Eine Kostprobe der Schlangenvielfalt. Im Uhrzeigersinn von oben links: Regenbogenboa (Epicrates cenchria), Bildnachweis Pascal Title, UM Museum of Zoology; Amazonasbecken-Baumschlange (Imantodes lentiferus), Bildnachweis Pascal Title, UM Museum of Zoology; westliche Wurmschlange (Carphophis vermis), Bildnachweis Alison Rabosky, UM Museum of Zoology; zweistreifige Wald-Grubenotter (Bothrops bilineatus), Bildnachweis Dan Rabosky, UM Museum of Zoology; Papageienschlange (Leptophis ahaetulla), Bildnachweis Ivan Prates, UM Museum of Zoology; und grüne Anakonda (Eunectes murinus), Bildnachweis Dan Rabosky, UM Museum of Zoology. Diese Arten zeigen eine beträchtliche Variabilität in ihrer Ernährung, die von generalistischen Raubtieren auf Wirbeltieren (Regenbogenboa, Anakonda) bis hin zu Arten reicht, die sich auf Schlafeidechsen (Baumschlange), Regenwürmer (Wurmschlange) und Laubfrösche (Papageiennatter) spezialisiert haben.
Moderne Schlangen entwickelten sich aus Vorfahren, die Seite an Seite mit den Dinosauriern lebten und sich wahrscheinlich hauptsächlich von Insekten und Eidechsen ernährten.
Dann löschte ein kilometerweiter Asteroid vor 66 Millionen Jahren fast alle Dinosaurier und etwa drei Viertel der Pflanzen- und Tierarten des Planeten aus und schuf die Bühne für die spektakuläre Diversifizierung von Säugetieren und Vögeln, die im frühen Känozoikum folgten.
Eine neue Studie der University of Michigan zeigt, dass frühe Schlangen diese ökologische Chance und das dadurch gebotene Sammelsurium nutzten und sich schnell und wiederholt neue Ernährungsanpassungen und Beutepräferenzen entwickelten.
Eine stumpfköpfige Baumschlange (Imantodes inornatus) frisst sich durch eine Reihe von Laubfroscheiern. Bildnachweis: John David Curlis, Museum für Zoologie der Universität Michigan.
Die Studie, die genetische Beweise mit ökologischen Informationen aus erhaltenen Museumsexemplaren kombiniert, wurde am 14. Oktober 2021 in der Zeitschrift . veröffentlicht PLOS Biologie.
„Wir haben nach dem Aussterben der Dinosaurier einen großen Ausbruch der Diversifizierung der Ernährung von Schlangen festgestellt – Arten entwickelten sich schnell und erlangten schnell die Fähigkeit, neue Beutearten zu fressen“, sagte Studienleiter Michael Grundler, der die Arbeit für seine Doktorarbeit an der UM verfasste und der jetzt Postdoktorand an der UCLA ist.
Säugetiere und Vögel, die sich im Zuge des Aussterbens ebenfalls diversifizierten, tauchten zu dieser Zeit in der Schlangenernährung auf. Es entstanden auch spezielle Diäten, wie Schlangen, die sich nur von Schnecken ernähren, oder Schlangen, die nur Eidechseneier fressen.
Eine falsche Boa (Pseudoboa Nigra) frisst eine Lava-Eidechse (Tropidurus hispidus). Bildnachweis: Ivan Prates, Museum für Zoologie der Universität Michigan
Ähnliche Ausbrüche der Ernährungsdiversifizierung wurden auch beobachtet, als Schlangen an neuen Orten ankamen, wie als sie die Neue Welt kolonisierten.
„Dies deutet darauf hin, dass Schlangen Chancen in Ökosystemen nutzen“, sagte der UM-Evolutionsbiologe und Studienkoautor Daniel Rabosky, der Doktorvater von Grundler war. “Manchmal werden diese Möglichkeiten durch Aussterben geschaffen und manchmal werden sie durch eine uralte Schlange verursacht, die sich auf eine neue Landmasse verteilt.”
