Neue fossile Beweise stellen den klassischen Evolutionspfad „Fisch – Kaulquappe – Tetrapoden“ in Frage

Eine kürzlich in der Fachzeitschrift „Science“ veröffentlichte Studie zeigt, dass alle Landwirbeltiere mit Gliedmaßen und Stacheln, einschließlich des Menschen, möglicherweise nicht eine vollständige Metamorphose-Entwicklungsphase durchlaufen, die den modernen Amphibien ähnelt, von der Kaulquappe bis zum erwachsenen Tier, wie in Lehrbüchern beschrieben. Durch eine systematische Analyse antiker Fossilien, die feines Weichgewebe bewahren, kam das Forscherteam zu der Annahme, dass frühe Tetrapoden beim Schlüpfen wahrscheinlich eine nahezu erwachsene Form hatten. Diese Entdeckung erschüttert direkt die langjährige klassische Evolutionserzählung.

Lange Zeit herrschte die gängige Ansicht vor, dass der Lebenszyklus der frühen Tetrapoden, die aus dem Meer landeten, dem von modernen Fröschen und anderen Amphibien ähnelte: Sie lebten zunächst als Larven mit äußeren Kiemen im Wasser und entwickelten dann durch Metamorphose Gliedmaßen, Lungen und andere an das Land angepasste Strukturen. Dieses lineare Evolutionsbild leitet sich teilweise von der Idee der „Großen Kette des Seins“ ab, das heißt, Fische entwickeln sich zu Amphibien, Reptilien und schließlich zu Säugetieren und Menschen, und die schrittweise Anpassung der äußeren Kiemen von der Larve zum Erwachsenen wird als Schlüsselmechanismus für den Übergang vom Wasser zum Land angesehen. Allerdings gab es in der Vergangenheit kaum direkte fossile Beweise dafür, dass diese frühen Tetrapoden tatsächlich ein Kaulquappenstadium durchliefen, das dem der modernen Amphibien ähnelte.

Um diese Hypothese zu testen, richteten die Forscher Jason Pardo und Arjan Mann von der Universität Vilnius in Litauen und dem Field Museum of Natural History in Chicago ihre Aufmerksamkeit auf Mazon Creek, eine berühmte Fossilienfundstelle in der Nähe von Chicago, Illinois, USA. Die Stätte ist für ihre ungewöhnlich gute Erhaltung des Weichgewebes bekannt, das sich besonders für die Untersuchung jugendlicher oder kleiner paläontologischer Exemplare eignet. Es wurde als „Zeitkapsel, die scheinbar unmögliche Details bewahrt“ beschrieben. Das Forschungsteam konzentrierte sich auf die Analyse von drei Arten antiker Organismen: ausgestorbene „Embolomere“, Megalichthyidenfische und schlangenartige Aïstopoden.

Bei der detaillierten Untersuchung dieser Fossilien fanden die Forscher selbst bei extrem kleinen Exemplaren, die als Jungtiere galten, keine eindeutigen Spuren äußerer Kiemenstrukturen. Stattdessen weisen diese jugendlichen Fossilien eine sehr „erwachsene“ Anatomie auf – entwickelte Finger, Lungen und komplette Gliedmaßenskelette, wenn auch in kleineren Anteilen. Aus morphologischer Sicht ähneln sie eher verkleinerten Versionen erwachsener Individuen als Larven, die drastische morphologische Veränderungen durchlaufen müssen. Ihr Lebenszyklus ähnelt eher dem Muster menschlicher Säuglinge, die im Laufe ihres Wachstums allmählich „erwachsen werden und Strukturen entwickeln“.

Eines der wichtigsten Beweisstücke ist das Larvenfossil einer Chinospermide, katalogisiert als FMNH PR 1082. Chrysanthemen sind eine ausgestorbene Gruppe krokodilähnlicher Raubwirbeltiere, die während der Karbon- und Permzeit in Flüssen, Seen und Sumpfökosystemen weit verbreitet waren. Erwachsene Individuen können eine Länge von etwa drei Metern erreichen. Das Exemplar von FMNH PR 1082 ist etwa 308 Millionen Jahre alt und nur etwa zwei Zentimeter lang, weist aber bereits deutliche Gliedmaßen und Rumpfstrukturen auf. Gleichzeitig bleibt das Eigelb noch im Bauch zurück und es gibt keine Anzeichen einer Nahrungsaufnahme im Darm, was darauf hindeutet, dass das Tier gerade erst geschlüpft ist und noch nicht begonnen hat, selbständig nach Futter zu suchen.

