Die frühesten Landtiere hatten weniger Schädelknochen als FISCHE – was die Evolution über Millionen von Jahren einschränkte

Die ersten vierbeinigen Tiere, die an Land liefen, hatten weniger Schädelknochen als Fische – was laut neuen Forschungsergebnissen ihre Entwicklung über Millionen von Jahren einschränkte.

Tetrapoden waren die frühesten Landtiere mit Gliedmaßen und Fingern und sind die Vorfahren von Amphibien bis hin zu Menschen.

Eine neue Analyse versteinerter Tierschädel zeigt jedoch, dass Tetrapoden komplexere Verbindungen zwischen ihren Schädelknochen hatten als Fische.

Anstatt die Diversifizierung des Lebens an Land zu fördern, schränkten diese Verbindungen laut den Forschern die Evolution der Tetrapodenschädel ein.

Fossil einer Whatcheeria, einer ausgestorbenen Gattung früher Tetrapoden aus dem frühen Karbon von Iowa

Die Entdeckung basiert auf einer Analyse von Fossilien beim Übergang von einer aquatischen zu einer terrestrischen Umgebung.

Die Forscher untersuchten die Schädelknochen von über 100 lebenden und fossilen Tieren, um besser zu verstehen, wie sich die Schädel im Laufe der Entwicklung der Tetrapoden veränderten.

“Tetrapodenschädel haben im Allgemeinen weniger Schädelknochen als ihre Fischvorfahren, aber beim einfachen Zählen der Anzahl der Knochen gehen einige wichtige Daten verloren”, sagte Hauptautor James Rawson von der Universität Bristol.

“Wir haben eine Technik namens Netzwerkanalyse verwendet, bei der die Anordnung der Schädelknochen – welche Knochen mit welchen verbunden sind – zusätzlich zur Knochennummer aufgezeichnet wird.”

Co-Autorin Dr. Borja Esteve-Altava von der Universität Pompeu Fabra in Barcelona, ​​die Expertin für diese Technik ist, sagte: „Traditionell war die Anatomieforschung meist deskriptiv oder qualitativ.

“Die Netzwerkanalyse bietet einen soliden mathematischen Rahmen zur Quantifizierung anatomischer Beziehungen zwischen Knochen: eine Art von Daten, die in den meisten Studien zur morphologischen Evolution oft übersehen wird.”

Die Autoren fanden heraus, dass Tetrapoden mit weniger Schädelknochen als Fische die Organisation ihrer Schädel komplexer machten.

Herr Rawson fügte hinzu: „Es mag seltsam erscheinen, aber weniger Knochen zu haben bedeutet, dass jeder dieser Knochen mit mehr seiner Nachbarn verbunden sein muss, was zu einer komplexeren Anordnung führt.

“Moderne Frösche und Salamander hatten die komplexesten Schädel aller von uns untersuchten Tiere.”

Die Schädel der frühesten Tetrapoden konsolidierten sich auch stärker zu einer einzigen Einheit, während ihre Fischvorfahren Schädel hatten, die aus mehreren verschiedenen Abschnitten bestanden.

Durch die Betrachtung der Vielfalt der Anordnungen im Laufe der Zeit stellte das internationale Team auch fest, dass der Ursprung der Tetrapoden mit einem Rückgang der Vielfalt der Schädelknochenanordnungen zusammenfällt.

Die leitende Autorin Professor Emily Rayfield, ebenfalls aus Bristol, sagte: „Wir waren überrascht, als wir feststellten, dass diese Veränderungen am Schädel die Evolution der Tetrapoden einzuschränken schienen, anstatt die Strahlung auf neue Lebensräume an Land zu fördern.

“Wir glauben, dass die Entwicklung eines Halses, Aussterbeereignisse oder ein Engpass in der Schädelentwicklung dafür verantwortlich sein könnten.”

