Eine neu in der Fachzeitschrift „Nature Ecology and Evolution“ veröffentlichte Genomstudie bietet den ersten systematischen Überblick über die Evolutionsgeschichte von Tintenfischen und Tintenfischen, den „Decabrachiocephalopoden“. Sie zeigt, dass sie aus der Tiefsee stammten, sich vor etwa 100 Millionen Jahren rasch diversifizierten und während der langen Erholungsphase nach dem Aussterben der Dinosaurier eine Diversifizierungsexplosion entlang des „Long Lead“-Musters vollzogen.
Tintenfische und Tintenfische sind berühmt für ihre bizarren Fähigkeiten wie die sofortige Farbwechsel-Tarnung und den Düsenantrieb, aber aufgrund spärlicher Fossilienfunde und verstreuter Genomdaten hatten Wissenschaftler lange Zeit Schwierigkeiten, ihre evolutionäre Abstammungslinie zu rekonstruieren. Neue Forschungsarbeiten unter der Leitung des Okinawa Institute of Science and Technology University (OIST) integrierten bestehende Datenbanken und fügten erstmals drei neu sequenzierte Tintenfischgenome hinzu, um den bislang umfassendsten Evolutionsbaum der Decabrachiocephalopodengenome zu erstellen.
Gustavo Sanchez, der Erstautor des Artikels und Forscher an der OIST Molecular Genetics Unit, sagte, dass die Abstammung von Tintenfischen und Tintenfischen seit Jahrzehnten diskutiert werde und verschiedene Studien widersprüchliche Hypothesen aufstellten, die auf morphologischen Merkmalen oder begrenzten molekularen Daten beruhten. Hochauflösende Daten des gesamten Genoms haben Bias-Signale erheblich reduziert, sodass echte genetische Beziehungen entstehen können. Untersuchungen zeigen, dass die meisten Brachiopoden über innere Schalenstrukturen verfügen, die Formen variieren jedoch stark: Tintenfische haben runde kalkhaltige Tintenfischknochen, viele Tintenfische haben dünne, schwertartige „Federschalen“ und die Spiralschale von „kleinen Spiralkalmaren“, und einige Flachseearten haben diese Struktur sogar vollständig verloren.
Die groß angelegte Sequenzierung des gesamten Genoms ist technisch sehr anspruchsvoll, da die Genomgröße von Tintenfischen und Tintenfischen doppelt so groß sein kann wie die des Menschen. Es erfordert nicht nur umfangreiche Sequenzierungsplattformen und Rechenressourcen, sondern auch die Gewinnung frischer Proben, was für Arten, die in tropischen Korallenriffen und sogar in der Tiefsee vorkommen, nicht einfach ist. Sanchez wies darauf hin, dass einige Abstammungslinien in tropischen Riffgebieten wie den Ryukyu-Inseln extrem häufig vorkommen, während andere nur in mysteriösen Formen in der Tiefsee existieren. Diese Studie konnte auf lokale Ressourcen in Okinawa und internationale Zusammenarbeit zurückgreifen, um Proben wichtiger Arten zu sammeln.
Die Forschung ist eines der wichtigsten Ergebnisse einer fünfjährigen internationalen Zusammenarbeit im Rahmen des Aquatic Symbiosis Genome Project, das vom Wellcome Sanger Institute im Vereinigten Königreich unterstützt wird. Das Forschungsteam nutzte das Genom der Decabrachiocephalopoden, das fast alle wichtigen Abstammungslinien abdeckt, um den ersten hochauflösenden Evolutionsbaum zu erstellen und damit viele bisherige Schlüssellücken zu schließen. Co-Autor Fernando Fernandez-Alvarez vom Spanischen Institut für Meeresforschung konzentriert sich auf die Erforschung der „Spirula spirula“. Diese einzigartige innere Schalenstruktur führte einige Wissenschaftler einst zu der fälschlichen Annahme, dass sie eher mit Tintenfischen verwandt sei. Genomische Beweise haben diese Fehlklassifizierung jedoch korrigiert und neue Hinweise auf die Gesamtentwicklung des gesamten Kopffüßers gebracht.