Röntgenbild einer Bighead-Seeschlange (Hydrophis annandalei), die ein Beutetier (Fisch) in seinem Magen zeigt. Der Fischschädel ist im Brustkorb der Schlange in der Mitte rechts im Bild sichtbar. Schlangenexemplar aus dem Zoologischen Museum von U-M. Bildnachweis: Jenna Crowe-Riddell / Randy Singer, University of Michigan Museum of Zoology
Diese wiederholten transformativen Veränderungen in der Ernährungsökologie waren nach Grundler und Rabosky wichtige Triebkräfte für das, was Evolutionsbiologen adaptive Strahlung nennen, die Entwicklung einer Vielzahl neuer Formen, die an unterschiedliche Lebensräume und Lebensweisen angepasst sind.
Moderne Schlangen sind mit mehr als 3.700 Arten weltweit beeindruckend vielfältig. Und sie zeigen eine erstaunliche Vielfalt an Diäten, von winzigen Blattstreu-Schlangen, die sich nur von Wirbellosen wie Ameisen und Regenwürmern ernähren, bis hin zu riesigen Würmern wie Boas und Pythons, die Säugetiere so groß wie Antilopen fressen.
Wie sind also beinlose Reptilien, die nicht kauen können, zu so wichtigen Raubtieren an Land und im Meer geworden? Um das herauszufinden, stellten Grundler und Rabosky zunächst einen Datensatz zur Ernährung von 882 modernen Schlangenarten zusammen.
CT-Scan einer Katzenaugenschlange (Leptodeira septentrionalis) zeigt einen Frosch (blaues Skelett) in ihrem Verdauungstrakt. Schlangenexemplar aus dem Zoologischen Museum von U-M. Bildnachweis: Ramon Nagesan, Museum für Zoologie der Universität Michigan
Der Datensatz umfasst mehr als 34.000 direkte Beobachtungen der Schlangenernährung, aus veröffentlichten Berichten über Begegnungen von Wissenschaftlern mit Schlangen im Feld und aus der Analyse des Mageninhalts von konservierten Museumsexemplaren. Viele dieser Exemplare stammen aus dem UM Museum of Zoology, der Heimat der zweitgrößten Reptilien- und Amphibiensammlung der Welt.
Alle heute lebenden Arten stammen von anderen Arten ab, die in der Vergangenheit gelebt haben. Aber da Schlangenfossilien selten sind, ist die direkte Beobachtung der alten Vorfahren moderner Schlangen – und der evolutionären Beziehungen zwischen ihnen – meist verborgen.
Katzenaugenschlange (Leptodeira semiannulata) im peruanischen Amazonas. Bildnachweis: Dan Rabosky, Zoologmuseum der Universität Michigan
Diese Beziehungen bleiben jedoch in der erhalten DNA von lebenden Schlangen. Biologen können diese genetische Information extrahieren und sie verwenden, um Stammbäume zu erstellen, die Biologen Phylogenien nennen.
Grundler und Rabosky haben ihren Ernährungsdatensatz mit zuvor veröffentlichten phylogenetischen Daten von Schlangen in einem neuen mathematischen Modell zusammengeführt, das es ihnen ermöglichte, abzuleiten, wie längst ausgestorbene Schlangenarten waren.
Eine grüne Weinschlange (Oxybelis fulgidus) in Brasilien. Diese leicht giftige Art ist dafür bekannt, Frösche, Eidechsen und Vögel zu fressen. Bildnachweis: Ivan Prates, Museum für Zoologie der Universität Michigan
„Man könnte meinen, es wäre unmöglich, Dinge über Arten zu wissen, die vor langer Zeit gelebt haben und für die wir keine fossilen Informationen haben“, sagte Rabosky, außerordentlicher Professor an der UM-Abteilung für Ökologie und Evolutionsbiologie und außerordentlicher Kurator am Museum of Zoologie.
„Aber vorausgesetzt, wir haben Informationen über evolutionäre Beziehungen und Daten über heute lebende Arten, können wir diese ausgeklügelten Modelle verwenden, um abzuschätzen, wie ihre Vorfahren vor langer Zeit waren.“
Eine Smaragdbaumboa (Corallus batesii) im Amazonas-Regenwald, ein spezialisiertes Raubtier kleiner Säugetiere. Bildnachweis: Dan Rabosky, Museum für Zoologie der Universität Michigan
Die neue Studie zeigte nicht nur einen großen Ausbruch der Diversifizierung der Ernährung von Schlangen nach dem Untergang der Dinosaurier beim sogenannten K-Pg-Massenaussterben, sondern zeigte auch ähnliche explosive Veränderungen in der Ernährung, als Gruppen von Schlangen neue Orte kolonisierten.
