Landgang der Wirbeltiere: Ungewöhnlich hohe Evolutionsraten, aber eine geringe Artenvielfalt

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Der Übergang von fischähnlichen Tieren zu Landwirbeltieren war eine der großen Revolutionen der Erdgeschichte. WissenschaftlerInnen von der Harvard Universität zeigen jetzt, dass diese Entwicklung ungewöhnlich schnell vonstatten ging, anfangs allerdings nicht von einem Anstieg der Artenvielfalt begleitet war.

Zu den größten Fragen der Evolution gehört, wann und wie große Umbrüche in den Körperbauplänen abliefen. Einer der wichtigsten dieser Umbrüche war sicherlich als fischähnliche Tiere im Devon, vor mehr als 360 Millionen Jahren, ihren Fuß (oder Flosse?) erstmals an Land setzten. Doch auch wenn diesem Thema schon seit Jahrzehnten ein großes Forschungsinteresse gewidmet wird, gibt es nach wie vor keine befriedigenden Antworten auf einige grundlegende Fragen zum Landgang der Wirbeltiere.

In einer neuen Studie, die diese Woche in Nature Ecology and Evolution veröffentlicht wurde, haben Tiago R. Simões und Stephanie E. Pierce von der Harvard Universität in Cambridge den Entstehungszeitpunkt der Landwirbeltiere rekonstruiert und dabei festgestellt, dass die Evolution von fischähnlichen zu an Land lebenden Tieren sich ungewöhnlich schnell abgespielt haben musste.

Die beiden WissenschaftlerInnen haben sich dafür eine Methode namens Bayesscher Phylogenie zunutze gemacht. Diese stammt ursprünglich aus der Epidemiologie, wird aber seit Jahren auch vermehrt in der Paläontologie verwendet um die Stammesgeschichte von Lebewesen zu rekonstruieren. Neben Skelettresten aus der Zeit des Landgangs, haben Simões und Pierce auch fossile Fährten in ihre Analyse mit einbezogen. Fährten von Landwirbeltieren sind nämlich deutlich älter als alle bisher bekannten Skelettfunde aus dieser Zeit. Dadurch konnte der Entstehungszeitpunkt der Landwirbeltiere genauer bestimmt werden. Laute den AutorInnen liegt dieser bei etwa 390 Millionen Jahren, im frühen Mitteldevon.

Gleichzeitig entdeckten Simões und Pierce, dass verglichen zu ihren nächsten Verwandten, die fischähnlichen Vorfahren der Landwirbeltiere über die nächsten 30 Millionen Jahre hinweg eine unglaublich hohe Evolutionsrate zeigten. Zwar entwickelten sich im gesamten Körper neue Anpassungen für ein Leben an Land, doch insbesondere im Schädel machten sich schnelle Veränderungen bemerkbar.

Tiktaalik roseae, ein fischähnlicher Vorläufer der Landwirbeltiere. Bild Wikimedianutzer Obsidian Soul unter CC-BY 4.0.

“Das könnte bedeuten, dass Änderungen im Schädel eine wichtigere Rolle in der Anfangsphase des Landgangs gespielt haben als Änderungen im Rest des Körpers. Die Evolution der Gliedmaßen war wichtig, aber eher zu einem späteren Zeitpunkt in der Evolution, als die Tiere wirklich komplett an Land gingen,” sagt Stephanie E. Pierce.

Tiago R. Simões ergänzt: “Wir sehen viele Innovationen in ihrem Schädel, die mit der Nahrungsaufnahme zusammenhängen, was den Übergang von einem für Fische typischen Saugschnappen zu einem echten Beißen ermöglichte. Außerdem sehen wir auch eine andere Anordnung und Vergrößerung der Augen. Das gestattete es den Landwirbeltieren auch außerhalb des Wassers nach Nahrung Ausschau zu halten, die für ihre Fischverwandten nicht zugänglich war.”

Interessanterweise wurden diese hohen Evolutionsraten anfänglich nicht auch von einer Zunahme der Artenvielfalt begleitet. Simões erläutert dazu: “Was wir in den letzten paar Jahren herausgefunden haben ist, dass es während dem Auftreten von neuen Körperformen sehr viele anatomische Veränderungen innerhalb eines geologisch kurzen Zeitraums gibt, so wie wir das bei den frühen Landwirbeltieren sehen. Aber die Artenvielfalt bleibt für eine lange Zeit richtig klein und erst nach vielen Millionen Jahren sehen wir tatsächlich eine Diversifizierung. Beides ist definitiv voneinander entkoppelt.”

Pierce stimmt ihrem Kollegen zu: “Es braucht Zeit bis man sich in einer Nische etablieren und diese voll ausnutzen kann. Unsere Studie beginnt am Anfang dieser Evolutionsgeschichte. Es gibt so viele mehr Kapitel, die wir noch bearbeiten müssen. Als nächstes wollen wir uns ansehen, was nach dem Ursprung der Landwirbeltiere passierte, als sie begannen das Land zu kolonisieren und dort neue Nischen einzunehmen. Wie beeinflusste das ihre Evolutionsraten verglichen zu ihrer Artenvielfalt? Das ist nur der Anfang, es ist quasi die Einleitung dieses Buchs.”

Veröffentlichung: Simões, T. R., & Pierce, S. E. (2021). Sustained high rates of morphological evolution during the rise of tetrapods. Nature Ecology & Evolution, 1-12. doi: 10.1038/s41559-021-01532-x

Pressemitteilung: Harvard University, Cambridge

Titelbildunterschrift: Die fischähnlichen Landwirbeltiere Ichthyostega (links) und Acanthostega (rechts) hinterlassen Spuren im Schlamm. Bild: Davide Bonadonna.

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Pascal Abel

Pascal Abel, Jahrgang 1994, hat an der Uni Erlangen Geowissenschaften mit den Vertiefungen Paläobiologie und Angewandter Sedimentologie studiert. Derzeit arbeitet er als Doktorand am SHEP Tübingen über die Schädelevolution von Landwirbeltieren. Nebenbei beschäftigt er sich auch mit ausgestorbenen Meeresreptilien und allgemein palökologischen Themen.

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