Blühende Pflanzen, neue Zähne und keine Dinosaurier: Neue Studie wirft Licht auf den Aufstieg von Säugetieren

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Eine neue Studie der University of Washington, die jetzt in der Fachzeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences veröffentlicht wurde, identifiziert drei Faktoren, die für den Aufstieg von Säugetiergemeinschaften seit ihrer Entstehung im Zeitalter der Dinosaurier entscheidend sind: Den Aufstieg der Blütenpflanzen, auch bekannt als Angiospermen; die Entwicklung der tribosphenischen Molaren bei Säugetieren und das Aussterben der nicht-avischen Dinosaurier, was den Wettbewerb zwischen Säugetieren und anderen Wirbeltieren auf terrestrische Ökosysteme einschränkte.

Früher galten Säugetiere im Zeitalter der Dinosaurier als relativ kleiner Teil der Ökosysteme und als kleinwüchsige, nachtaktive, am Boden lebende Insektenfresser. Nach dieser langjährigen Theorie konnten Säugetiere erst mit dem Massenaussterben am Ende der Kreidezeit vor etwa 66 Millionen Jahren gedeihen und sich diversifizieren. Eine erstaunliche Anzahl von fossilen Entdeckungen in den letzten 30 Jahren hat diese Theorie in Frage gestellt, jedoch betrachteten die meisten Studien nur einzelne Arten und keine von ihnen hat gemeinschaftliche Muster des Aufstiegs von Säugetieren in der mesozoischen Ära quantifiziert.

Co-Autoren sind Meng Chen, ehemaliger Absolvent der University of Washington und derzeitiger Postdoc an der Nanjing University; Caroline Strömberg, Biologieprofessorin der University of Washington und Kuratorin für Paläobotanik am Burke Museum of Natural History & Culture der UW; und Gregory Wilson, ein UW-Associate Professor für Biologie und Kurator für Wirbeltierpaläontologie im Burke Museum.

Das Team erstellte eine Zauberwürfel-ähnliche Struktur (Rubic’s Cube), die 240 “Öko-Zellen” identifiziert, die mögliche ökologische Rollen von Säugetieren in einer bestimmten Ökosphäre darstellen. Diese 240 Öko-Zellen decken ein breites Spektrum an Körpergröße, Ernährungspräferenzen und Bewegungsmöglichkeiten von kleinen Säugetieren ab. Wenn ein bestimmtes Säugetier eine bestimmte Art einer Rolle oder Ökozelle füllte, füllte es ebenso einen Platz im ‘Rubik’s Cube’. Diese Methode bietet die erste umfassende Analyse evolutionärer und ökologischer Veränderungen fossiler Lebensgemeinschaften von Säugetieren vor und nach dem Massensterben am Ende der Kreide.

“Wir können die Ökologie ausgestorbener Arten nicht direkt beobachten, aber die Körpergröße, Ernährungspräferenzen und Bewegung sind drei Aspekte ihrer Ökologie, die sich relativ leicht aus gut erhaltenen Fossilien ableiten lassen”, sagte Chen. “Durch die Konstruktion der Ökosysteme unter Verwendung dieser drei ökologischen Aspekte können wir die von den Arten gefüllten Stellen visuell identifizieren und den Abstand zwischen ihnen berechnen. Dies ermöglicht es uns, die ökologische Struktur von ausgestorbenen und rezent bestehenden Gemeinschaften zu vergleichen, obwohl sie keine der gleichen Spezies teilen.”

Diagramme der Rubik’s Cube-ähnlichen Methode, die das Team erstellt hat, um visuell zu sehen, wie vergangene und gegenwärtige Säugetiere eine bestimmte Art von Rolle oder Ökozelle in ihrer Umwelt erfüllen. (Ill.: s. Veröffentlichung)

Das Team analysierte lebende Säugetiere, um daraus ableiten zu können, wie fossile Säugetiere die Rollen in ihren Ökosystemen ausfüllten. Sie untersuchten 98 kleinwüchsige Säugetiergemeinschaften aus verschiedenen Biomen auf der ganzen Welt, ein Ansatz, der in dieser Größenordnung noch nie versucht worden ist. Anschließend analysierten sie anhand dieses modernen Referenzdatensatzes fünf außergewöhnlich erhaltene Paläogemeinschaften von Säugetieren – zwei Gemeinschaften aus der Jurazeit, zwei Gemeinschaften der Kreidezeit aus Nordostchina und eine Gemeinschaft des Eozän aus Deutschland. In der Regel sind mesozoische Säugetierfossilien unvollständig und bestehen nur aus fragmentarischen Knochen oder Zähnen. Die Verwendung dieser bemerkenswert erhaltenen Fossilien ermöglichte es dem Team, die Ökologie dieser ausgestorbenen Säugetierarten zu erschließen und Veränderungen in der Struktur der Säugetiergemeinschaften in den letzten 165 Millionen Jahren zu untersuchen.

