Sie hämmerten weiter, Hammer für Hammer, und machten eine überraschende Entdeckung

Illustration der ökologischen Wiederherstellung des Spiralgitterschwamms. Illustration von Yang Dinghua

Im Laufe ihrer langen Evolution haben Schwämme glücklicherweise fünf Massenaussterben auf der Erde überlebt und sind bis heute erhalten geblieben. Studien gehen davon aus, dass Schwämme vor etwa 700 Millionen Jahren entstanden sind. Allerdings sind Schwammfossilien aus der Zeit vor dem Kambrium (vor etwa 540 Millionen Jahren) äußerst selten, sodass diese Annahme umstritten ist.

Warum sind Schwämme für etwa 160 Millionen Jahre „verschwunden“? Ein internationales Team zur Erforschung des frühen Lebens unter der Leitung von Yuan Xunlai, einem Forscher am Nanjing Institute of Geology and Palaeontology der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (im Folgenden „Nanjing Institute of Palaeontology“ genannt), hat in der Shibantan-Biota in Yichang, Hubei, einen Kronenschwamm aus der späten Ediacara-Zeit entdeckt, der etwa 550 Millionen Jahre alt ist und ein wichtiges Bindeglied in der frühen Evolution der Schwämme darstellt. Die Ergebnisse wurden am 5. Juni online in Nature veröffentlicht.

Fossilien seit etwa 160 Millionen Jahren verschwunden

„Schwämme gelten allgemein als die grundlegendsten und primitivsten Metazoen. Die Suche und Untersuchung früher Schwammfossilien auf der Erde kann wichtige Beweise für unsere Erforschung der Herkunft der Tiere und früher Evolutionsmuster liefern.“ Wan Bin, der korrespondierende Autor des Artikels und assoziierter Forscher am Nanjing Institute of Geology and Paleontology, sagte gegenüber China Science Daily.

Studien haben gezeigt, dass Schwämme vor etwa 700 Millionen Jahren entstanden sind. Aktuelle Untersuchungen haben jedoch ergeben, dass Schwammfossilien erst im Kambrium in großer Zahl auftraten und es eine Lücke von etwa 160 Millionen Jahren gab. Dieser verwirrende historische Abschnitt wird in der Erforschung der frühen Evolution der Schwämme als „verlorene Jahre“ bezeichnet.

Warum fehlen die präkambrischen Schwammfossilien?

Wan Bin erläuterte, dass die Forscher auf Grundlage früherer Forschungen davon ausgingen, dass die meisten lebenden Schwämme über kiesel- oder kalkhaltige Spiculae verfügen und dass daher der gemeinsame Vorfahr der Schwämme mineralisierte Spiculae besessen habe. Das Fehlen fossiler Ediacara-Schwämme, die zwischen 635 und 539 Millionen Jahren vor dem Kambrium existierten, könnte darauf zurückzuführen sein, dass die damaligen Umweltbedingungen für die Erhaltung von Spiculae nicht günstig waren. Zweitens besaß der gemeinsame Vorfahr der Schwämme keine mineralisierten Spiculae, und erst nachdem sich die Hauptgruppen differenziert hatten, entwickelte jede Gruppe unabhängig voneinander mineralisierte Spiculae. Daher besaßen die frühen Schwämme im Präkambrium keine Nadeln, hatten ein relativ geringes Konservierungspotenzial und waren anhand der Fossilienfunde schwer zu identifizieren.

Frühe Schwämme hatten keine Spicula

In den letzten Jahren hat das Team von Yuan Xunlai groß angelegte Fossilienausgrabungen in der Shibantan-Biota durchgeführt und vor fünf Jahren eine Art großer Schwammfossilien entdeckt. Da die fossile Oberfläche eine mehrstufige Gitterstruktur aufweist, ist das Gitter an der Unterseite des Exemplars spiralförmig mit der scheibenförmigen festen Struktur an der Unterseite verbunden und es lebt aufrecht auf der Sedimentoberfläche, weshalb es „ Spiralgitterschwamm (Helicolocellus)“ genannt wird.

Wan Bin stellte vor, dass die Oberfläche des neu entdeckten Spiralgitterschwamms aus regelmäßigen Quadraten besteht, die in vier sekundäre Quadrate derselben Form unterteilt werden können und die sekundären Quadrate wiederum weiter unterteilt werden können. Diese besondere Gitterstruktur des Spiralgitterschwamms ähnelt den morphologischen Merkmalen des paläozoischen sechsblättrigen Schwamms. Der Unterschied zwischen ihnen besteht darin, dass das Netz von Spiralmaschschwämmen aus organischer Substanz besteht, während das Netz paläozoischer Schwammfossilien aus mineralisierten Nadeln besteht.

