes Taxon von nagetierähnlichen Säugetieren, das nach der spezifischen Form ihrer Zähne benannt ist, die mehrere Warzen hatten).
Die Studie von Pires and Quental betont, dass Säugetiere vom Massensterben in der Kreide besonders stark betroffen waren. Das bedeutet nicht, dass alle vier Gruppen gleichermaßen gelitten haben. Das Massensterben war für einige schwerer als für andere.
Während der Kreidezeit, vor 145 bis 66 Millionen Jahren, waren die Multituberkulaten die dominante und vielfältigste Gruppe von Säugetieren. Wir wissen das, weil Multituberkulate die überwiegende Mehrheit in der fossilen Aufzeichnung vor dem K-Pg-Ereignis darstellen. Fossilien von Plazentatieren und Beuteltieren sind weniger zahlreich, aber auch reichlich vorhanden.
Monotreme bilden eine Ausnahme. Heute sind sie selten aber weit verbreitet. Tatsächlich bestehen sie nur aus zwei Familien: Eine umfasst das Schnabeltier, die andere betrifft Echidnas. Monotreme sind auch in der fossilen Aufzeichnung sowohl vor als auch nach der Kreide selten, was darauf hindeutet, dass die Gruppe immer relativ marginal war. Aus diesem Grund haben die Forscher die Gruppe der Monotremen nicht in ihre Studie aufgenommen.
Welche Säugetiergruppe war angesichts der Tatsache, dass es Multituberkel, Plazentale und Beuteltiere gab, am stärksten vom K-Pg-Ereignis betroffen? Welche hatten die am besten erhaltenen Gattungen? Welche zeigte den größten Anstieg der Vielfalt (oder die höchste Speziationsrate) in den Millionen von Jahren nach dem biotischen Engpass? Welche Gruppe konnte sich von der Katastrophe nicht erholen?
Der einzige Weg, Antworten auf diese Fragen zu finden, besteht darin, die Fossilienbilanz in einer bestimmten Region des Planeten zu analysieren, um sicherzustellen, dass alle Gruppen von Säugetieren mehr oder weniger in gleichem Maße von der Katastrophe vor 66 Millionen Jahren und in dieser Region betroffen waren.
Quental und Pires wählten Nordamerika als Schwerpunkt ihrer Studie. Einhundertfünfzig Jahre kontinuierlicher paläontologischer Prospektion in der Region haben ein detailliertes Bild der Vielfalt der Säugetiere vor, während und nach dem K-Pg-Ereignis erhalten.
“Nordamerika hat einen ausreichenden Fossilnachweis für diese Art von Studie. Andere Studien wurden durchgeführt, um zu analysieren, wie Säugetiere als Ganzes das kreidezeitliche Aussterben überlebt haben, aber soweit wir wissen, ist dies eine der ersten Studien, die die Dynamik der Diversifikation in den verschiedenen Gruppen von Säugetieren analysiert”, sagte Quental.
Ausgeprägte Diversifikationsmuster
Die Wissenschaftler verwendeten einen Datensatz mit 188 aktuellen fossilen Assemblagen aus der Kreide und dem Paläozän (vor 69,9 Millionen bis 55 Millionen Jahren) im westlichen Landesinneren Nordamerikas.
“Die nordamerikanischen Fossilien von Säugetieren weisen die reichsten und am umfassendsten untersuchten Ansammlung in der Nähe des K-Pg-Ereignisses auf. Fossile Vorkommen sind relativ gut abgegrenzt, wodurch die taxonomische Unsicherheit minimiert werden kann. Dieser Datensatz enthält Informationen über fast 290 Säugetierarten, einschließlich Multituberkulaten, Eutherianern und Metatherianern”, sagte Quental.
Man verwendete mehrere fortschrittliche statistische Methoden, um Ursprungs-, Aussterbe- und Diversifikationsmuster vor, während und nach dem K-Pg-Ereignis zu ermitteln. Die Ergebnisse zeigten, dass sich die drei Gruppen nach dem Massenaussterben sehr unterschiedlich entwickelten.
Die Entstehungsrate für Methateria (Beuteltiere) zum Beispiel blieb während des untersuchten Intervalls annähernd konstant. Allerdings wurde während des K-Pg Ereignisses ein deutlicher Aussterbe-Spitzenwert festgestellt, der einen Puls negativer Nettodiversifikation erzeugt. Nach dem K-Pg-Event nahm die Aussterberate allmählich ab, aber die negative Nettodiversifikation hielt mehr als 2 Millionen Jahre lang an, bis vor etwa 64 Millionen Jahren.
Multituberkulate diversifizierten gegen Ende der Kreidezeit vor der K-Pg-Grenze und zeigten hohe Ursprungsraten und relativ niedrige Aussterberaten. In der Nähe der K-Pg-Grenze blieb die Extinktionsrate niedrig, aber ein Rückgang der Entstehung reduzierte die Diversifizierung von Multituberkeln auf nahezu Null. Mit anderen Worten, während der K-Pg war die Diversifikationsrate im Gleichgewicht, da etwa die gleiche Anzahl von Gattungen gebildet wurden und ausstarben.
