Die Bewegung von Tieren vom Land ins Meer hat sich in den letzten 250 Millionen Jahren mehrmals ereignet und wurde auf viele verschiedene und einzigartige Arten dokumentiert. Jetzt hat ein Forscherteam zum ersten Mal einen Überblick erstellt, der nicht nur einen Einblick in die Evolution bietet, sondern auch dazu beitragen kann, die Auswirkungen des Menschen auf den Planeten genauer abzuschätzen.
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In den Ozeanen tummeln sich Tetrapoden - Vierbeiner, Reptilien, Säugetiere und Amphibien -, die wiederholt vom Land ins Meer gewechselt sind und ihre Beine zu Flossen geformt haben. Die Übergänge wurden oft mit Massenaussterben in Verbindung gebracht, aber die wahren Gründe sind nur zum Teil auf der Grundlage von Fossilien und zum Beispiel durch Untersuchungen des Erdklimas bekannt.
Diese Übergänge gelten als „kanonische Illustrationen“ des Evolutionsprozesses und sind daher ideal für das Studium. Lebende marine Tetrapoden wie Wale, Robben, Otter und Seelöwen haben laut Neil P. Kelley und Nicholas D. Pyenson, den beiden Smithsonian-Wissenschaftlern, die diese Woche den neuen Look für diese Tetrapoden zusammengestellt haben, ebenfalls große ökologische Auswirkungen in der Zeitschrift Science .
Anstatt Beweise aus einem einzigen Bereich zu sammeln, bündelten die beiden Forschungen aus vielen Disziplinen, darunter Paläontologie, Molekularbiologie und Naturschutzökologie, um ein weitaus umfassenderes Bild davon zu erhalten, was geschah, als Tiere über Jahrtausende hinweg vom Land ins Meer wechselten.
Fast zwangsläufig arbeiten Wissenschaftler in engen Silos, sodass diese Forschung dazu beiträgt, ihre Sichtweisen zu erweitern und möglicherweise schnellere Fortschritte beim Verständnis der Evolution zu erzielen. Wenn wir wissen, wie sich diese Kreaturen in den letzten hundert Millionen Jahren angepasst haben und vor allem, wie sie sich in der Zeit seit dem Erscheinen der Menschen verändert haben, können wir bessere Verwalter des Planeten werden.
"Es ist eine einzigartige Zusammenfassung aller bekannten Informationen über die verschiedenen Gruppen, die sich entwickelt haben, um wieder ans Meer zurückzukehren", sagt Louis L. Jacobs, Professor für Geowissenschaften und Präsident des Instituts für Erdstudien und Man an der Southern Methodist University. Das Papier legt alles so dar, dass Wissenschaftler Vergleiche zwischen Arten anstellen können, fügt er hinzu.
„Der Rückblick befasst sich wirklich mit der Evolution und erklärt, warum das Studium der Evolution wichtig ist“, sagt Sterling Nesbitt, Assistant Professor für Geowissenschaften am Virginia Polytechnic Institute und der State University. Nesbitt konzentriert sich auf die Evolution von Wirbeltieren - nicht auf Meerestiere -, aber er sagt, dass die Arbeit der Smithsonian-Forscher ihm und seinen Schülern helfen wird, zu verstehen, wie sich einige Landtiere möglicherweise daran gewöhnt haben, in Bäumen zu leben.
Die Studie liefert auch den „evolutionären Kontext, um zu verstehen, wie sich lebende Arten mariner Raubtiere im Anthropozän entwickeln und an das Leben anpassen“, sagt Kelley, Hauptautorin und Forscherin im National Museum of Natural History der Abteilung für Paläobiologie. Er fügt hinzu, dass er absichtlich den Begriff „Anthropozän“ in der Zeitung verwendet habe. Einige Wissenschaftler beschreiben damit das aktuelle geologische Zeitalter, meinen aber auch, dass es eine Zeit ist, in der der Mensch eine dominierende Rolle in der Richtung des Planeten zu spielen scheint.
Über einen Zeitraum von 300 Millionen Jahren entwickelten viele Arten, von Robben bis zu Mosasauriern, unabhängig voneinander ähnliche stromlinienförmige Vorderbeine (zum Schwimmen), als sie vom Landleben zum Ozean übergingen. (Neil Kelley und Nick Pyenson, NMNH) "Es ist nicht nur akademisch, sich das Schicksal dieser Tiere vorzustellen", sagt Kelley und fügt hinzu, dass vor allem Meeresräuber ökologisch wichtige Akteure sind. "Es könnte große Auswirkungen haben, wenn wir diese Raubtiere verlieren", sagt er.
Das Papier von Kelley und Pyenson stützt sich auf 147 größtenteils von Experten geprüfte Studien in verschiedenen Bereichen und bietet einen umfassenden Überblick über einige der parallelen Anpassungen, die bei einer Reihe von marinen Tetrapodenarten auftraten. Das ist extrem verlockend, sagt Jacobs.
