Weit jenseits der menschlichen Vorstellungskraft! Vor mehr als 500 Millionen Jahren schwammen „Schwämme“ auf dem Meeresboden?

□ Feng Weimin

Schwämme sind die primitivsten mehrzelligen Metazoen im Tierreich. Sie haben keine echten Gewebe und Organe, sondern nur eine Zelldifferenzierung. Kürzlich veröffentlichte ein internationales Forscherteam unter der Leitung des Nanjing Institute of Geology and Paleontology der Chinesischen Akademie der Wissenschaften einen Artikel in der internationalen Fachzeitschrift Nature, in dem es erklärte, es habe Schwammfossilien entdeckt, die etwa 550 Millionen Jahre alt seien. Dadurch wurde der Fundort der Schwammfossilien, die ursprünglich im Kambrium (vor 539 bis 485 Millionen Jahren) aufgetaucht waren, um etwa 539 Millionen Jahre vorverlegt, also an das Ende des Präkambriums (vor 4,6 bis 539 Millionen Jahren). Dies bildet eine wichtige Grundlage für die Aufklärung des Rätsels um den Ursprung der Schwämme und die Evolution der frühen Schwämme.

Schwämme haben eine lange Evolutionsgeschichte und es gibt zahlreiche Fossilien von ihnen. Sie kommen jedoch hauptsächlich in Schichten aus dem Phanerozoikum (vor 539 Millionen Jahren bis heute) vor und sind in Form von Knochennadeln erhalten. Knochennadeln entsprechen Skeletten und es gibt glasfaserartige Kieselknochennadeln und Kalziumknochennadeln. Seit der Entdeckung der Weng'an-Biota in Guizhou wurde immer wieder über Schwammspikulenfossilien aus dem späten Präkambrium berichtet, doch wurden diese in späteren Studien alle widerlegt. Gab es also wirklich präkambrische Schwämme? Molekularbiologische Forschungen und umfassende Spekulationen über die molekulare Uhr lassen darauf schließen, dass der Ursprung und die Differenzierung der Schwämme vor etwa 700 Millionen Jahren liegen dürften. Fossilienfunde über Schwämme aus der Zeit vor dem Kambrium sind spärlich und größtenteils umstritten.

Studien der organischen Chemie haben außerdem ergeben, dass Schwämme länger überleben als bisher angenommen. Im Jahr 2018 berichtete die internationale wissenschaftliche Zeitschrift Nature Ecology & Evolution über die Entdeckung von 26-Methylstigmasteran-Steroidverbindungen in Gesteinen im Oman und an anderen Orten. Dies ist eine Verbindung, die nur von Schwämmen synthetisiert werden kann. Auf dieser Grundlage deuten Biomarker darauf hin, dass Schwämme bereits vor 660 bis 635 Millionen Jahren auf dem Meeresboden existierten.

Ein im Jahr 2021 in Nature veröffentlichter Artikel zeigte, dass die kanadische Geologin Elizabeth Turner in den Mackenzie Mountains in den Nordwest-Territorien Kanadas Spuren von Schwammfossilien entdeckt hatte, die 890 Millionen Jahre alt sind. Beim Betrachten der dunklen Stromatolithen unter dem Mikroskop entdeckte Elizabeth Turner unerwartet eine große Anzahl weißer dendritischer Linien, die miteinander verflochten waren. Dabei handelt es sich um ein spezielles, von Schwammzellen abgesondertes Protein namens Spongin. Während des Verschwindens und der Bestattung des Schwammskeletts ist es immer noch möglich, dass es nach und nach durch Kalziummineralien ersetzt wird und schließlich eine hohle, röhrenförmige Struktur bildet.

In meinem Land wurde ein Guizhou-Protospermum-Schwammfossil entdeckt, das nur 2 mm groß ist und etwa 600 Millionen Jahre alt ist. Die Entdeckung makroskopischer Schwammfossilien, die etwa 550 Millionen Jahre alt sind, ist ein weiterer Beweis für die Existenz von Schwämmen im Präkambrium.
Studien zur Biomineralisierung haben gezeigt, dass es bereits im Präkambrium, also im Frühstadium der Mineralisierung, zu einer nicht-biologischen Mineralisierung von Skeletten kam. Eine große Anzahl organischer röhrenförmiger Gehäusefossilien, die in Ningqiang in der Provinz Shaanxi in meinem Land entdeckt wurden, gelten als primäre Produkte der biologischen Skelettierung. Die Oberfläche dieser Fossilienschalen weist häufig runde Löcher auf, die von anderen Organismen hinterlassen wurden, die an ihnen genagt haben. Eine der Ursachen für die Skelettierung scheint daher mit biologischer Prädation zusammenzuhängen.

Der neu entdeckte Spiralgitterschwamm weist ähnliche morphologische Merkmale wie der hexapolare Schwamm auf. Beispielsweise besteht die radialsymmetrische Kegelkörperoberfläche aus regelmäßigen Quadraten, die in Nebenquadrate unterteilt werden können, und die Nebenquadrate können wiederum in noch kleinere Quadrate unterteilt werden. Diese besondere Struktur weist in ihrer Morphologie und Struktur große Ähnlichkeit mit den sechsblättrigen Schwämmen des Paläozoikums auf, allerdings ist das Spiralgitter der ersteren organisch, während das der letzteren aus mineralisierten Nadeln besteht. Dies spiegelt wider, dass Schwämme in den beiden unterschiedlichen geologischen Stadien des Präkambriums und des Phanerozoikums unterschiedliche Biomineralisierungseigenschaften aufweisen.

Die Entdeckung spiralförmiger Schwammfossilien deutet darauf hin, dass es im Präkambrium tatsächlich nicht biomineralisierte Schwämme gab, die jedoch nicht alle Merkmale lebender Schwämme aufwiesen. Diese Entdeckung lässt auch darauf schließen, dass es in der frühen Evolution der Sechsfußschwämme möglicherweise eine Phase gab, in der organisches Material zum Aufbau eines Netzwerkskeletts verwendet wurde. Erst im Kambrium erlangten sie die Fähigkeit zur Biomineralisierung, d. h. sie fügten dem vorhandenen organischen Skelett Mineralien hinzu, um ein Skelett aus komplexen mineralisierten Knochennadeln zu bilden.

Schwämme sind so primitiv, dass sie unempfindlich gegenüber Temperaturschwankungen und Sauerstoffgehalt sind und ständig Wasser filtern können, um toten Organismen Nährstoffe zu entziehen. Daher können Schwämme nach einer Katastrophe auf der Erde nicht nur als Vorreiter der biologischen Erholung fungieren, sondern auch die wichtige Aufgabe der Wiederherstellung der Meeresökologie nach einer Katastrophe übernehmen. Gleichzeitig waren Schwämme die ersten Lebewesen, die im späten Präkambrium an der Bildung von Metazoenriffen beteiligt waren, und spielten im Phanerozoikum eine führende Rolle bei der Bildung von Metazoenriffen.

Die neu entdeckten Schwammfossilien klären seinen Status und seine Rolle in der präkambrischen biologischen Welt weiter auf und zeigen seinen Evolutionsprozess in zwei Phasen aus der Perspektive der Biomineralisation.

(Der Autor ist Forscher am Nanjing Institute of Geology and Paleontology der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und ehrenamtlicher Kurator des Nanjing Paleontological Museum.)