In Namibia wurden große Salamanderfossilien entdeckt. Wird die Geschichte der Tetrapoden-Evolution neu geschrieben?

Produziert von: Science Popularization China

Autor: Destroyed Sunny (Paläontologe)

Hersteller: China Science Expo

Anmerkung des Herausgebers: Um die Grenzen des Wissens zu erweitern, hat Chinas Spitzentechnologieprojekt eine Artikelserie mit dem Titel „Unbekanntes Gebiet“ gestartet, die einen Überblick über die Erkundungsergebnisse bietet, die die Grenzen im Weltraum, in der Tiefsee, in der Tiefsee und in anderen Bereichen durchbrochen haben. Begeben wir uns auf eine wissenschaftliche Entdeckungsreise und lernen wir die erstaunliche Welt kennen.

Die Provinz Kunene liegt im Nordwesten Namibias und grenzt an den Atlantischen Ozean. Es handelt sich um eine abgelegene Gegend, die von Bergen, Ödland und spärlichem Buschland bedeckt ist. Hier ist es trocken und heiß, die jährliche Niederschlagsmenge liegt oft unter 100 mm.

Wenn man in dieser ockerroten Wüste steht, kann man sich oft nur schwer vorstellen, dass Kunene im frühen Perm vor 280 Millionen Jahren, als der Atlantische Ozean und Afrika noch nicht entstanden waren, eine Welt voller Flüsse, Seen und Sümpfe war. Namibia lag damals noch weiter südlich auf der Erde. Am Vorabend der vollständigen Vereinigung des Superkontinents erstreckte er sich als Ecke des südlichen Kontinents Gondwana über den hohen Breitengrad von etwa 55° südlicher Breite.

Hier entdeckten Claudia Mascano von der Universität Buenos Aires in Argentinien, Jason Pardo vom Field Museum in Chicago und ihre Kollegen unerwartet eine Art riesigen prähistorischen Salamanders, über den noch nie zuvor berichtet worden war – sie nannten ihn Gaias jennyae (vorläufige Übersetzung, binärer Name: Gaiasia jennyae). Es wird geschätzt, dass der Gaias-Molch etwa 2 bis 4 Meter lang war und der Spitzenprädator im Süßwassersystem dieser Zeit war.

Der Holotyp von Gaiasaurus, einschließlich eines vollständigen Schädels und der meisten Wirbel

(Bildquelle: Referenz 1)

Der Gattungsname Gaiasia stammt aus der Gai-As-Formation, der fossilienproduzierenden Schicht, und das Artepitheton ist eine Erinnerung an die verstorbene berühmte Paläontologin Jenny Clack . Als Pionierin und herausragende Persönlichkeit auf dem Gebiet der Erforschung der frühen Tetrapoden-Evolution war Jenny Clark die Erste, die bemerkte, dass die ersten Tetrapoden, die das Land betraten, oft das merkwürdige Phänomen „mehrerer Finger“ aufwiesen: Ichthyostega, die im Karbon lebten, hatten sieben Finger, während Acanthostega acht Finger hatten.

Das weit verbreitete Phänomen der Polydaktylie lässt darauf schließen, dass die „fünffingrige“ Struktur moderner Landwirbeltiere kein gemeinsames Merkmal der Tetrapoden ist. Mit anderen Worten, Ichthyostega und Acanthostega sind nicht unsere direkten Vorfahren; Der Mensch und andere moderne Landwirbeltiere haben sich aus einer Art frühen Tetrapoden mit fünf Fingern entwickelt.

Die Evolution der frühen Tetrapoden

(Bildquelle: übersetzt aus Referenz 3)

Obwohl Gaiasaurus nicht so alt ist wie Ichthyostega, deuten seine primitive Schädelstruktur und seine Wirbelsäulenmerkmale darauf hin, dass er ebenfalls zu einer alteingesessenen Gruppe gehört: Durch phylogenetische Vergleichsanalysen sind Paläontologen zu der Überzeugung gelangt, dass Gaiasaurus eine Schwestergruppe der Colosteidae sein dürfte und die beiden zusammen eine Außengruppe der modernen Kronentetrapoden bilden.

Es ist erwähnenswert, dass die Arten der Familie Cynodontidae hauptsächlich im Karbon lebten, also mindestens 27 Millionen Jahre vor der Ära Gaias des Großen. In früheren Studien gingen Wissenschaftler davon aus, dass die frühen Tetrapoden, zu denen auch die Familie Cynomolgus gehört, im späten Karbon durch die ersten Amnioten und kriechenden Amphibien ersetzt worden seien.