Durch die Kombination genomischer Informationen mit dem begrenzten Fossilienbestand rekonstruierte das Team die Evolutionszeitlinie von Tintenfischen und Tintenfischen. Die Ergebnisse zeigen, dass diese Gruppe aus der Tiefsee stammt und Arten wie der Stachelkalmar, die heute noch in der Tiefsee leben, wahrscheinlich Merkmale beibehalten, die ihren frühen Formen ähneln. Die Forschung geht davon aus, dass die Hauptzweige der Zehn-Brachiocephalopoden in der Mitte der Kreidezeit des Mesozoikums vor etwa 100 Millionen Jahren rasch auseinander gingen. Danach, vor etwa 66 Millionen Jahren, brach das Massenaussterben der Kreidezeit und des Paläogens (K-Pg) aus, und etwa drei Viertel der Tier- und Pflanzenarten auf der Erde verschwanden zusammen mit den Nicht-Vogel-Dinosauriern.
Das Forschungsteam vermutete, dass der Hauptgrund dafür, dass die frühen Dekabrachiopoden diese Katastrophe überleben konnten, darin bestand, dass sie sich in einige sauerstoffreiche Zufluchtsorte in der Tiefsee zurückzogen. Sanchez erklärte, dass die Meeresoberflächenumgebung zu dieser Zeit für Kopffüßer extrem rau war und es in flachen Küstengewässern nur sehr wenige sauerstoffreiche Lebensräume zum Atmen gab. Gleichzeitig würde eine extreme Versauerung der Ozeane die Auflösung und Zerstörung der Schalen von Flachmeerarten beschleunigen. In diesem Zusammenhang wird die Tatsache, dass Decabrachiocephalopoden im Laufe ihrer Evolutionsgeschichte immer noch eine Art inneres Gehäuse behielten, als wichtiger Beweis für die Herkunft aus der Tiefsee angesehen.
Im Laufe der Zeit haben sich die globalen Ökosysteme allmählich erholt und Küstenkorallenriffe wurden wiederhergestellt, was den Decabrachiocephalopoden reichhaltige neue ökologische Nischen bietet und viele Arten dazu veranlasst, sich wieder in flache Meere auszubreiten. Der Evolutionsbaum zeigt, dass die Abstammungsdifferenzierung nach dem Auftauchen früher Zweige zig Millionen Jahre lang sehr begrenzt war. Während der Erholungsphase nach K-Pg stieg die Anzahl der Zweige jedoch plötzlich an, was zeigt, dass sich die Arten in mehrere Richtungen entwickelten, um sich an das sich schnell verändernde Ökosystem anzupassen. Dies ist ein typisches „Long Lead“-Modell: Nach einer langen Inkubationszeit kommt es zu einer explosionsartigen Diversifizierung.
Auf mikroskopischer Ebene analysierte die Studie mithilfe der Transkriptomik auch Spiralgehäuse in der Größe der zarten Fingernägel des Stachelkalmars und stellte fest, dass sie spezifische Genexpressionsmerkmale bei der Biomineralisierung und Gehäuseregeneration aufweisen. Im Vergleich zu anderen Kopffüßerarten hat sich diese Art der Schalenstruktur im Laufe der langen geologischen Zeit nicht wesentlich verschlechtert.
Forscher glauben, dass dieses neue genomische Gerüst den Grundstein für das Verständnis des Evolutionsmechanismus einzigartiger Merkmale bei Tintenfischen und Tintenfischen legt. Professor Daniel Roxal, Leiter der Molekulargenetik-Abteilung des OIST, wies darauf hin, dass Dekabrachiopoden im Vergleich zu anderen Tiergruppen über eine große Anzahl einzigartiger Organe und Verhaltensweisen verfügen, von dynamischer Tarnung bis hin zu komplexen Nervensystemen, die eine Quelle ständiger Inspiration für Wissenschaftler sind. Mit qualitativ hochwertigen Genomen und klaren genetischen Beziehungen können Forscher nun die molekularen Veränderungen hinter diesen Innovationen gezielter vergleichen.
Der zugehörige Artikel trägt den Titel „Rapid diversification of Squid and Cuttlefish in the mid-Cretaceous Preceden Their Radiation to Coast Nischen“, verfasst von Gustavo Sanchez und anderen und online veröffentlicht am 30. März 2026. Die Forschung wurde von der Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University, der Japan Society for the Promotion of Science, Chan Zuckerberg Biohub und mehreren Agenturen zur Finanzierung wissenschaftlicher Forschung in Spanien unterstützt.