Welchen Herausforderungen müssen Reptilien beim Wechsel vom Land ins Meer begegnen?

Am 27. August 2024 hielt Jiang Dayong, Professor an der Fakultät für Erd- und Weltraumwissenschaften der Peking-Universität, auf der Sonderveranstaltung „Science Popularization China Guizhou“ eine Rede mit dem Titel „Leben in Richtung Meer nach der Katastrophe“.

Als intelligente Menschen denken wir oft über unsere eigene Existenz nach, stellen uns Fragen zu unserer Identität, Herkunft und Zukunft und überlegen, welche Veränderungen wir erleben werden. In diesen Fragen geht es eigentlich um unsere Erforschung der Essenz des Lebens.

Um die Vielfalt und Natur des Lebens zu verstehen, müssen wir tiefer in das Leben auf der Erde eintauchen. Unter ihnen spielt das Studium der Paläontologie eine entscheidende Rolle. Denn die paläontologische Forschung liefert uns Erkenntnisse über die Veränderungen des Lebens, die Beziehung zwischen Leben und Umwelt und einen wichtigen Zeitrahmen. Im Vergleich zur modernen Biologie, die sich stärker auf alle Lebensphänomene und Lebensgesetze im gegenwärtigen Zeitraum konzentriert, verfügt die Paläontologie über eine zusätzliche Zeitskala. Dadurch können wir den Verlauf des Lebens umfassender verstehen: Der Evolutionsprozess von Organismen ist weder eine einfache lineare Veränderung noch eine einzelne Spirallinie. Es umfasst sowohl langsame Akkumulationsprozesse als auch größere Mutationen.

Von der Geburt der Erde

Die Erde entstand vor 4,6 Milliarden Jahren und das erste Leben erschien vor 3,8 Milliarden Jahren, darunter primitive einzellige Prokaryoten wie Bakterien und Cyanobakterien.

Nach mehr als zehn Milliarden Jahren der Evolution haben wir uns allmählich von Prokaryoten zu Eukaryoten und dann zu mehrzelligen Organismen entwickelt. Nach einem Schneeballereignis auf der Erde war der gesamte Planet mit Eis und Schnee bedeckt und dann begann mehrzelliges Leben zu gedeihen.

Vor etwa 530 bis 520 Millionen Jahren ereignete sich die kambrische Explosion, ein bedeutendes evolutionäres Ereignis, bei dem alle heute auf der Erde vorkommenden hochentwickelten Taxa auftauchten.

Die Periode vor dem Kambrium wurde als Kryptozoikum bezeichnet, da die Lebensformen relativ einfach waren und es relativ wenige Fossilienfunde gab. Die Periode vor und nach dem Kambrium wurde als Phanerozoikum bezeichnet, da nach der kambrischen Explosion die Lebensformen vielfältiger wurden, unter anderem Organismen mit harten Skeletten auftraten und die Fossilienfunde aus dem Kambrium und den darauffolgenden Perioden relativ vollständig waren.

Das Paläozoikum, das mit dem Kambrium beginnt, gilt als das Zeitalter der wirbellosen Meerestiere. Diese wirbellosen Meerestiere, zu denen Trilobiten, Brachiopoden, Muscheln und Tetrakorallen zählen, blühten während des Paläozoikums (vor 520 bis 252 Millionen Jahren).

Ab dem Kambrium wurden die Lebensformen zudem immer komplexer und hinterließen eine große Zahl von Fossilien, was beweist, dass sich die Evolution des Lebens immer mehr beschleunigte. Während des Kambriums traten in der Fauna von Chengjiang die primitivsten Chordatiere auf, obwohl das Paläozoikum hauptsächlich von wirbellosen Meerestieren dominiert wurde.

Im Laufe der Zeit entwickelten sich allmählich Wirbeltiere. Während des Devon wurden Fische vorherrschend und im späten Devon entwickelten einige Fische Gliedmaßen und kamen an Land, wo sie sich zu Amphibien entwickelten. Auch die Pflanzen haben eine Evolution durchgemacht und sind im frühen Silur an Land gelandet. Sie entwickelten sich allmählich von den frühesten Meeresalgen zu Landpflanzen und verwandelten die Erde in eine grüne Umgebung.

Im Karbon hatten sich die Amphibien zu Reptilien entwickelt, also zu höher entwickelten Tieren mit stärkeren Knochen und intelligenteren Gehirnen.

