Wie die Tiere an Land gingen

Die Entwicklung eines heutigen Amphibiums von im Wasser lebenden Kaulquappe bis zum erwachsenen Tier, das auch auf dem Trockenen zurechtkommt, scheint den Landgang der ersten Wirbeltiere im Schnelldurchlauf zu rekapitulieren. Tatsächlich ging die Wissenschaft lange davon aus, dass Amphibien die ursprünglichsten aller Landwirbeltiere, der sogenannten Tetrapoden darstellen. „Als viele von uns noch zur Schule gingen, wurde uns diese vereinfachte Evolutionsgeschichte vermittelt: Dass sich einige Fische zu Amphibien entwickelten, einige dieser Amphibien zu Reptilien und einige dieser Reptilien zu Säugetieren“, sagt Jason Pardo vom Field Museum of Natural History in Chicago.

Doch keine Ur-Kaulquappen

Doch nun haben Pardo und sein Kollege Arjan Mann Fossilien analysiert, die ein ganz anderes Bild zeichnen. Die beiden Forscher untersuchten versteinerte Jungtiere verschiedener Arten am Übergang von Fischen zu Tetrapoden, die in der Lagerstätte Mazon Creek in Illinois entdeckt wurden und deren feine Strukturen inklusive des Weichgewebes hervorragend erhalten waren. Einige der Tetrapoden-Babys waren zum Zeitpunkt ihres Todes gerade erst geschlüpft, bei vielen waren große Teile des Skeletts noch nicht verknöchert.

Bei einem amphibienartigen Jungtier wären in diesem Stadium Kiemen zu erwarten gewesen, die sich im Fossil als deutlich sichtbare Rillen abzeichnen. Doch genau dieses entscheidende Merkmal fehlte allen untersuchten Exemplaren. „Wir haben uns eine Reihe verschiedener Arten angesehen, die unterschiedliche Abstammungslinien am Übergang vom Fisch zum Tetrapoden repräsentieren, und dabei festgestellt, dass keine von ihnen auch nur im Entferntesten an eine Kaulquappe erinnert“, sagt Pardo. „Und wenn es keine Kaulquappe gibt, gibt es auch keine Metamorphose. Die Lebenszyklen dieser frühen Tetrapoden ähneln eher unseren eigenen oder denen von Fischen als denen von Amphibien.“

Direkt nach dem Schlüpfen hatte der Nachwuchs der frühen Landwirbeltiere noch keine Beine. — © Arjan Mann

Entwicklung der Gliedmaßen

Damit widerlegt die Studie die grundlegende Prämisse, wonach die ersten vierbeinigen Wirbeltiere wie Amphibien aufwuchsen. Stattdessen fanden die Autoren Hinweise auf eine direkte Entwicklung der Jungtiere zu landlebenden Fomen, ganz ohne Metamorphose. Doch auch diese Entwicklung verlief schrittweise, wie Pardo und Mann feststellten. So entwickelten sich die Gliedmaßen vieler Jungtiere der urtümlichen Tetrapoden erst nach dem Schlüpfen. Ähnlich wie die Larven heutiger Amphibien verbrachten diese Tetrapoden-Babys den ersten Teil ihres Lebens ebenfalls im Wasser – nur eben ohne Kiemen. „Eine beschleunigte Entwicklung der Gliedmaßen könnte eine Voraussetzung für den vollständigen Landgang der frühen Tetrapoden gewesen sein“, schreiben sie.

An diesem Punkt könnten die Vorfahren der späteren Amphibien und Reptilien getrennte Wege eingeschlagen haben: Während sich die Reptilien dahingehend entwickelten, dass ihr Nachwuchs länger im Ei blieb und bereits dort seine Beine ausbildete, erwies es sich für Amphibien als günstiger, ihren beinlosen Nachwuchs stattdessen vorübergehend mit Kiemen auszustatten und so für eine erste Lebensphase im Wasser zu rüsten. Die Metamorphose war demnach keine Voraussetzung für den Landgang, sondern eine spätere Anpassung.

Quelle: Jason Pardo (Field Museum of Natural History, Chicago) et al., Science, doi: 10.1126/science.aeb7635