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Evolution

Was Giraffenhälse lang macht

Das Markenzeichen der Giraffe im Visier. (Bild: linephoto/iStock)

Was hat es mit diesem zwei Meter langen Hals auf sich? Neben den verlängerten Halswirbeln besitzt das Markenzeichen der Giraffen ein weiteres Geheimnis, verdeutlicht eine Studie: Die bei Säugetieren üblichen sieben Halswirbel werden durch einen umfunktionierten Brustwirbel aufgestockt, konnten die Wissenschaftler durch Analysen und Simulationen nun bestätigen. Wie sie weiter berichten, kam es beim Wisent interessanterweise zu einer gegenteiligen Entwicklung: Ein Halswirbel wurde zum Brustwirbel umfunktioniert.

So „hochnäsig“ ist kein anderes Tier: Giraffen erreichen eine Höhe von bis zu sechs Metern. Dadurch konnten sich diese skurrilen Paarhufer die Blätter der Baumkronen als Nahrungsquellen in ihren afrikanischen Lebensräumen erschließen. Dem Prinzip der Evolution zufolge wurde der Hals bei den Vorfahren der Giraffen im Verlauf ihrer Entwicklungsgeschichte offenbar immer länger. Doch wie? Diese Frage fasziniert Anatomen und Evolutionsbiologen schon lange. Klar ist: Eine Vervielfachung von Halswirbeln hat es auch bei den Giraffen nicht gegeben. Trotz der enormen Länge wird der Hals nur von sieben Halswirbeln gebildet – so wie bei uns. Dabei handelt es sich um eine Regel bei Säugetieren – mit nur wenigen Ausnahmen.

Speziell verlängert

Die Halswirbel der Giraffen sind allerdings stark gestreckt, um gemeinsam für eine Verlängerung der knöchernen Stützstruktur zu sorgen. „Doch schon in einer anatomischen Arbeit vom Beginn des vorherigen Jahrhunderts wurde die Hypothese aufgestellt, dass die auffallende Gestalt des ersten Brustwirbels ebenfalls zur Verlängerung des Halses bei Giraffen beiträgt“, sagt John Nyakatura von der Humboldt-Universität zu Berlin. Dieser Hypothese haben er und seine Kollegen nun eine Studie gewidmet. Die Forscher scannten und untersuchten dazu zunächst hunderte von Wirbeln und Skeletten aus verschiedenen naturwissenschaftlichen Sammlungen. Neben den Giraffen

Merkmale des ersten Brustwirbels der Giraffe. (Bild:
Böhmer (Ludwig-Maximilians Universität), Müller (Humboldt Universität), Nyakatura (Humboldt-Universität)

bezogen sie viele andere verwandte Paarhufer mit ein – Rinder, Schafe, Antilopen und Hirsche sowie Vertreter der Kamele. Aus den Daten entwickelten die Forscher eine digitale Bibliothek virtueller Knochenmodelle.

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Anschließend unterzogen sie die Strukturen einer dreidimensionalen statistischen Formanalyse. Dabei zeichnete sich die Besonderheit des ersten Brustwirbels der Giraffen deutlich ab: Obwohl dieser Knochen Rippen trägt und somit Teil der Brustwirbelsäule ist, ähnelt er in seiner Gestalt einem Halswirbel, zeigten die Untersuchungen. In dieser Hinsicht ist die Giraffe einzigartig: Auch Paarhufer, die ebenfalls lange Hälse haben, wie beispielsweise die Giraffengazellen oder die Vikunjas, besitzen keine Brustwirbel mit diesen besonderen Merkmalen.

Ein zusätzliches Element

Im Rahmen ihrer Studie untersuchten die Wissenschaftler auch die funktionelle Bedeutung dieser Besonderheit. Sie nutzten dazu eine Software, die auch bei Animationsfilmen zum Einsatz kommt. Sie ermöglichte die Simulation der Bewegungen zwischen den Wirbeln. So konnten die Forscher virtuell erfassen, welcher Bewegungsspielraum vorliegt, bis die Knochen aufeinandertreffen oder die Gelenke an ihre Grenzen stoßen. In diesem Zusammenhang zeichnete sich ab, dass die speziellen Merkmale des ersten Brustwirbels der Giraffen spezielle Bewegungsfreiheiten ermöglichen. Funktional besteht die Halswirbelsäule der berühmten Langhälse somit aus acht Elementen. „Mit den modernen technischen Möglichkeiten konnten wir somit nun die alte Hypothese belegen“, resümiert Nyakatura.

Wie die Forscher abschließend berichten, deckten ihre Untersuchungen auch bei einem weiteren Paarhufer eine interessante Besonderheit der Halswirbelsäule auf: Während die Giraffen einen Brustwirbel zu einem Halswirbel umfunktioniert haben, machten die Wisente demnach das Gegenteil: Bei diesen kurzhalsigen Kolossen hat der siebte Halswirbel im Laufe der Evolution die Gestalt eines Brustwirbels angenommen, verdeutlichen die Analysen. Wie die Forscher erklären, ist dies wahrscheinlich eine Anpassung an die starken Belastungen im Rahmen der Rivalenkämpfe der Bullen: Der robustere Übergang vom Hals zum Rumpf sorgt für erhöhte Stabilität, wenn die Schwergewichte mit ihren Köpfen aufeinander donnern.

Video: Okapi und Giraffe: Vergleich der Brustwirbel (Credit: Humboldt-Universität zu Berlin)

Quelle: Humboldt-Universität zu Berlin, Fachartikel: Evolution, doi: 10.1111/evo.14171

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