Die anatomischen Details des Exemplars zeigen, dass das Exemplar trotz seines unbestreitbaren frühen Lebensalters bereits „vollständig ausgestattet“ war, fast wie ein Erwachsener, einschließlich der inneren Atmungs- und Bewegungsstrukturen. Am auffälligsten war, dass es keine Anzeichen freiliegender Kiemen zeigte, was bedeutet, dass es wahrscheinlich kein traditionelles „amphibisches“ Metamorphosestadium durchlief, das für Larven mit äußeren Kiemen charakteristisch ist. Das Forschungsteam kam zu dem Schluss, dass diese frühen Tetrapoden möglicherweise in relativ vollständiger Form geschlüpft waren und dann hauptsächlich durch Körpergrößenzunahme und nicht durch morphologische Veränderungen wuchsen.

Pardo machte in einem Interview deutlich, dass die Arbeit eine seit langem als selbstverständlich angesehene Annahme widerlegt – dass die frühesten vierbeinigen Wirbeltiere ähnliche Wachstumsmuster wie moderne Amphibien hatten. Diese Schlussfolgerung bestreitet jedoch nicht, dass der Ursprung der Tetrapoden einen offensichtlichen aquatischen Hintergrund hat, und schließt auch nicht aus, dass diese Tiere Kiemen haben könnten, aber die Kiemen befinden sich eher im Körper als auf der Körperoberfläche, ähnlich der inneren Kiemenstruktur moderner Fische. Seiner Meinung nach könnten die gesamte Lebensgeschichte und die ökologischen Gewohnheiten vieler früher Tiere mit Fingern und Zehen „fischähnlicher“ sein als gemeinhin angenommen, einschließlich ihrer Abhängigkeit von der Wasserumgebung.

Forscher haben auch eine andere Möglichkeit angesprochen: Einige frühe Tetrapoden könnten weichschalige Eier in feuchten terrestrischen Umgebungen gelegt haben, sodass Embryonen und Larven während ihres gesamten Lebenszyklus an Land oder in feuchter Erde leben konnten. Wenn diese Hypothese wahr ist, dann könnten zumindest einige alte Tetrapodenlinien schon sehr früh ein fast ausschließlich terrestrisches Leben erreicht haben, ohne dass sie ihre frühen Stadien als verzweigte Larven im Wasser verbringen mussten. Dadurch werden komplexere Szenarioannahmen zum traditionellen Dichotomiemodell „Larven im Wasser und erwachsene Tiere an Land“ hinzugefügt.

Insgesamt zeigt diese Studie, dass die klassische lineare Lehrbucherzählung von „Fischen, Kaulquappen und Landtieren“ schwer mit den neuesten fossilen Beweisen in Einklang zu bringen ist. Die wahre Lebensgeschichte früher Tetrapoden umfasste möglicherweise innere Kiemen, das Legen weichschaliger Eier in feuchten Boden oder andere Entwicklungsstrategien, die noch nicht vollständig verstanden sind, und wie sich diese Muster zwischen verschiedenen Abstammungslinien entwickelten und differenzierten, muss noch durch weitere Forschung geklärt werden. Forscher gehen davon aus, dass die Antworten auf diese wichtigen Fragen zur Evolution der Wirbeltiere wahrscheinlich still in Museumsschubladen liegen und darauf warten, auf differenziertere Weise erneut untersucht zu werden.

Es wird berichtet, dass diese Forschung offiziell in der Zeitschrift Science veröffentlicht wurde. Die Autoren des Papiers stammen von der Universität Vilnius und dem Field Museum of Natural History. Die relevanten Informationen wurden auch über die Universität Vilnius und EurekAlert! an die Außenwelt weitergegeben und vom Nachrichtenteam einer Faktenprüfung unterzogen. Da der Analyse immer mehr qualitativ hochwertige konservierte paläontologische Weichteilfossilien hinzugefügt werden, könnte die Geschichte darüber, „wie Tetrapoden tatsächlich vom Wasser an Land gelangten“, in Zukunft noch weiter umgeschrieben werden.