Eine Rekonstruktion des Gaissaurs, bei der sein großer quadratischer Kopf und seine winzigen Gliedmaßen auffallen.

(Bildnachweis: Gabriel Lioh)

Die Entdeckung der Gaissaur-Fossilien veränderte jedoch unser Verständnis dieses Prozesses völlig – auch im Süden Gondwanas gab es eine Gruppe riesiger primitiver Tetrapoden, die damals das Ökosystem dominierten.

Phylogenetische Position von Gaiasaurus

(Bildquelle: Referenz 1)

Vieles deutet darauf hin, dass Gaiasaurus ein mächtiger Raubvogel mit einem riesigen Schädel war, der eine Länge von bis zu 50 Zentimetern erreichen konnte, vergleichbar mit dem großer heutiger Krokodile. Die quadratische Schnauze weist darauf hin, dass er seine Beute hauptsächlich durch Saugen verschluckte, die riesigen, an Ober- und Unterkiefer verteilten Fangzähne weisen jedoch darauf hin, dass er auch große Beutetiere beißen konnte.

Die erhaltenen kräftigen Wirbel deuten darauf hin, dass er einen recht robusten Rumpf hatte. Sein kräftiger Körperbau weist darauf hin, dass der Gaias-Molch zu dieser Zeit an der Spitze der ökologischen Kette stand. Sie leben möglicherweise wie Krokodile im Watt und in Sümpfen und lauern unvorsichtiger Beute auf.

Das Fehlen von Gliedmaßenskeletten hat Paläontologen jedoch zu der Vermutung veranlasst, dass die Gliedmaßen möglicherweise degeneriert oder ganz verloren gegangen sind, wie dies bei den Verwandten Crassigyrinus oder Aistopoda der Fall war.

Eine Rekonstruktion des Dicken Froschmolches, der im Karbon lebte und kleiner als der Gaias-Molch war.

(Bildquelle: Wikipedia)

Was den Gaias-Salamander so einzigartig macht, ist nicht nur seine Verwandtschaft mit urzeitlichen Arten, sondern auch sein Lebensraum, der Wissenschaftler fasziniert: Dieser große Salamander lebt in hohen Breitengraden und ist einem rauen, kalten Klima ausgesetzt, an das sich die meisten Lebewesen nicht anpassen können.

Der 55. südliche Breitengrad liegt nach der heutigen Klimazoneneinteilung bereits in der subarktischen Zone, die für das Überleben von Amphibien nicht geeignet ist. Als kaltblütige Tiere müssen Amphibien oft ausreichend Sonnenstrahlung absorbieren, um ihre physiologische Aktivität aufrechtzuerhalten. Daher fällt es großen Salamandern wie den Gaias-Molchen schwer, in einer so kalten Umgebung zu überleben.

Lebte Gaias also in einer Zeit, in der es wärmer war als heute? Die Antwort ist schockierend: Die Erde war nicht nur nicht wärmer als heute, sondern könnte im frühen Perm sogar kälter gewesen sein. Beginnend im Oberdevon vor 360 Millionen Jahren trat die Erde in die schwerste Eiszeit des Phanerozoikums ein. Diese lange Eiszeit, die 100 Millionen Jahre dauerte und im späten Perm endete, wird als Spätpaläozoische Eiszeit (LPIA) bezeichnet.

Im südafrikanischen Karoo-Becken in der Nähe von Namibia wurden gut erhaltene Moränen und Gletscherkratzer gefunden. Dies deutet darauf hin, dass während dieser Zeit intensive Gletscheraktivität eine große Eisdecke über dem südlichen Gondwana-Kontinent gebildet hat.

Aus diesem Grund sind die fossilen Funde früher Tetrapoden größtenteils auf die relativ warmen Äquatorregionen des heutigen Europas und Nordamerikas beschränkt. Wissenschaftler vermuten, dass die Tetrapoden erst mit der allmählichen Erwärmung des Klimas im späten Perm die Möglichkeit hatten, sich in andere Teile der Welt auszubreiten.

Rekonstruierte Kurve der globalen Durchschnittstemperatur während des Phanerozoikums. Vor etwa 360 Millionen Jahren begann auf der Erde eine anhaltende Eiszeit.

