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Der Evolution des Gehirns auf der Spur

Das winzige Schädelfossil von Chilecebus carrascoensis. (Bild: AMNH/ N. Wong und M. Ellison)

Der Mensch ist zu erstaunlichen kognitiven Leistungen fähig. Doch wie kam es im Laufe der Evolution dazu? Ein 20 Millionen Jahre alter Primatenschädel liefert nun neue Einblicke in die Entwicklung jenes Organs, dem wir unsere Intelligenz zu verdanken haben: dem Gehirn. Die Analysen offenbaren, dass das Denkorgan dieses frühen Neuweltaffen zwar noch verhältnismäßig klein war, aber weniger primitiv als erwartet. Außerdem zeichnet sich ab: Bestimmte Merkmale des Gehirns scheinen sich mehrmals unabhängig voneinander entwickelt und vergrößert zu haben. Die Hirnevolution könnte demnach komplexer verlaufen sein als gedacht.

Der Mensch verdankt seine Intelligenz seinem im Vergleich zur Körpergröße ungewöhnlich voluminösen und komplexen Gehirn. Über die evolutionären Wurzeln dieser einzigartigen Eigenschaft ist bisher jedoch kaum etwas bekannt. „Wir wissen nur wenig darüber, wann sich dieses Schlüsselmerkmal zu entwickeln begann“, erklärt Xijun Ni von der Chinesischen Akademie der Wissenschaften in Peking. „Dies liegt auch daran, dass gut erhaltene Schädel unserer urzeitlichen Verwandten rar sind.“ Eines der wenigen Fossilien, die einen Einblick in die frühe Entwicklungsgeschichte unseres Denkorgans liefern könnten, ist Chilecebus carrascoensis. Dieser kleine Primat lebte vor rund 20 Millionen Jahren im heutigen Chile und gehört zu den frühesten bekannten Vertretern der Neuweltaffen. Diese taxonomische Gruppe bildet mit den Altweltaffen, zu denen auch der Mensch gehört, die Teilordnung der Anthropoidea – gemeinhin schlicht Affen genannt.

Seine Position im Stammbaum sowie sein guter Erhaltungszustand machen Chilecebus für die Frage nach der Gehirnentwicklung besonders interessant. Aus diesem Grund haben sich die Forscher um Ni nun den Schädelausguss dieses Primaten mittels Computertomographie genauer angesehen und auf Basis dieser Aufnahmen die einstige Anatomie seines Gehirns rekonstruiert. „Der Endocast liefert uns nicht nur generelle Informationen über die Form und Größe des Denkorgans. Er offenbart auch Details über die Position und Form von Nerven, Blutgefäßen, Nebenhöhlen und sogar die Struktur von Hirnfurchen“, erläutern sie.

Klein, aber komplex

Die Analysen offenbarten: Das Gehirn von Chilecebus war wie erwartet zwar noch relativ klein, aber schon erstaunlich komplex. So stellten die Wissenschaftler fest, dass der Primat bereits über die für moderne Affen typischen gefalteten Hirnwindungen verfügt haben muss. Demnach hatte sein Gehirn eine überraschend entwickelte Oberflächenstruktur und verfügte über mindestens sieben Hirnfurchen-Paare. Ein weiteres spannendes Detail waren die Proportionen bestimmter Hirnregionen: Bei heutigen Primaten sind die Größe des visuellen und des olfaktorischen Zentrums im Gehirn oft negativ korreliert. Das bedeutet, dass Affen, die sich besonders stark auf ihre Augen verlassen, dafür schlechter riechen können – Kapazitäten für den Geruchssinn wurden im Laufe der Evolution offenbar zugunsten eines besseren Sehsinns eingetauscht. Dieser Zusammenhang aber findet sich bei Chilecebus nicht, wie das Team berichtet. Er hat zwar einen verhältnismäßig kleinen Riechkolben, jedoch keine analog vergrößerten visuellen Strukturen.

Dies deutet nach Ansicht der Wissenschaftler daraufhin, dass das olfaktorische und das visuelle System während der Evolution des Gehirns weniger stark aneinander gekoppelt waren als bisher gedacht. Sie scheinen sich vielmehr unabhängig voneinander entwickelt zu haben. Auf eine voneinander unabhängige Entwicklung einzelner Hirnbereiche deuten auch die Vergleiche mit Schädeln anderer früher Affen hin. So stellten die Forscher dabei fest: Einzelne Gehirnregionen wuchsen mit dem größer werdenden Gehirn nicht etwa gleichmäßig mit und behielten so ihre ursprünglichen Proportionen. „Stattdessen haben sich viele cerebrale Merkmale mosaikartig verändert“, berichten sie. „Dabei kam es mehrmals und unabhängig voneinander zu Vergrößerungen einzelner Strukturen und manchmal auch zu erneuten Verkleinerungen.“

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Unabhängig entwickelt

Viele dieser Veränderungen könnten sich den Ergebnissen zufolge bei Neuweltaffen und Altweltaffen unabhängig voneinander entwickelt haben. Auch die Vergrößerung des Gehirns insgesamt scheint im Laufe der Evolution der Affen mehrmals stattgefunden zu haben. Damit zeichnet sich ab, dass die Evolution des Gehirns wesentlich komplexer und weniger stringent abgelaufen ist als bislang angenommen. „Es ist nur natürlich, dass der Mensch als der wissbegierigste aller Affen die Evolution der Intelligenz und die Entwicklung der Hirnstruktur bei seinen Vorfahren und Verwandten verstehen möchte“, konstatieren Ni und sein Team. Chilecebus carrascoensis hat nun ein neues Puzzleteil zu diesem Rätsel hinzugefügt. „Während seiner Reise mit der Beagle hat Charles Darwin den Canyon untersucht, wo Chilecebus 160 Jahre später gefunden wurde. Dieses exquisite Fossil hätte ihn sicherlich begeistert“, schließt Mitautor André Wyss von der University of California in Santa Barbara.

Quelle: Xijun Ni (Chinesischen Akademie der Wissenschaften, Peking) et al., Science Advances, doi: 10.1126/sciadv.aav7913

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