Unter den zahlreichen Fäden hebt die Arbeit eine relativ neue Forschungslinie hervor, die als Rekonstruktion fossiler Pigmente bezeichnet wird. Diese Technik gibt Wissenschaftlern die Möglichkeit, anhand eines Fossils die Farbe einer alten Vogelfeder oder der Haut eines prähistorischen Reptils zu bestimmen. Die Färbung kann Hinweise darauf geben, wie sich Arten an ihre Umgebung anpassen. Eine Studie ergab beispielsweise, dass uralte Meeresreptilien eine dunkle Färbung aufwiesen, „möglicherweise zur Temperaturregulierung oder zum Schutz vor ultraviolettem Licht“, schreiben die Forscher.
Genomstudien helfen auch dabei, die Gründe zusammenzufassen, warum Meerestiere mit unterschiedlichen Landvorfahren ähnliche Anpassungen entwickelt zu haben scheinen, als sie in den Ozean gingen, so die Autoren. Zum Beispiel haben sich sowohl Schnabelwale als auch Robben so entwickelt, dass sie Myoglobin - ein sauerstoffbindendes Protein - in ihren Muskeln speichern können. Dies gibt den Tieftauchern die Möglichkeit, lange Zeit unter Wasser zu überleben. Vor der Genomik waren Wissenschaftler nicht in der Lage, diese ähnliche Fähigkeit auf molekularer Ebene nachzuvollziehen, sagt Kelley.
Jetzt können sie jedoch erkennen, dass diese verschiedenen Arten von Seetauchern möglicherweise dieselben zellulären Mechanismen haben. "Da gibt es eine tiefe evolutionäre Verbindung", sagt Pyenson, Kurator für fossile Meeressäugetiere im Naturhistorischen Museum. Die Frage ist nun, ob genetische Sequenzen an bestimmte Verhaltensweisen oder Körpertypen, an die Atmungsfähigkeit oder an die Flossenentwicklung gebunden werden können. "Wir wissen es noch nicht, aber vielleicht in den nächsten fünf Jahren", fügt Kelley hinzu.
Moderne Delfine und ausgestorbene Ichthyosaurier stammten von verschiedenen terrestrischen Arten ab, waren jedoch mehr als 50 Millionen Jahre voneinander entfernt und entwickelten einen ähnlichen fischartigen Körper. (Dolphin, NOAA. Ichthyosaur, mit freundlicher Genehmigung von Lindgren et al., Nature Publishing Group) Der Aufsatz fasst auch verschiedene Studien zusammen, die den Einfluss des Menschen auf die Evolution der Tetrapoden belegen. Menschen haben eine Vielzahl von Tetrapoden fast bis zum Aussterben gejagt, und menschliche Aktivitäten scheinen indirekt das Verschwinden anderer zu beschleunigen. Sechs von sieben Meeresschildkrötenarten sind bedroht. Und der Jangtse-Delfin, der nur in diesem Fluss in China gefunden wurde, wurde 2006 als Folge von Schiffsunfällen und der Verschlechterung des Lebensraums für ausgestorben erklärt.
Aber einige Tetrapoden haben die Menschen überlistet. Grauwale, von denen angenommen wurde, dass sie nur im Pazifik leben, wurden kürzlich im Atlantik gefunden. "Die beste Vermutung, wie sie dorthin gelangt sind, ist, dass sie sich durch die Arktis bewegen", sagt Kelley und merkt an, dass das Eis genug geschmolzen ist, um eine Passage auf dem Wasser zu ermöglichen. Der Fossilienbestand zeigt, dass Grauwale vor etwa 100 Millionen Jahren im Atlantik lebten, so dass ihre Rückwanderung ein Prozess der Neukolonialisierung sein könnte, sagt Kelley.
Kelley und Pyenson hoffen, dass ihre Arbeit zu mehr Kooperationen motiviert, zum Beispiel zwischen Paläontologen, Biologen und Naturschützern, um Vergangenheit und Gegenwart zusammenzubringen - insbesondere, um Meerestiere näher zu betrachten. Der Mensch "hat einen übergroßen Einfluss auf die Zukunft", sagt Pyenson. Die Überprüfung hilft bei der Beantwortung der Frage: "Was wird das Schicksal dieser ökologisch wichtigen Arten sein?"
"Das Verständnis des Ozeans ist für die Menschen auf diesem Planeten von entscheidender Bedeutung", sagt Jacobs und merkt an, dass es eine wichtige Rolle im Ökosystem spielt. Aber er fügt hinzu, dass Menschen den Ozean verändern - was zu steigendem Meeresspiegel und steigenden Temperaturen sowie zu Veränderungen des Salzgehalts und des Säuregehalts führt, die alle Tiere belasten. "Wir kennen nicht alle unvorhergesehenen Folgen dieser physischen Veränderungen."
Eine Auswahl von marinen Tetrapoden aus der Kreidezeit aus der Zeit des "Zeitalters der Reptilien", darunter eine Meeresschildkröte, ein früher flugunfähiger Meeresvogel, ein großer Mosasaurier und ein langhalsiger Elasmosaurier. (Kunstwerk von Karen Carr / NMNH)