Das Team von Yuan Xunlai und ein internationales Team aus Forschern der University of Cambridge in Großbritannien und der Virginia Tech in den USA sind der Ansicht, dass die Spiralgitter-Schwammfossilien möglicherweise ein frühes Schwammtier darstellen, das keine mineralisierten Spiculae besaß.

Um diese Erklärung zu untermauern, erstellte das Forschungsteam eine morphologische Datenmatrix mit verschiedenen lebenden Tieren und paläozoischen Fossilien und führte eine strenge phylogenetische Analyse durch. Die Forschungsergebnisse zeigen, dass das Spiralgitterschwammfossil zur Kronengruppe der Schwämme gehört und eng mit dem Hexaphylla-Schwamm verwandt ist.

„Die Entdeckung der Spiralgitter-Schwammfossilien zeigt, dass es im Präkambrium tatsächlich nicht-biomineralisierte Schwämme gab“, sagte Wan Bin. „ Die Entdeckung dieses Fossils lässt auch darauf schließen, dass wir moderne Schwämme nicht uneingeschränkt als Vorbild für die Suche nach präkambrischen Schwammfossilien verwenden können, da frühe Schwämme möglicherweise keine biomineralisierten Spiculae besaßen und nicht alle Merkmale moderner Schwämme aufweisen. “

Die Studie spekuliert außerdem darüber, 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.

Kontroversen treiben die Entwicklung der Disziplin voran

„Man weiß nie, was für ein neues Fossil man mit dem nächsten Hammer findet!“ Dies ist ein Satz, den Yuan Xunlai oft sagt. Fossilien sind ein Beweis für die Evolution des Lebens auf der Erde, und Fossilien aus wichtigen Evolutionsstadien sind sogar noch seltener. Diese Fossilien müssen von Paläontologen aus dem Stein gehämmert werden.

Das Team von Yuan Xunlai führte lange und mühsame Ausgrabungen in der Shibantan-Biota durch und entdeckte, dass die dünnen Kalksteinschichten nicht nur reiche und vielfältige Ediacara-Fossilien, sondern auch eine große Zahl tierischer Spurenfossilien und physischer Fossilien anderer Tiere bewahrten.

Im Jahr 2018 berichtete Science Advances über die Entdeckung des ältesten fossilen Fußabdrucks eines Tieres durch das Team. Im Jahr 2019 berichtete Nature über die Entdeckung des ersten bilateral symmetrischen und beweglichen Tieres durch das Team: den Yilingwurm. Die Entdeckung spiralförmiger Schwammfossilien ist eine weitere wichtige Errungenschaft des Teams.

„Dieses Papier wurde im Juli 2023 eingereicht und nach vier Begutachtungsrunden durch fünf Gutachter veröffentlicht“, sagte Wan Bin gegenüber China Science Daily. „Unsere Entdeckung stellt die traditionelle Theorie der frühen Evolution der Schwämme in Frage. Der Prozess war schwierig, aber das Ergebnis war relativ ideal. Wir haben die Gutachter schließlich mit exquisiten Fossilienexemplaren und stichhaltigen Argumenten überzeugt.“

Früher glaubte man in der Wissenschaft, dass es vor und nach der Präkambrium-Kambrium-Grenze große Unterschiede im Erscheinungsbild biologischer Gemeinschaften gab.

Dies liegt daran, dass die Ediacara-Zeit von der Ediacara-Biota dominiert wurde, die seltsame Morphologien und unbekannte Affinitäten aufwies. Im Kambrium entstanden nacheinander verschiedene Tierstämme und das dem Menschen heute bekannte marine Ökosystem war entstanden.

Die Entdeckung des Spiralgitterschwamms stellt eine Verbindung zwischen der Ediacara-Biota und der Kambrium-Biota her und legt auch nahe, dass einige Arten der Ediacara-Biota eine direkte evolutionäre Beziehung zu modernen Tieren haben könnten.

Die Studie ergab, dass Schwämme ohne mineralisierte Nadeln bereits 10 Millionen Jahre vor dem Kambrium im Ozean lebten. Dies bedeutet, dass Schwämme ohne mineralisierte Spiculae bereits vor dem Kambrium eine gewisse Radiation erfahren haben, d. h. eine Art hat ein bestimmtes Schlüsselmerkmal erworben, was zur Entstehung einer großen Zahl neuer Merkmale und Arten geführt hat.

Gab es also vor dem Kambrium auch eine Ausstrahlung anderer Tierarten? Was veranlasst Schwämme zur Produktion mineralisierter Nadeln? „Unsere Forschung könnte neue Kontroversen auslösen und die Lösung dieser kontroversen Fragen dürfte die weitere Entwicklung der Disziplin fördern“, sagte Wan Bin.

Planung und Produktion

Quelle: China Science Daily

Autor: Shen Chunlei, Reporter von China Science News

Herausgeber: Yang Yaping

Korrekturgelesen von Xu Lai und Lin Lin