„So etwas habe ich noch nie gesehen“ – Ungewöhnliches 550 Millionen Jahre altes Fossil löst paläontologisches Paradoxon

Die Forschung bietet neue Einblicke in die frühe Evolution der Tiere.

Forscher unter der Leitung von Shuhai Xiao an der Virginia Tech haben ein 550 Millionen Jahre altes Meeresschwammfossil entdeckt und damit eine 160 Millionen Jahre alte Lücke in der Fossiliengeschichte geschlossen. Dieses Fossil, das darauf schließen lässt, dass frühe Schwämme keine mineralischen Skelette hatten, bietet neue Einblicke in die Evolution eines der frühesten Tiere und beeinflusst die Art und Weise, wie Paläontologen nach urzeitlichen Schwämmen suchen.

Auf den ersten Blick ist der einfache Meeresschwamm kein mysteriöses Geschöpf. Er hat kein Gehirn und keinen Darm. Es ist kein Problem, ihn auf 700 Millionen Jahre zu datieren. Doch überzeugende Schwammfossilien reichen nur etwa 540 Millionen Jahre zurück, was eine Lücke von 160 Millionen Jahren in der Fossilienaufzeichnung hinterlässt.

In einem am 5. Juni in der Zeitschrift NaturDer Geobiologe Shuhai Xiao von der Virginia Tech und seine Kollegen berichteten von einem 550 Millionen Jahre alten Meeresschwamm aus den „verlorenen Jahren“ und schlugen vor, dass die frühesten Meeresschwämme noch keine mineralischen Skelette entwickelt hatten, was neue Parameter für die Suche nach den fehlenden Fossilien bietet.

Das Rätsel der verschwundenen Meeresschwämme drehte sich um ein Paradoxon. Schätzungen mit Hilfe der molekularen Uhr, bei denen die Anzahl der im Laufe der Zeit angesammelten genetischen Mutationen gemessen wird, deuten darauf hin, dass Schwämme sich vor etwa 700 Millionen Jahren entwickelt haben müssen. Und dennoch wurden in so alten Gesteinen keine überzeugenden Schwammfossilien gefunden.

Dieses Rätsel war jahrelang Gegenstand von Debatten unter Zoologen und Paläontologen.

Diese neueste Entdeckung vervollständigt den evolutionären Stammbaum eines der frühesten Tiere, erklärt sein scheinbares Fehlen in älterem Gestein und führt zurück zu Darwins Frage nach dem Zeitpunkt seiner Evolution.

Xiaos bahnbrechender Fund

Xiao, der vor kurzem in die Nationale Akademie der Wissenschaften aufgenommen wurde, sah das Fossil zum ersten Mal vor fünf Jahren, als ihm ein Mitarbeiter per SMS ein Bild eines Exemplars schickte, das am Jangtse in China ausgegraben worden war. „So etwas hatte ich noch nie zuvor gesehen“, sagte Xiao, ein Fakultätsmitglied der Fakultät für Naturwissenschaften. „Fast sofort wurde mir klar, dass es etwas Neues war.“

Xiao und Mitarbeiter von der Universität Cambridge und dem Nanjing Institute of Geology and Paleontology schlossen nach und nach verschiedene Möglichkeiten aus: keine Seescheide, keine Seeanemone, keine Koralle. Sie fragten sich, ob es sich vielleicht um einen schwer fassbaren alten Meeresschwamm handeln könnte.

Der Geobiologe Shuhai Xiao von der Virginia Tech und seine Kollegen berichteten über ein 550 Millionen Jahre altes Meeresschwammfossil, das eine Lücke im evolutionären Stammbaum eines der frühesten Tiere schließt. Foto von Spencer Coppage für Virginia Tech. Bildnachweis: Spencer Coppage für Virginia Tech

In einer früheren Studie aus dem Jahr 2019 vermuteten Xiao und sein Team, dass frühe Schwämme keine Fossilien hinterließen, weil sie noch nicht die Fähigkeit entwickelt hatten, die harten, nadelartigen Strukturen – sogenannte Spiculae – zu bilden, die für heutige Meeresschwämme charakteristisch sind.

Xiaos Teammitglieder verfolgten die Evolution der Schwämme anhand der Fossilienfunde. Je weiter sie in die Vergangenheit zurückgingen, desto organischer waren die Schwammnadeln zusammengesetzt und desto weniger mineralisiert.

„Wenn man das extrapoliert, dann waren die ersten vielleicht Weichkörpergeschöpfe mit vollständig organischen Skeletten und überhaupt keinen Mineralien“, sagte Xiao. „Wenn das stimmt, würden sie die Fossilisierung nur unter ganz besonderen Umständen überleben, wenn die schnelle Fossilisierung den Abbau überflügelt.“

Später im Jahr 2019 entdeckte Xiaos internationale Forschungsgruppe ein Schwammfossil, das unter genau solchen Bedingungen konserviert worden war: in einer dünnen Schicht aus marinem Karbonatgestein, von dem bekannt ist, dass es zahlreiche Weichtiere konserviert, darunter auch einige der frühesten Bewegungstiere.

„Meistens würde diese Art von Fossilien im Fossilienbestand verloren gehen“, sagte Xiao. „Der neue Fund bietet einen Einblick in frühe Tiere, bevor sie harte Körperteile entwickelten.“

Neue Fossilienfunde und ihre Bedeutung

Die Oberfläche des neuen Schwammfossils ist mit einer komplexen Anordnung regelmäßiger Kästen übersät, die jeweils in kleinere, identische Kästen unterteilt sind.

„Dieses spezielle Muster lässt darauf schließen, dass unser versteinerter Meeresschwamm am engsten mit einer bestimmten Spezies aus Glasschwamm“, sagte Xiaopeng Wang, Postdoktorand am Nanjing Institute of Geology and Paleontology und der University of Cambridge.

Ein weiterer unerwarteter Aspekt des neuen Schwammfossils ist seine Größe. „Als ich nach Fossilien früher Schwämme suchte, hatte ich erwartet, dass sie sehr klein sein würden“, sagte Alex Liu, ein Mitarbeiter der Universität Cambridge. „Das neue Fossil ist etwa 38 cm lang und hat einen relativ komplexen, konischen Körperbau, der viele unserer Erwartungen an das Aussehen früher Schwämme in Frage stellte.“

Das Fossil ergänzt nicht nur einige der fehlenden Jahre, es bietet den Forschern auch wichtige Hinweise zur Suche nach diesen Fossilien – was hoffentlich zu einem größeren Verständnis der frühen Evolution der Tiere in der Vergangenheit führen wird.

„Die Entdeckung deutet darauf hin, dass die ersten Schwämme vielleicht schwammartig, aber nicht glasartig waren“, sagte Xiao. „Wir wissen jetzt, dass wir unseren Blick erweitern müssen, wenn wir nach frühen Schwämmen suchen.“

Referenz: „A late-Ediacaran crown-group sponge animal“ von Xiaopeng Wang, Alexander G. Liu, Zhe Chen, Chengxi Wu, Yarong Liu, Bin Wan, Ke Pang, Chuanming Zhou, Xunlai Yuan und Shuhai Xiao, 5. Juni 2024, Natur.
DOI: 10.1038/s41586-024-07520-y