Video der Woche: Landgang rekapituliert



Als die ersten vierbeinigen Wirbeltiere das Land für sich eroberten, war das ein Meilenstein der Evolution. Wie aber die anfangs eher fischähnlichen Wesen zu echten Landtieren wurden, ist bisher nur in Teilen klar. Einen der ersten Schritte hin zu Vierbeinern haben kanadische Forscher jetzt mit einem ungewöhnlichen Experiment nachvollzogen: Sie zogen Lungenfische an Land auf und testeten, wie dies ihr Verhalten und ihren Körperbau veränderte. Tatsächlich zeigten die an Land aufgewachsenen Fische bereits einige Unterschiede zu ihren wasserbewohnenden Artgenossen: Sie liefen anders und sogar einige ihrer Knochen waren verändert.

Als die ersten Wirbeltiere vor rund 400 Millionen Jahren das Land eroberten, mussten sie sich vor allem in zweierlei Hinsicht umstellen: Zum einen benötigten sie Lungen, um den Sauerstoff direkt aus der Luft aufzunehmen und an ihr Blut weiterzugeben. Dass einige der damaligen Fische Lungen besaßen, davon zeugen auch heute noch vorkommende Lungenfische. Zum anderen aber mussten die frühen Tetrapoden ihre Fortbewegung anpassen, denn an Land fehlte der Auftrieb, der den Fischen im Wasser das Schwimmen ermöglichte. Ihre Flossen mussten dafür entsprechend stabil sein, aber auch biomechanisch waren Umstellungen nötig. Während die Brustflossen der meisten Fische eher seitlich am Körper ansetzen, ist es für das Gehen an Land günstig, die Beine so weit wie möglich unter den Körperschwerpunkt zu bringen. Denn dann kann die Last besser getragen werden. Gleichzeitig sollte der Schultergürtel unabhängig vom Schädel beweglich sein, um raumgreifende Schritte und einen erhobenen Kopf zu ermöglichen.

Wie schnell und auf welche Weise sich diese biomechanischen Anpassungen damals entwickelten, ist jedoch unklar, wie Emily Standen von der University of Ottawa und ihre Kollegen erklären. Eine Möglichkeit wäre aber, dass zunächst keine genetischen Änderungen nötig waren. Stattdessen könnte die normale Plastizität des Verhaltens, gepaart mit dem formenden Einfluss der Umwelt, schon in wenigen Generationen wichtige Veränderungen gebracht haben.

Um diese Hypothese zu testen, führten die Forscher ein Experiment mit einem Fisch durch, der den damaligen Landgängern am nächsten kommt: dem Senegal-Flösselhecht (Polypterus senegalus). Dieser langgestreckte Fisch besitzt sowohl Lungen als auch kräftige, fast schon beinähnliche Flossen, mit denen er sowohl im Wasser schwimmt als auch am Ufer umherkriecht. In ihrem Experiment zogen die Forscher eine Gruppe von Flösselhechten komplett an Land auf – und zwangen sie so, sich von frühester Jugend an das Laufen zu gewöhnen. "Wir wollten wissen, welche neuen Anatomien und Verhaltensweise wir so bei diesen Fischen hervorrufen könnten und ob sie denen ähneln, die wir von Fossilfunden früher Tetrapoden kennen", sagt Standen.

Erhobener Kopf und kürzerer Schritt

Und tatsächlich hatte das Landleben deutliche Auswirkungen auf die Fische: "Die an Land aufgezogenen Fische setzten ihre Flossen näher an der Körpermitte auf und machten kürzere Schritte", berichten die Forscher. Dadurch rutschten sie weniger häufig zurück als ihre an Wasser gewöhnten Artgenossen. Zudem hielten sie ihren Kopf höher und reduzierten unnötige Bewegungen von Flossen und Schwanz – das machte das Laufen effektiver und energiesparender. "Diese Unterschiede im Verhalten sind wahrscheinlich durch die häufige Übung erlernt", erklären Standen und ihre Kollegen. Aber auch in der Anatomie der Fische fanden sie Veränderungen: Die an Land aufgezogenen Flösselhechte besaßen schmalere und längere Schlüsselbeine und ihr Cleithrum, ein im Schultergürtel der meisten heutigen Landwirbeltiere fehlender Knochen, war ebenfalls verschmälert. "Das vergrößert den Platz zwischen dem Kiemendeckel und der Flosse und verleiht ihr mehr Bewegungsraum ", so die Forscher.

Die bei den Flösselhechten beobachteten Veränderungen ähneln in verblüffender Weise den Anpassungen, wie sie auch bei Fossilien der ersten landlebenden Wirbeltiere vor rund 400 Millionen Jahren zu erkennen sind. Das Experiment belegt, dass verändertes Verhalten und der Einfluss der Schwerkraft schon im Laufe nur einer Generation zu anatomischen Veränderungen führen können. Auch bei den ersten Tetrapoden könnte daher diese phänotypische Plastizität treibende Kraft für die Evolution gewesen sein, so die Forscher. Ob diese erworbenen Merkmale auch an die Nachkommen weiter gegeben werden, muss eine Fortsetzung des Experiments über mehrere Generationen zeigen.

Reload-Capcha neu laden Text der identifiziert werden soll

Bitte geben Sie zusätzlich noch den Sicherheitscode ein!

Rubriken

 


Harte Nuss
Rätsel: Berühmte Entdecker gesucht

 

Der Buchtipp

Der Autor ist ein brillant schreibender Wissenschaftler, der keinen Zweifel daran lässt, dass Tiere Freude, Liebe, Angst und Eifersucht fühlen und dass sie denken können.

Zu allen Buchtipps


Alle Rechte vorbehalten
Vervielfältigung nur mit Genehmigung der Konradin Mediengruppe