Am Ende des Perms kam es zum bedeutendsten Massenaussterben der Erdgeschichte. Allerdings leiteten die Reptilien nach dem Massenaussterben in der Trias eine Phase großer Entwicklung ein und wurden schließlich zu den Hauptherrschern des Mesozoikums.

Während des Mesozoikums beherrschten Dinosaurier das Land, verschiedene Meeresreptilien wie Ichthyosaurier und Plesiosaurier bewohnten die Ozeane und Flugsaurier und Vögel beherrschten den Himmel. Gleichzeitig entstanden auch die Vorfahren der Säugetiere im Mesozoikum. Am Ende der Kreidezeit kam es zu einem Massenaussterben. Nach dem Massenaussterben hatten die Säugetiere im Känozoikum die Möglichkeit, sich weiterzuentwickeln und entwickelten sich schließlich zum modernen Menschen.

Im Allgemeinen ist die biologische Evolution keine lineare Veränderung; Seine Komplexität kann mit einem Baum verglichen werden, bei dem jeder Ast eine Lebensform darstellt. Aufgrund der Komplexität der Fossilienfunde ist unser Verständnis der Evolution des Lebens jedoch nach wie vor begrenzt. Gleichzeitig beeinflussen die Bewegung der Erdplatten und Veränderungen in der Umwelt auch den Prozess der biologischen Evolution. Um die Evolution der Organismen vollständig zu verstehen, müssen wir zahlreiche Faktoren wie Umwelt, Klima und Geologie umfassend berücksichtigen. Nur auf diese Weise können wir das Wesen des Lebens wirklich verstehen.

Massenaussterben: Katastrophe und Chance

Am Ende des Perms vor 252 Millionen Jahren kam es zu einem Massenaussterben. Es wird spekuliert, dass das Massenaussterben durch den Ausbruch eines großen Vulkans in Sibirien verursacht worden sein könnte.

Dieses Massenaussterben war das bedeutendste in der Geschichte der Erde. Bei diesem Massenaussterben starben etwa 95 % aller Meereslebewesen aus. Beispielsweise starben die Trilobiten, die im Kambrium florierten, und die Tetrakorallen, die im Paläozoikum florierten, vollständig aus. Gleichzeitig hat sich auch die Umwelt der Erde drastisch verändert. Hohe Temperaturen, Sauerstoffmangel und die Versauerung der Meere haben zu einem katastrophalen Zusammenbruch des Ökosystems der Erde geführt.

Dies markierte den Beginn einer neuen Ära auf der Erde, des Mesozoikums.

Das Mesozoikum war das Zeitalter der Reptilien, die eine beispiellose Blüte erlebten und das berühmte „Zeitalter der Dinosaurier“ begründeten. Dinosaurier sind zweibeinige Reptilien, die aufrecht gehen und das Land erfolgreich beherrschen können. Der Grund für ihre Anpassung an das Leben an Land liegt darin, dass Reptilien Amnioneier legen, was bedeutet, dass der Entwicklungsprozess des Embryos und des Individuums nicht durch die äußere Wasserumgebung eingeschränkt wird und so ein autonomes Ausbrüten der Eier möglich ist. Diese Eigenschaft bildete die Grundlage und das materielle Fundament dafür, dass Reptilien im Mesozoikum zur dominierenden Spezies auf der Erde wurden.

Es muss betont werden, dass Katastrophen und Chancen nebeneinander bestehen. Während dieses Massenaussterbens hatten einige Organismen auch die Möglichkeit, sich zu entwickeln. Reptilien beispielsweise konnten der extremen Hitze erfolgreich standhalten und leiteten eine Zeit großer Entwicklung ein.

Die erste Periode des Mesozoikums war die Trias, gefolgt von der Jura- und Kreidezeit.

