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Erde|Umwelt

Fischfossilien beleuchten Ursprung der Kiefermäuler

Panzerfisch
Rekonstruktion des 436 Millionen Jahre alten Panzerfischs Xiushanosteus mirabilis. © Heming Zhang

In Südchina haben Paläontologen zwei reichhaltige Fossilienlagerstätten gefunden, die eine große Anzahl gut erhaltener Fischfossilien enthalten. Die Funde stammen aus dem frühen Silur vor etwa 439 bis 436 Millionen Jahren und umfassen die bislang ältesten bekannten Exemplare von Kiefermäulern (Gnathostomata) – der Wirbeltiergruppe, zu der auch wir Menschen gehören. Die Entdeckung gibt neue Einblicke in die frühe Entwicklung der Wirbeltiere und eröffnet eine reichhaltige Fundgrube für weitere Forschungen.

Abgesehen von wenigen Ausnahmen wie Neunaugen und Schleimaalen haben fast alle heutigen Wirbeltiere einen Kiefer. Er ermöglicht ihnen, ihre Nahrung zu packen, festzuhalten und zu zerkleinern – ein deutlicher evolutionärer Vorteil gegenüber Tieren, die darauf angewiesen sind, Nahrung einzusaugen. Wissenschaftler gehen davon aus, dass sich die Kiefermäuler, auch als Gnathostomata bezeichnet, vor etwa 450 Millionen Jahren entwickelt haben. Fossile Belege aus dieser Zeit waren jedoch bislang spärlich, so dass es schwierig war, die frühe Entwicklungsgeschichte dieser Wirbeltiergruppe zu rekonstruieren. Die frühesten bisher identifizierten Fossilien von Fischen mit beweglichem Kiefer stammen aus der Zeit vor etwa 425 Millionen Jahren.

Fische
Gleich fünf verschiedene Vertreter der ältesten Fische haben Paläontologen in China entdeckt.
© Heming Zhang

Zwei neue Fossillagerstätten

Ein Team um You-an Zhu von der Chinesischen Akademie der Wissenschaften in Peking hat nun eine große Anzahl an Fischfossilien aus dem frühen Silur entdeckt, die dabei helfen, diese Forschungslücke zu füllen. In Chongqing und Guizhou in Südchina fanden sie zwei zuvor unbekannte Fossillagerstätten, die den Zeitraum von vor etwa 439 bis 436 Millionen Jahren umfassen und außergewöhnlich gut erhaltene Fossilien der damals lebenden Tiere enthalten. „Bisher konnten wir von solch außergewöhnlichen und frühen Fossilien nur träumen“, sagt Co-Autor Per Ahlberg von der Universität Uppsala in Schweden. „Sie sind jedoch mehr als nur Kuriositäten; sie sind in erster Linie wichtige Daten, um unsere lang gehegten Hypothesen über die Entstehung unseres Stammbaums zu überprüfen – und entweder zu bestätigen oder zu widerlegen.“

Neben zahlreichen anderen Fossilien entdeckten Zhu und seine Kollegen zwei neue Spezies, die sie im Detail untersuchten und beschrieben: den Panzerfisch Xiushanosteus mirabilis und den urzeitlichen Hai-Verwandten Shenacanthus vermiformis. Xiushanosteus mirabilis ist rund drei Zentimeter lang und zählt zu den Placodermen, einer ausgestorbenen Gruppe gepanzerter prähistorischer Fische, die die frühesten bekannten Wirbeltiere mit Kiefern waren. Mit seinem flachen, halbrunden Kopf erinnert er an seine kieferlosen Vorfahren, weist aber auch schon Merkmale späterer Kieferfische auf. Damit gibt er einen bislang einzigartigen Einblick in die frühe Evolution der Schädelform bei Kieferwirbeltieren. Offenbar war er in der Zeit und Region, aus der die Ablagerung stammt, weit verbreitet: Die Forscher fanden 20 Exemplare.

