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1 · Die Erde vor uns Wissenschaft und Technik

Die ersten Amphibien

vor etwa 375 Millionen Jahren Flachwasser und Ufer der Kontinente

Kurz gesagt

Manche Fische mit kräftigen Flossen lebten in flachem, sauerstoffarmem Wasser. Über viele Generationen passten sich Flossen und Skelett an, den Körper auch außerhalb des Wassers zu tragen. Tiktaalik, der vor etwa 375 Millionen Jahren lebte, hatte Kiemen und Schuppen, aber auch einen beweglichen Hals und Flossen mit einem biegsamen Handgelenk. Die ersten Vierbeiner hatten noch viele Merkmale von Wassertieren.

Warum das wichtig ist Der Schritt vom Wasser aufs Land begründete die Entwicklungslinie der Amphibien, Reptilien, Vögel und Säugetiere.

Quelle: Natural History Museum (London), „Prehistoric fish: 11 of the largest, weirdest and most significant“

Bild: Die ersten Amphibien (Flachwasser und Ufer der Kontinente)
Bild, mit KI für Storiascopio erstellt

Lernblatt etwa 5 Minuten Lesezeit

Die Geschichte

Ein Wissenschaftler, der wusste, wo er graben musste

Im Jahr 2004 suchten der amerikanische Paläontologe Neil Shubin und seine Kollegen Ted Daeschler und Farish Jenkins etwas, das noch nie jemand gefunden hatte: ein Tier auf halbem Weg zwischen einem Fisch und einem Vierbeiner. Sie suchten nicht aufs Geratewohl. Sie wussten, dass es im Devon, vor etwa 375 Millionen Jahren, einen Übergang vom Wasser an Land gegeben hatte. Sie wussten auch, dass sie ein Gestein im richtigen Alter brauchten, entstanden in alten Flüssen und Sümpfen. Sie fanden es auf der Ellesmere-Insel in der kanadischen Arktis, wo es heute extrem kalt ist, damals aber das Klima warm war.

Nach Jahren von Expeditionen sah im Sommer 2004 einer der Forschenden eine flache Schnauze aus einem Felsen ragen. Es war das Fossil eines großen Fisches von bis zu etwa zweieinhalb Metern Länge. Sie tauften ihn Tiktaalik roseae. „Tiktaalik“ ist ein Wort aus der Sprache Inuktitut, die von den Inuit Kanadas gesprochen wird, und bedeutet „großer Süßwasserfisch“: Die Ältesten der örtlichen Gemeinschaft wurden bei der Wahl des Namens befragt. Die Entdeckung wurde 2006 in der Zeitschrift Nature bekannt gegeben.

Ein Fisch, der wie ein Krokodil aussieht

Tiktaalik hatte Fischmerkmale: Schuppen, Kiemen, Flossen mit Strahlen. Aber er hatte auch Merkmale eines Vierbeiners. Sein Kopf war flach, mit den Augen oben, wie bei einem Krokodil, und die Nasenlöcher öffneten sich auf der Schnauze; er hatte einen Hals, was Fische nicht haben: Er konnte den Kopf drehen, ohne den ganzen Körper zu bewegen. Er hatte kräftige Rippen, die den Körper stützten, und wahrscheinlich außer den Kiemen auch primitive Lungen.

Der wichtigste Teil waren die Vorderflossen. Innen hatten sie Knochen, die dem Oberarm, dem Unterarm und dem Handgelenk unserer Glieder entsprechen: ein oberer Knochen, zwei darunter und kleine Handwurzelknochen. Die Flossen konnten sich wie ein Ellbogen beugen und den Körper über den Boden schieben. Es waren noch keine Beine mit Zehen, aber sie konnten es dem Tier erlauben, sich im flachen Wasser abzustützen oder sich für einige Augenblicke im Schlamm außerhalb des Wassers zu schleppen. Die Forschenden haben Tiere dieser Art, auf halbem Weg, „Übergangsformen“ oder, mit einem etwas scherzhaften Namen, „Fischfüßler“ genannt.

Vom Wasser aufs Land, Schritt für Schritt

Tiktaalik ist nicht der direkte Vorfahre aller Vierbeiner, sondern eine Art, die dieser Gruppe nahesteht, und ein Beispiel dafür, wie es sein konnte. Andere Fossilien erzählen die folgenden Schritte. Acanthostega, in Grönland gefunden und seit den 1980er-Jahren von der britischen Paläontologin Jenny Clack gründlich erforscht, hatte schon echte Beine mit acht Zehen, lebte aber vor allem im Wasser und hatte auch Kiemen. Ichthyostega, ebenfalls aus Grönland, hatte kräftigere Beine und schleppte sich vielleicht an Land. Diese Tiere heißen frühe Tetrapoden, also „Vierfüßer“.

Eine neuere Entdeckung hat das Bild etwas verkompliziert. Im Jahr 2010 beschrieb eine Gruppe von Paläontologen, darunter einige Polen, in Polen Fußabdrücke von etwa 390 bis 395 Millionen Jahren: Sie wären älter als Tiktaalik. Wenn es wirklich Abdrücke von Tetrapoden sind, gab es die ersten Vierbeiner schon vor dem Fisch Tiktaalik, der dann ein überlebender „Cousin“ älterer Formen wäre. Die Forschenden streiten noch darüber.

Warum aus dem Wasser gehen?