Ab der Trias erlebte das Leben nach dem Massenaussterben eine Erholung. Während dieser Zeit begann bei den Reptilien eine Phase der Strahlungsentwicklung und einige Zweige begannen, sich in Richtung Meer, Land und Luft zu entwickeln. Das Auftauchen der Dinosaurier an Land markierte den Beginn der Entwicklung der Reptilien im Landesinneren. In der frühen Trias, etwa 3 bis 4 Millionen Jahre nach dem Massenaussterben am Ende des Perm, tauchten die ersten Ichthyosaurier im Ozean auf. Während der späten Trias entwickelten sich einige Reptilien zu Flugsauriern und eroberten den Himmel. Aufgrund der extremen Umweltbelastungen durch hohe Temperaturen und Sauerstoffmangel auf der Erde wanderten einige dieser Reptilien in Richtung Ozean und entwickelten sich zu Meeresreptilien. In der Jurazeit wuchsen einigen gefiederten Dinosauriern Flügel, sie verwandelten sich in Vögel und flogen in den Himmel. Zu den Reptilien, die in den Himmel flogen, gehörten nicht nur Flugsaurier, sondern auch die heutigen Vögel.

Mit anderen Worten: Dieses Massenaussterben führte zu einer vielfältigen Evolutionsgeschichte der Reptilien, darunter Reptilien im Meer, Dinosaurier an Land und Flugsaurier am Himmel. Inmitten dieser katastrophalen Umweltveränderungen gelang es den Reptilien, sich an verschiedene Ökosysteme anzupassen.

Welchen Herausforderungen müssen Landtiere bei der Anpassung an das Leben im Meer begegnen?

Reptilien sind echte Landtiere, und obwohl einige Krokodile und Schildkröten im Wasser leben können, sind sie dennoch Landtiere.

Doch wie passen sich Reptilien als Landtiere an das Leben im Meer an? Zu den Reptilien in den heutigen Ozeanen zählen beispielsweise Schildkröten und zu den Säugetieren Delfine und Wale. Sowohl Drachen als auch Säugetiere sind Amnioten, also typische Landlebewesen. Obwohl auch Menschen davon träumen, im blauen Ozean zu schwimmen, ist die Zeit, die ein Mensch ohne Ausrüstung im Wasser bleiben kann, in Wirklichkeit sehr begrenzt.

Die Meeresumwelt stellt für jedes Landtier eine ziemliche Herausforderung dar, verglichen mit anderen Landtieren.

Erstens wird das Licht im Ozean allmählich trüb oder sogar dunkel, weit weniger hell als an Land. Diese Veränderung des Lichts wirkt sich auf das Leben der Lebewesen und auch auf unsere Stimmung aus, da wir uns im Allgemeinen bei hellem Sonnenlicht wohler fühlen. Darüber hinaus hat sich auch die Art und Weise verändert, wie wir unter Wasser atmen. Jetzt müssen wir Luft an der Wasseroberfläche atmen. Das Gleiche gilt für Drachen und Säugetiere im Ozean. Außerdem müssen sie regelmäßig an die Wasseroberfläche zurückkehren, um zu atmen. Darüber hinaus ist die Schallausbreitung im Wasser ganz anders als in der Luft, woran ebenfalls eine Anpassung erforderlich ist.

Zweitens wird sich mit dem Übergang vom Land zum Meer auch die Art der Fortbewegung ändern, denn das Gehen im Wasser ist ein völlig anderes Erlebnis als das Gehen an Land. Gleichzeitig ist das Essen im Meer auch mit Herausforderungen verbunden, da es beispielsweise zum Ersticken führen kann.

Darüber hinaus stellen auch Veränderungen der Reproduktionsmuster eine wichtige Herausforderung dar. Organismen im Ozean mussten sich an unterschiedliche Fortpflanzungsmethoden anpassen. Ichthyosaurier beispielsweise sind typische Meeresreptilien des Mesozoikums, sie waren jedoch nicht mehr in der Lage, an Land zu kommen, um Eier zu legen; Ein weiteres Beispiel: Reptilien wie Ichthyosaurier und Plesiosaurier haben wahrscheinlich eine Methode übernommen, die besser an die aquatische Umwelt angepasst ist, wie etwa die Viviparie, statt der oviparen Methode an Land. Obwohl diese Arten ausgestorben sind, können wir aus der Beobachtung moderner Lebensphänomene schließen, dass ihre Lebensweise im Ozean möglicherweise besser an die Viviparie angepasst ist.

Generell stellt der Übergang vom Land ins Meer für jeden Organismus eine Herausforderung dar, die eine Anpassung an verschiedene Umweltveränderungen erfordert.

Autor: Jiang Dayong, Professor der Fakultät für Erd- und Weltraumwissenschaften, Peking-Universität