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Eine Illustration eines jungen Embolomeren mit einem Erwachsenen im Hintergrund. (Bildnachweis: Gabriel Ugueto)
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Bisher ungesehene Fossilien von neu geschlüpften krokodilähnlichen Kreaturen werfen neues Licht darauf, wie unsere aquatischen Vorfahren das Land eroberten.
Frühe vierbeinige Wirbeltiere (Tetrapoden), aus denen sich schließlich die Menschen entwickelten, unternahmen im Devon, vor etwa 419 bis 359 Millionen Jahren, ihre ersten Schritte an Land. Dies markiert eine der wichtigsten Perioden in der Evolutionsgeschichte der Tiere.
Nun hat eine neue Studie, die am Donnerstag (18. Juni) in der Zeitschrift Science veröffentlicht wurde, ergeben, dass diese frühen Tetrapoden weniger den Amphibien ähnelten und mehr uns. Anstatt einer Kaulquappenphase in ihrer Entwicklung, wie sie viele heutige Amphibien durchlaufen, deuten neue Beweise darauf hin, dass sie sich direkt entwickelten – sie wuchsen von kleineren zu größeren Versionen ihrer selbst, wie ihre Vorfahren, Menschen und viele andere Tiere.
Die Studie leistet einen wichtigen Beitrag zu unserem Verständnis der Fortpflanzungs- und Entwicklungsbiologie früher Tetrapoden, sagte Tim Smithson, ein Gastwissenschaftler an der Universität Cambridge, der sich auf frühe Tetrapoden spezialisiert hat, aber nicht an der Studie beteiligt war.
Sie legt nahe, dass die “frühesten Tetrapoden, die diese ersten Schritte an Land taten, in der Lage waren, auf die erfolgreichen Fortpflanzungs- und Entwicklungsstrategien ihrer Vorfahren zurückzugreifen”, sagte Smithson in einer E-Mail an Live Science. “Die direkte Entwicklung machte das Leben einfacher – eine Sorge weniger!”
Die neue Forschung basierte teilweise auf Fossilien von frühen Landraubtieren namens Embolomeren. Diese Tiere sahen aus wie eine Kreuzung zwischen einem Krokodil und einem Aal und beherrschten vor 350 bis 280 Millionen Jahren, während des Karbon und Perm, Fluss-, See- und Sumpfhabitate. Während diese Kreaturen als Erwachsene mehr als 3 Meter lang werden konnten, enthüllt die Studie seltene Fossilien aus Mazon Creek, in der Nähe von Chicago, die Embolomeren im Schlupfstadium von wenigen Tagen bis zu zwei Wochen erhalten haben.
“Das sind intime Details über die ersten Momente im Leben dieser Tiere, und das haben wir für diesen gesamten Teil des evolutionären Baumes noch nie zuvor gesehen”, sagte der Co-Autor der Studie, Jason Pardo, ein Postdoktorand für Evolutionsbiologie an der Universität Vilnius in Litauen und wissenschaftlicher Mitarbeiter am Field Museum in Chicago, zu Live Science.
Forscher untersuchten außergewöhnlich gut erhaltene Fossilien aus Mazon Creek, Illinois.
(Bildnachweis: Arjan Mann)
Diese Fossilien zeigten keine Anzeichen von äußeren Kiemen und anderen kaulquappenähnlichen Merkmalen, die die Forscher von einem frühen Landbewohner erwartet hätten. Die Forscher überprüften dann weitere Fossilien von vor und während des “Flossen-zu-Gliedmaßen-Übergangs”, fanden aber auch dort keine Anzeichen eines amphipienähnlichen Lebenszyklus.
“Seit wir die Evolution verstehen, haben wir uns diese Geschichte vorgestellt, wie wir den Übergang vom Wasser zum Land geschafft haben”, sagte Pardo. “Wir haben tatsächlich eine ganz andere Geschichte.”
Wissenschaft auf den Kopf gestellt?
Eine Pressemitteilung des Field Museum behauptete, die Studie stelle das Verständnis der Wissenschaftler, wie Tiere das Land eroberten, auf den Kopf. Die von Live Science befragten Experten waren dieser Behauptung jedoch nicht zustimmend.
“Das Mazon Creek-Material ist wunderbar, die Studie ist interessant und die Interpretation der Fossilien ist fundiert, aber ich glaube nicht, dass die Ergebnisse besonders überraschend sind”, sagte Per Ahlberg, Professor für Evolutionsbiologie an der Universität Uppsala in Schweden, in einer E-Mail an Live Science.
Ahlberg, der nicht an der neuen Studie beteiligt war, ist auf die frühe Evolution der Tetrapoden spezialisiert. Er wies darauf hin, dass Wissenschaftler wussten, dass einige frühe Tetrapoden eine Larvenphase hatten, ähnlich der heutiger Salamander – nämlich die der Gruppe Temnospondyli, die er als den Vorläuferbestand moderner Amphibien beschrieb. Er argumentiert jedoch, dass dies nicht bedeutete, dass Wissenschaftler annahmen, jeder frühe Tetrapode sei gleich.
“In den letzten Jahren hat niemand argumentiert, dass ALLE frühen Tetrapoden eine solche Larvenphase hatten oder dass dies für den Übergang zum Land unerlässlich war”, sagte Ahlberg. “Ich meine, ich arbeite seit 40 Jahren im Kern dieses Forschungsfeldes und habe nie darüber nachgedacht.”
Als Antwort darauf stimmte Pardo zu, dass Spezialisten auf diesem Gebiet erkannten, dass die Daten die Entwicklung von Amphibien bei frühen Tetrapoden nicht unterstützten. Er argumentierte jedoch, dass selbst unter Spezialisten Annahmen über Metamorphose – einen großen Entwicklungsübergang, wie die Verwandlung einer Kaulquappe in einen Frosch – und amphipienähnliche Körper getroffen wurden.
Junge Embolomeren, hier illustriert, deuten darauf hin, dass frühe Tetrapoden keine amphipienähnliche Metamorphose durchliefen.
(Bildnachweis: Berit Godring)”Auf etwas Großes gestoßen”
Co-Autor Arjan Mann, wissenschaftlicher Mitarbeiter für frühe Tetrapoden am Field Museum, sah das erste Fossil eines jungen Embolomeren der Studie während einer Reise im Jahr 2016 ins Field Museum, als er an seiner Doktorarbeit arbeitete. Damals war das Fossil ein Rätsel.
Mann und Pardo grübelten jahrelang über die Identität des Fossils nach, bevor hochauflösende Scans mit einem Rasterelektronenmikroskop im Canadian Museum of Nature bestätigten, dass die urzeitliche Kreatur ein Embolomere war, so die Mitteilung des Museums.
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“Ich glaube, Jason und ich wussten beide, dass wir auf etwas Großes gestoßen waren, da Fossilien dieser Art von Tier und aus dieser Entwicklungsphase in der frühen Tetrapoden-Evolution noch nie gefunden oder untersucht wurden”, sagte Mann in einer E-Mail an Live Science.
Neben den Embolomeren untersuchten die Forscher Megalichthyiden-Fische von vor dem Landübergang und gliedmaßenlose, schlangenartige Kreaturen namens Aistopoden von während des Landübergangs. Alle zeigten Anzeichen einer direkten Entwicklung, sagten sie.
“Ich denke, die Botschaft dieser Studie ist, dass wir die konventionelle Weisheit in der Wissenschaft immer hinterfragen sollten, besonders wenn ältere Ideen keine substanzielle Grundlage haben”, sagte Mann.