Von der zweiten neu beschriebenen Spezies, Shenacanthus vermiformis, entdeckten die Paläontologen bislang nur ein einziges Individuum. Dieses hat eine Körperlänge von 22 Millimetern und stellt als früher Knorpelfisch einen Verwandten der Haie dar. Während heutige Haie jedoch nur winzige Schuppen haben, trug Shenacanthus vermiformis eine Art Schulterpanzer aus mehreren großen Platten, die seinen Körper vollständig umschlossen – ein Merkmal, das bisher als typisch für Placodermen galt und darauf hindeutet, dass die ersten Knorpelfische gepanzert waren. „Lange glaubte man, dass sich andere Kieferfische aus einem haifischähnlichen Archetyp entwickelt haben“, sagt Zhu. „Mit der Entdeckung von Shenacanthus können wir nun endlich sicher sein, dass das Gegenteil der Fall ist.“

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Vorläufer der Gliedmaßen bei Kieferlosen

In separaten Beiträgen, die ebenfalls in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht wurden, beschreiben weitere Forschungsteams andere gut erhaltene Fischfossilien, die ebenfalls aus der neu entdeckten Lagerstätte stammen. So gibt die Analyse eines 436 Millionen Jahre alten kieferlosen Fisches aus der Gruppe der Galeaspiden erstmals Aufschluss über die frühe Entwicklung von Flossen und Gliedmaßen. Da von fast allen zuvor bekannten Fossilien dieser Gattung nur der Kopf erhalten war, blieb der Rest des Körpers lange rätselhaft.

„Die neuen Fossilien sind spektakulär, denn sie zeigen zum ersten Mal den gesamten Körper und offenbaren, dass diese Tiere paarige Flossen besaßen, die sich durchgehend vom Hinterkopf bis zur Schwanzspitze erstreckten“, sagt Erstautor Zhikun Gai von der Chinesischen Akademie der Wissenschaften. Damit liefert die neuen Fossilien erstmals einen Beweis für die Hypothese, dass sich differenzierte Brust- und Beckenflossen und später Arme und Beine aus einem durchgehenden Flossenvorläufer entwickelt haben.

Frühe Diversifizierung der Haivorfahren

Weitere Forschungsteams analysierten fossile Zähne eines bislang unbekannten Haiverwandten namens Qianodus duplicis und beschrieben einen stacheligen, haifischähnlichen Fisch namens Fanjingshania renovata – jeweils mit einem Alter von rund 439 Millionen Jahren. Dies verschiebt die ältesten bekannten Beispiele von Wirbeltiergebissen um 14 Millionen Jahre weiter in die Vergangenheit.

„Diese bemerkenswerten Funde rücken ein einst nebulöses Intervall ins Blickfeld“, schreibt Matt Friedman von der University of Michigan in einem begleitenden Kommentar zu den Veröffentlichungen. „Sie belegen eindeutig einen uralten Ursprung der Kieferwirbeltiere und klären, wie sich einige ihrer charakteristischen Merkmale entwickelt haben könnten.“ Aus seiner Sicht ist es wahrscheinlich, dass die neuen Fossilien eine wissenschaftliche Diskussion um ihre besonderen Merkmale und die Feinheiten ihrer Klassifizierung entfachen werden. „Aber ihre kollektive Botschaft ist unübersehbar“, so Friedman. „Die Diversifizierung der Kieferwirbeltiere war bereits in den frühesten Phasen des Silur in vollem Gange.“

Quellen: You-an Zhu (Chinese Academy of Sciences, Beijing, China) et al., doi: 10.1038/s41586-022-05136-8; Zhikun Gai (Chinese Academy of Sciences, Beijing, China) et al., doi: 10.1038/s41586-022-04897-6; Plamen Andreev (Chinese Academy of Sciences, Beijing, China) et al., doi: 10.1038/s41586-022-05166-2; Plamen Andreev (Chinese Academy of Sciences, Beijing, China) et al., doi: 10.1038/s41586-022-05233-8

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