Bild mit Schädelknochen einer Acanthostega, einer ausgestorbenen Gattung von Stammtetrapoden, die zu den ersten Wirbeltieren gehört, die erkennbare Gliedmaßen haben

Tetrapoden entstanden vor ungefähr 397 Millionen Jahren während der Devon-Zeit. Sie entwickelten sich aus einer Gruppe von Wirbeltieren, die als Tetrapodomorphe bekannt sind.

Sie waren eine Abstammung uralter Fische, deren gepaarte, fleischige Flossen sich in Gliedmaßen mit Fingern verwandelten.

Herr Rawson, ein Doktorand, fügte hinzu: „Wir sehen auch einen ähnlichen Rückgang der strukturellen Variabilität für die Gliedmaßenknochen bei frühen Tetrapoden, aber der Rückgang der Gliedmaßen findet 10 Millionen Jahre früher statt.

“Es scheint, dass verschiedene Faktoren die Evolution von Schädel und Gliedmaßen bei frühen Tetrapoden beeinflusst haben, und wir müssen noch so viel mehr über diese entscheidende Zeit in unserer eigenen Evolutionsgeschichte lernen.”

Die Studie wurde in der Fachzeitschrift Science Advances veröffentlicht.

Wie aus Flossen Beine wurden: Lappenflossenfische, die vor 375 Millionen Jahren lebten, sind die bekannteste Übergangsart zwischen Fischen und landbewohnenden Tetrapoden

Der Tiktaalik rosae war ein Lappenflossenfisch, der in der späten Devonzeit lebte, aber ähnliche Merkmale wie vierbeinige Tiere aufwies.

Ein 375 Millionen Jahre altes Fossil Tiktaalik roseae wurde 2004 auf Ellesemere Island in Nunavut, Kanada, entdeckt.

Er stellt die bekannteste Übergangsart zwischen Fischen und landbewohnenden Tetrapoden dar – bis zur Entdeckung des neueren „Tiny“-Fossils.

Tiktaalik, ein Fisch mit einem breiten, flachen Kopf und scharfen Zähnen, sah aus wie eine Kreuzung zwischen einem Fisch und einem Krokodil.

Es hatte Kiemen, Schuppen und Flossen, aber auch Tetrapoden-ähnliche Merkmale wie einen beweglichen Hals, einen robusten Brustkorb und primitive Lungen.

Insbesondere seine großen Vorderflossen hatten Schultern, Ellbogen und teilweise Handgelenke, die es ihm ermöglichten, sich auf dem Boden abzustützen.

Im Jahr 2013 bewerteten Forscher das Fossil erneut und entdeckten, dass das Fossil ein gut erhaltenes Becken und eine gut erhaltene Flosse hatte.

Der Fund stellte die Theorie in Frage, dass sich große, bewegliche Hinterglieder erst nach dem Übergang der Wirbeltiere an Land entwickelt hatten.

Frühere Theorien, die auf den besten verfügbaren Daten basieren, schlagen vor, dass eine Verschiebung von der Fortbewegung mit „Frontantrieb“ bei Fischen zu einem eher „Allradantrieb“ bei Tetrapoden stattfand.

Experten behaupten jedoch, dass diese Verschiebung tatsächlich bei Fischen stattfand, nicht bei Tieren mit Gliedmaßen.

Zum Beispiel entdeckte das Team, dass der Beckengürtel des Tiktaalik in der Größe fast identisch mit seinem Schultergürtel war.

Es hatte ein markantes Hüftgelenk mit Kugelgelenk, das mit einem hochbeweglichen Femur verbunden war.

Kämme auf der Hüfte für die Muskelbefestigung zeigten Stärke und fortgeschrittene Flossenfunktion an.

Und obwohl kein Oberschenkelknochen gefunden wurde, deutet das Material der Beckenflossen – einschließlich langer Flossenstrahlen – darauf hin, dass die Hinterflosse mindestens so lang war wie ihre Vorderflosse.