Uns scheint das ein riesiger Schritt, aber vielleicht war es keiner. Die flachen Gewässer des Devons waren warm, sauerstoffarm und voller Räuber. Ein Fisch mit Lungen und kräftigen Flossen konnte an der Oberfläche Luft atmen und sich zwischen den Tümpeln bewegen. Mit der Zeit, nach und nach, fand, wer länger außerhalb des Wassers bleiben konnte, Nahrung ohne Konkurrenten: Insekten, Würmer und andere kleine Tiere, die zwischen den Pflanzen lebten. Es war keine Entscheidung, sondern ein langsamer Vorteil, der sich über Millionen Jahre ansammelte.

Die Nachkommen dieser ersten Vierbeiner sind die Amphibien, die Reptilien, die Vögel und die Säugetiere, auch wir. Wenn du Hand und Handgelenk bewegst, benutzt du ein Knochenmuster, das in Flossen wie denen von Tiktaalik entstanden ist.

Warum es geschah

Der Übergang vom Wasser aufs Land geschah, weil das Festland im Devon viele Möglichkeiten bot. Die Pflanzen hatten Wälder und Sümpfe gebildet, und mit den Pflanzen gab es Insekten und andere wirbellose Tiere zum Fressen. Die flachen Gewässer waren sauerstoffarm, deshalb hatten Fische, die Luft atmen konnten, einen Vorteil.

Um sich so stark zu verändern, brauchte es auch Veränderungen an den Genen. Neuere Forschungen zeigen, dass dieselben Gene, die die Flossen der Fische bilden, auch Hände und Füße bilden, dass sie aber bei den Tetrapoden anders eingeschaltet wurden, in einem Bereich, der die Finger entstehen lässt. Im Labor erhielten die Forschenden, indem sie einige dieser Gene bei Zebrafischen veränderten, Flossen mit Teilen, die kleinen Fingern ähneln.

Die Evolution hat keinen Plan: Jeder kleine Schritt war in diesem Moment nützlich. Kräftige Flossen dienten im flachen Wasser; erst viel später wurden sie zu Beinen.

Was sich veränderte

Die Ankunft der Wirbeltiere auf dem Festland eröffnete ein neues Kapitel der Geschichte des Lebens. In den folgenden Millionen Jahren erschienen die Amphibien, dann die Reptilien, die die Verbindung mit dem Wasser durchtrennten, indem sie Eier mit Schale legten, und aus diesen, auf den verschiedenen Wegen der Geschichte, Dinosaurier, Vögel und Säugetiere.

Die Entdeckung von Tiktaalik hatte auch einen besonderen wissenschaftlichen Wert, weil die Vorhersage von Shubin und seinen Kollegen, dass man in Gesteinen eines bestimmten Alters und einer bestimmten Art eine Übergangsform finden würde, eingetroffen ist. Es ist ein Beispiel dafür, wie Wissenschaft funktioniert: Man stellt eine Hypothese auf, prüft sie nach und sieht, ob sie stimmt. Das Fossil ist in den Schulbüchern der ganzen Welt berühmt geworden.

Heute wissen wir, dass viele Züge unseres Körpers aus dieser Zeit stammen: der Unterarm mit zwei Knochen, die Finger, der Hals, die Art, mit Lungen zu atmen. Neil Shubin hat diese Geschichte im Buch „Your Inner Fish“ erzählt, in dem er erklärt, wie die menschliche Anatomie die Spuren unserer wasserlebenden Vorfahren trägt.

Wichtige Menschen und Orte

Menschen

Neil Shubin
Amerikanischer Paläontologe der Universität Chicago. Er leitete die Expedition, die Tiktaalik fand, und schrieb das Buch „Your Inner Fish“ (der Fisch in uns).
Ted Daeschler
Paläontologe der Academy of Natural Sciences in Philadelphia. Mitentdecker von Tiktaalik.
Jenny Clack
Britische Paläontologin (1947-2020). Sie erforschte Acanthostega und Ichthyostega und zeigte, dass die ersten Tetrapoden mehr als fünf Zehen hatten.

Orte

Ellesmere-Insel, Nunavut (Kanada)
Insel in der Arktis, wo 2004 Tiktaalik gefunden wurde, in Gesteinen, die vor 375 Millionen Jahren Flüsse in einer warmen Region waren.
Ostgrönland
Ort, an dem Acanthostega und Ichthyostega gefunden wurden, Tetrapoden von etwa 365 Millionen Jahren.
Zachełmie, Polen
Steinbruch, in dem Abdrücke von etwa 390 bis 395 Millionen Jahren entdeckt wurden, vielleicht von Tetrapoden.

Gut zu wissen

  • Tiktaalik ist ein Inuktitut-Name: Um den Namen zu wählen, wurden die Ältesten der Inuit-Gemeinschaft von Nunavut befragt, der kanadischen Region, in der die Gesteine liegen.
  • Vor der Entdeckung hatten Shubin und seine Kollegen den Ort anhand einer geologischen Karte gewählt: Sie suchten Flussgesteine von vor 375 Millionen Jahren, die an der Oberfläche zutage traten.
  • Der Hals von Tiktaalik ist eine Neuheit: Bei Fischen ist der Kopf an den Schultern befestigt, bei ihm konnte sich der Kopf allein bewegen.
  • Acanthostega hatte acht Zehen an jedem Bein: Die Regel der fünf Zehen kam später.
  • Unser Handgelenk und unser Ellbogen haben einen Aufbau, den man in den Flossen von Tiktaalik wiederfindet: der Oberarmknochen, zwei im Unterarm, dann die kleinen Handwurzelknochen.

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