Das Team fand heraus, dass in den heutigen Gemeinschaften der rezenten Säugetiere der ökologische Reichtum in erster Linie durch die Art der Vegetation bestimmt wird, wobei 41 Prozent der kleinen Säugetiere Ökozellen füllen, verglichen mit 16 Prozent in den Paläogemeinden. Die fünf Paläogemeinschaften der Säugetiere unterschieden sich auch ökologisch von den modernen Gemeinschaften und verwiesen auf wichtige Veränderungen im Laufe der Evolution. Die Diversifizierung des Bewegungsapparates erfolgte zunächst während des Mesozoikums, möglicherweise aufgrund der Vielfalt der Mikrolebensräume, wie Bäume, Böden, Seen und andere Substrate, die in der lokalen Umgebung genutzt wurden. Erst im Eozän wurden die Säugetiere größer und dehnten ihre Ernährung von hauptsächlich Fleisch, Insekten und Alleskönnern auf mehr Arten aus, deren Ernährung von Pflanzen dominiert wird, einschließlich Obst. Das Team stellte fest, dass der Aufstieg blühender Pflanzen, neue Zahnarten und das Aussterben von Dinosauriern diese Veränderungen wahrscheinlich antrieben.

Vor dem Aufstieg der blühenden Pflanzen verließen sich die Säugetiere wahrscheinlich auf Koniferen und andere Samenpflanzen als Lebensraum, ihre Blätter und möglicherweise Samen als Nahrung. Im Eozän waren blühende Pflanzen sowohl vielfältig als auch dominant in den Waldökosystemen. Blühende Pflanzen liefern durch ihre schnell wachsenden Blätter, fleischigen Früchte, Samen und Knollen besser verfügbare Nährstoffe. Wenn sie in Wäldern dominieren, haben sie die terrestrischen Ökosysteme grundlegend verändert, indem sie einer Vielzahl von Säugetieren und anderen Waldtieren, wie beispielsweise Vögeln, neue Lebensweisen ermöglichen.

“Blühende Pflanzen haben die terrestrischen Ökosysteme wirklich revolutioniert”, sagt Strömberg. “Sie haben eine breiteres Spektrum an Wachstumsformen als alle anderen Pflanzengruppen – von Riesenbäumen bis hin zu winzigen einjährigen Kräutern – und können nährstoffreiches Gewebe schneller produzieren als andere Pflanzen. Als sie also begannen, Ökosysteme zu dominieren, erlaubten sie eine größere Vielfalt an Lebensweisen und auch eine viel höhere ” Konzentration ” von Arten mit ähnlichen ökologischen Rollen, insbesondere in tropischen Wäldern.”

Diagramm, das die relative Ausdehnung von Säugetiergemeinschaften zeigt. (Ill.: s. Veröffentlichung))

Tribosphenische Molaren – komplexe multifunktionale Backenzähne – haben sich in der späten Kreidezeit bei Säugetieren durchgesetzt. Mutationen und natürliche Selektion veränderten die Formen dieser Molaren drastisch und erlaubten es ihnen, neue Dinge zu tun, wie zum Beispiel das Zermahlen. Dies wiederum ermöglichte es kleinen Säugetieren mit diesen Zähnen, neue Arten von Nahrungsmitteln zu fressen und ihre Ernährung zu diversifizieren.

Schließlich bot das K-Pg-Massensterben, das vor 66 Millionen Jahren alle Dinosaurier auslöschte, eine evolutionäre und ökologische Chance für Säugetiere. Eine geringe Körpergröße ist eine Möglichkeit, zu vermeiden, von Dinosauriern und anderen großen Wirbeltieren gefressen zu werden. Das Massenaussterben hat nicht nur die Hauptprädatoren der Säugetiere beseitigt, sondern auch kleine Dinosaurier, die mit Säugetieren um Ressourcen konkurrierten. Diese ökologische Entlastung ermöglichte es Säugetieren, in größere Dimensionen zu wachsen, neue Nischen zu besetzen und die Rolle der Dinosaurier zu übernehmen.

“Die alte Theorie, dass frühe Säugetiere von Dinosauriern in Schach gehalten wurden, hat etwas Wahres an sich”, sagte Wilson. “Aber unsere Studie zeigt auch, dass der Aufstieg moderner Säugetiergemeinschaften vielfältig war und von der zahnmedizinischen Entwicklung und dem Aufstieg blühender Pflanzen abhängt.”



Veröffentlichung: Meng Chen, Caroline A. E. Strömberg, Gregory P. Wilson. Assembly of modern mammal community structure driven by Late Cretaceous dental evolution, rise of flowering plants, and dinosaur demiseProceedings of the National Academy of Sciences, 2019; 201820863 DOI: 10.1073/pnas.1820863116

Quelle: off. Pm der University of Washington

Titelbildunterschrift: Akidolestes cifellii (Proben-Nr.: NIGPAS 139381; Formation: Yixian; Alter: 122,2 – 124,6 Millionen Jahre; Provenienz: China) ist eines der frühen Säugetiere, die in den letzten 30 Jahren entdeckt wurden. (Bild: Meng Chen)



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Bei den ganzen Dinosaurierfunden wundert es noch, wo wir überhaupt noch neue Urzeitkreaturen entdecken können.
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Pia Gaupels

Gründerin bei GeoHorizon
Pia Gaupels, *86, Bibliotheksinformationsstudium an der TH Köln von 2007-2010. Studiert seit 2014 an der Universität Münster Geowissenschaften. Der Schwerpunkt liegt auf Planetare Geologie und Geoinformationswissenschaften. 2015 gründete Sie die Seite Geohorizon. Sie ausgeprägte Fähigkeiten in der Bild- und Videobearbeitung und arbeitet seit 2018 wieder als Bibliothekarin.

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