(Bildquelle: Referenz 5)

Nach der Entdeckung von Gaiassima wurde diese Annahme jedoch ebenfalls in Frage gestellt: Die primitiven Merkmale von Gaiassima zeigten, dass es näher mit frühen Tetrapoden verwandt war, die in Äquatornähe lebten, was die Möglichkeit ausschloss, dass Gaiassima lokalen Ursprungs war oder sich aus anderen im Perm auftauchenden Tetrapoden entwickelte.

Dies lässt darauf schließen, dass die Gaias theraps in den hohen Breitengraden einem Klima ausgesetzt waren, das nicht schwächer war als das heutige, oder dass es während der Hunderte Millionen Jahre dauernden Eiszeit eine Reihe unterbrochener kurzer Warmperioden gab, die den Gaias theraps und ihren Vorfahren das Überleben ermöglichten.

Aber auf jeden Fall zeigt diese Fossilienfundstelle in hohen Breitengraden deutlich, dass die Verbreitung und Ausbreitung der frühen Tetrapoden viel weiter reichte als wir dachten. Die Beschränkung auf frühe Fossilien könnte eine Illusion sein, die durch eine voreingenommene Probenentnahme verursacht wurde. Schließlich gibt es in Afrika, Südamerika und der Antarktis noch immer viele unerforschte Schichten, die Gondwana entsprechen, und dort sind wahrscheinlich Schätze vergraben, von denen wir noch nie gehört haben.

Verbreitung und Ausbreitung der Tetrapoden im Spätpaläozoikum (der rote Stern zeigt den Fundort von Gaiasaurus an)

(Bildquelle: adaptiert aus Referenz 1)

Obwohl Gaiastris möglicherweise während relativ warmer Zwischeneiszeiten gelebt hat, zeigt er auch Anpassungen an kältere Temperaturen. Im Jahr 1847 entdeckte der deutsche Wissenschaftler Carl C. Bergmann, dass Organismen in Polarregionen tendenziell größer sind als jene in Äquatorialregionen. Dieses Phänomen wurde später Bergmannsches Gesetz genannt.

Nach diesem Gesetz haben größere Organismen ein kleineres Verhältnis von Oberfläche zu Volumen, was den Wärmeverbrauch reduziert und die Körpertemperatur besser aufrechterhalten kann. Die enorme Größe von Gaiassaur könnte eine Reaktion auf das niedrige Temperaturklima sein, was uns einen wichtigen Anhaltspunkt für das Verständnis der physiologischen Merkmale früher Tetrapoden bietet.

Obwohl Gaiassaur noch immer von vielen Geheimnissen umgeben ist, hat seine Entdeckung den Paläontologen eindeutig eine völlig neue Perspektive eröffnet. Unsere Vorfahren waren möglicherweise widerstandsfähiger als bisher angenommen und ihre Fähigkeit, sich an ihre Umwelt anzupassen, übertraf alle Erwartungen. Vor 300 Millionen Jahren durchstreiften wahrscheinlich noch viel mehr Lebewesen wie Gaias die unerforschte Landschaft. Im Schatten der Zirben- und Schilfwälder verbergen sich unzählige geheimnisvolle Welten, die wir uns nie hätten vorstellen können. Sie schlafen jetzt unter den Felsen und warten darauf, dass wir sie wecken.

Ungeachtet dessen eroberte Gaiasaurus erfolgreich das südliche Gondwana und wurde zum Spitzenprädator in Süßwasserökosystemen.

(Bildquelle: Referenz 1)

Quellen:

1. Marsicano, CA et al. Der Riesenstammtetrapode war der Spitzenprädator in der späten paläozoischen Eiszeit Gondwanas. Natur (2024).

2. Coates, MI & Clack, JA Polydaktylie in den frühesten bekannten Tetrapoden-Gliedmaßen. Nature 347, 66-69 (1990).

3. Ahlberg, PE Folgen Sie den Fußspuren und achten Sie auf die Lücken: ein neuer Blick auf die Herkunft der Tetrapoden. Erd- und Umweltwissenschaftliche Transaktionen der Royal Society of Edinburgh 109, 115-137 (2018).

4. Olroyd, SL & Sidor, CA Ein Überblick über den globalen Fossilienbestand von Tetrapoden aus dem Guadalupium (mittleres Perm). Geowissenschaften Rev. 171, 583-597 (2017).

5. Scotese, CR, Song, H., Mills, BJW & van der Meer, DG Phanerozoische Paläotemperaturen: Der Klimawandel auf der Erde während der letzten 540 Millionen Jahre. Geowissenschaften Rev. 215 (2021).

(Hinweis: Lateinische Teile im Text sollten kursiv gedruckt werden)