Der Studie zufolge ist die Extinktionsrate für Multituberkulate nach der K-Pg-Grenze weiter gesunken; der Rückgang der Entstehungsrate für Multituberkulate war jedoch noch stärker, was zu einer negativen Diversifizierung führte. So nahm die Zahl der Gattungen im weiteren Verlauf des Untersuchungszeitraums bis vor 55 Millionen Jahren weiter ab. Der Rückgang scheint seit langem andauert zu haben, da die Multituberkulate stetig weiter verschwanden. Der Stamm endet vor etwa 35 Millionen Jahren.
Wissenschaftler glauben, dass der Grund für das Verschwinden der Multituberkulate in der zunehmenden Konkurrenz mit den Nagetieren lag, einer neuen eutherischen Linie, die kurz nach dem Massenaussterben entstand.
Eutherianer (Plazentas) weisen in der Nähe der K-Pg – Grenze eine hohe Entstehungsrate und eine hohe Aussterberate auf, was zu einem hohen Diversitäts-Umsatz führt. Die Entstehung von Arten waren höher als das Aussterben, außer für den Zeitraum von vor 66 Millionen bis 64 Millionen Jahren.
Kurz danach gab es einen zweiten Entstehungsimpuls, der von einem Rückgang der Extinktionsrate begleitet wurde, was auf einen kurzen Sprung in der Diversifikation hinweist. Vor etwa 62 Millionen Jahren nahm die Entstehung ab und die Diversifizierung blieb gegen Null, was auf ein Gleichgewicht der Vielfalt hindeutet.
“Wir fanden drei Diversifikationsmuster unter den Säugetiergruppen. Metatheria (Beuteltiere) entsprach der klassischen Massensterbereaktion, mit mehreren zeitlich gehäuften Auslöschungen, die zu einem starken Rückgang der Diversifizierung führten”, sagte Quental.
Multituberkulate erlebten einen Rückgang der Vielfalt, mit einem Rückgang der Diversifizierung und einem daraus resultierenden Verlust an Vielfalt, der eher durch sinkende Entstehungsraten als durch das Aussterben verursacht wurde. Mit anderen Worten, ihre Vielfalt nahm ab, weil die Entstehung neuer Arten zu lange dauerte.
“Unter den Eutheranern gab es ein komplexeres Auf- und Abstiegsmuster aufgrund schneller Schwankungen der Speziationsrate während und kurz nach dem Event, während die Extinktionsrate stieg, aber nicht genug, um eine negative Diversifizierung für lange Zeit zu bewirken”, sagte Quental.
Laut Pires zeigt die Studie, dass das der K-Pg-Massenaussterben unter den Säugetierlinien ökologisch selektiv war. “Das Aussterben konzentrierte sich auf die spezialisierten fleischfressenden Metatherier und insektenfressenden Eutherier, während allgemeinere Eutherier und Multituberkulaten überlebten und eine höhere Vielfalt aufrechterhielten”, sagte er.
Obwohl die Ergebnisse darauf hindeuten, dass Eutherianer an der K-Pg-Grenze erhebliche Verluste erlitten haben, wurden diese Verluste durch eine erhöhte Artenentstehung ausgeglichen. Unter den Überlebenden kann es zu einer Diversifizierung gekommen sein, da andere Gruppen von Eutheranern von anderen Kontinenten nach Nordamerika kamen.
“Die diätetische Plastizität von Multituberkulaten hat es einigen Arten ermöglicht, zu überleben, was die niedrigen Extinktionsraten erklärt. Die ökologische und taxonomische Vielfalt der Multituberkulaten nahm in der späten Kreidezeit zu. Unsere Analyse zeigt jedoch, dass die Multituberkulate es versäumt haben, Aussterbeverluste auszugleichen, weil sie im Gegensatz zu den Eutheranern, deren Verluste durch hohe Entstehungsraten ausgeglichen wurden, immer weniger Vielfalt geschaffen haben”, sagte Pires.
In ihrem Fazit stellen die Autoren fest, dass, wenn Kladen einzeln bewertet werden, Massenlöschereignisse als Veränderungen im Aussterben, in der Entstehung oder in beiden Regimen angesehen werden können.
“Das bedeutet, dass Studien über makroevolutionäre Phänomene, die sich auf breite taxonomische Gruppen konzentrieren, eine viel reichere makroevolutionäre Geschichte erzählen können, als diejenigen, die nur feinere taxonomische Skalen untersuchen”, sagte Pires.
Veröffentlichung: Mathias M. Pires, Brian D. Rankin, Daniele Silvestro, Tiago B. Quental. Diversification dynamics of mammalian clades during the K–Pg mass extinction. Biology Letters, 2018; 14 (9): 20180458 DOI: 10.1098/rsbl.2018.0458
Quelle: off. Pm der Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo
Titelbildquelle: Nobu Tamura (http://spinops.blogspot.com), CC BY 3.0
Pia Gaupels
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