Zum Beispiel traten einige der schnellsten Ernährungsumstellungsraten auf – einschließlich einer Zunahme von etwa 200% für eine Unterfamilie –, als die Colubroidea-Schlangen-Superfamilie es in die Neue Welt schaffte.
Die Colubroids machen den größten Teil der aktuellen Schlangenvielfalt der Welt aus, wobei Vertreter auf allen Kontinenten außer der Antarktis zu finden sind. Dazu gehören alle giftigen Schlangen und die meisten anderen bekannten Schlangen; Boas, Pythons und mehrere obskure Schlangen wie Blindschlangen und Rohrschlangen gehören nicht zur Gruppe.
Die Amerikanische Rohrschlange (Anilius scytale) ist harmlos, wird aber häufig mit gefährlich giftigen Korallenschlangen verwechselt. Diese Art ist ein spezialisierter Raubtier von länglichen Wirbeltieren wie Schlangen, beinlosen Eidechsen und beinlosen Amphibien (Caecilians). Bildnachweis: Dan Rabosky, Museum für Zoologie der Universität Michigan
Grundler und Rabosky fanden auch eine enorme Variabilität darin, wie schnell Schlangen neue Diäten entwickeln. Einige Gruppen, wie zum Beispiel blinde Schlangen, entwickelten sich langsamer und behielten eine ähnliche Ernährung – hauptsächlich Ameisen und Termitenlarven – über zig Millionen Jahre bei.
Das andere Extrem sind die Dipsadin-Schlangen, eine große Unterfamilie von Colubroid-Schlangen, die mehr als 700 Arten umfasst. Seit ihrer Ankunft in der Neuen Welt vor etwa 20 Millionen Jahren haben sie laut der neuen Studie eine anhaltende Diversifizierung der Ernährung erlebt.
Zu den Dipsadinen gehören Glutfresser, falsche Wasserkobras, Waldflammenschlangen und Hognose-Schlangen. Viele von ihnen imitieren tödliche Korallenschlangen, um Raubtiere abzuwehren, und sind lokal als falsche Korallenschlangen bekannt.
Die Amerikanische Rohrschlange (Anilius scytale) ist harmlos, wird aber häufig mit gefährlich giftigen Korallenschlangen verwechselt. Diese Art ist ein spezialisierter Raubtier von länglichen Wirbeltieren wie Schlangen, beinlosen Eidechsen und beinlosen Amphibien (Caecilians). Bildnachweis: Dan Rabosky, Museum für Zoologie der Universität Michigan
“In relativ kurzer Zeit haben sich Arten entwickelt, die sich auf Regenwürmer, Fische, Frösche, Schnecken, schlangenähnliche Aale – sogar auf andere Schlangen selbst – spezialisiert haben”, sagte Grundler.
„Viele der evolutionären Erfolgsgeschichten, die es in die Lehrbücher geschafft haben – wie Darwins berühmte Finken – sind bei weitem nicht so beeindruckend wie manche Schlangengruppen. Die Dipsadinen Süd- und Mittelamerikas sind gerade in all ihrer Vielfalt explodiert, und doch sind sie außerhalb der Gemeinschaft der Schlangenbiologen fast völlig unbekannt.“
Rabosky und Grundler betonten, dass ihre Studie ohne die Informationen aus erhaltenen Museumsexemplaren nicht hätte durchgeführt werden können.
„Manche Leute denken, dass Zoologiesammlungen nur Lagerhäuser für tote Tiere sind, aber dieses Stereotyp ist völlig ungenau“, sagte Rabosky. „Unsere Ergebnisse zeigen, was für eine enorme Weltklasse-Ressource diese Sammlungen sind, um Fragen zu beantworten, die sonst kaum zu beantworten sind.“
Referenz: „Schneller Anstieg der Nahrungsvielfalt und -komplexität von Schlangen nach dem Ende derKreide Massensterben“ von Michael C. Grundler und Daniel L. Rabosky, 14. Oktober 2021, PLOS Biologie.
DOI: 10.1371/journal.pbio.3001414
Finanziert wurde die Studie von der National Science Foundation und der David and Lucile Packard Foundation.