Neu entdeckter „Schwamm“ erinnert an eine „verlorene Ära“ der frühen Evolution

Schwämme gelten allgemein als die primitivste Gruppe im Tierreich. Studien zu molekularen Uhren lassen vermuten, dass sie vor etwa 700 Millionen Jahren entstanden sind. Allerdings sind Schwammfossilien aus der Zeit vor dem Kambrium äußerst selten und umstritten. Kürzlich entdeckte ein internationales Team von Forschern, die sich mit der Frühgeschichte der Schwämme beschäftigen, unter der Leitung von Yuan Xunlai, einem Forscher am Nanjing Institute of Geology and Paleontology der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, in der Shibantan-Biota in Yichang, Hubei, einen Schwamm der Kronengruppe aus der späten Ediacara-Zeit. Dieser Schwamm ist etwa 550 Millionen Jahre alt und stellt ein wichtiges Bindeglied in der frühen Evolution der Schwämme dar. Die Ergebnisse wurden am 5. Juni 2024 online in der britischen Fachzeitschrift Nature veröffentlicht.

Es gibt eine 160 Millionen Jahre lange Lücke im Fossilienbestand

Schwämme werden oft als die grundlegendsten und primitivsten Metazoen angesehen. Die Entdeckung und Untersuchung früher Schwammfossilien auf der Erde kann wichtige Beweise für unsere Erforschung der Herkunft der Tiere und früher Evolutionsmuster liefern. Moderne 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. Genaue Schwammfossilien tauchten jedoch erst im Kambrium, das vor etwa 539 Millionen Jahren begann, in großer Zahl auf. Der Fund von Schwammfossilien aus der Zeit vor dem Kambrium ist sehr spärlich und größtenteils umstritten. Es gibt eine 160 Millionen Jahre alte Lücke im Fossilienbestand der Schwämme, eine verwirrende Zeitspanne, die als die „verlorenen Jahre“ in der frühen Evolution der Schwämme bekannt ist.

Wan Bin, ein assoziierter Forscher am Nanjing Institute of Geology and Paleontology der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, stellte vor, dass es zwei Haupthypothesen gibt, um den Mangel an Fossilienfunden aus dem Präkambrium zu erklären: Erstens, weil die meisten lebenden Schwämme kiesel- oder kalkhaltige Nadeln haben, gehen die Forscher davon aus, dass der gemeinsame Vorfahr der Schwämme mineralisierte Nadeln hatte, und der Mangel an Schwammfossilien im Ediacarium vor dem Kambrium (vor etwa 635 bis 539 Millionen Jahren) könnte darauf zurückzuführen sein, dass die damaligen Umweltbedingungen der Erhaltung von Nadeln nicht förderlich 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.

Eine neue Art von Schwammfossil entdeckt

In den letzten Jahren hat das Team von Yuan Xunlai groß angelegte Fossilienausgrabungen in der Shibantan-Biota durchgeführt und eine neue Art großer Schwammfossilien entdeckt, die als „Spiralgitterschwamm“ bezeichnet werden. Die Entdeckung des Spiralgitterschwamms schließt die Lücke in der frühen Evolution der Schwämme und liefert wichtige fossile Beweise für frühe Schwämme. Diese Leistung wurde von einem internationalen Team erreicht, das aus Wissenschaftlern des Nanjing Institute of Geology and Paleontology, der Chinese Academy of Sciences, der University of Cambridge in Großbritannien und der Virginia Tech in den USA besteht.

Die Entdeckung des Spiralgitterschwammfossils ist ein weiterer wichtiger Erfolg der langjährigen, mühsamen Ausgrabungen und systematischen Erforschung der Shibantan-Biota durch das Forschungsteam. Die dünnen Kalksteinschichten der Shibantan-Biota enthalten nicht nur eine reiche Vielfalt an Ediacara-Fossilien, sondern auch eine große Anzahl tierischer Spurenfossilien und physischer Fossilien anderer Tiere. So wurde beispielsweise das älteste Fossil eines Tierfußabdrucks 2018 in der Fachzeitschrift Science Advances veröffentlicht. Das erste bilateral symmetrische und bewegliche Tier, der Yilingworm, wurde 2019 in der Zeitschrift Nature veröffentlicht.

Frühe Schwämme hatten möglicherweise keine biomineralisierten Spiculae

Yuan Xunlai stellte vor, dass der neu entdeckte Spiralgitterschwamm ähnliche morphologische Merkmale wie der Hexapod-Schwamm aufweist: etwa einen radialsymmetrischen konischen Körper, eine scheibenförmige feste Struktur an der Unterseite, einen möglichen zentralen Hohlraum und einen vermuteten Wasserauslass. Darüber hinaus besteht die Oberfläche des Spiralgitterschwamms aus regelmäßigen Quadraten, die in vier gleichförmige Nebenquadrate unterteilt werden können, und die Nebenquadrate können weiter unterteilt werden. Diese besondere Gitterstruktur findet sich auch bei einigen typischen paläozoischen sechsblättrigen Schwämmen. Ihre Morphologie und Struktur sind sehr ähnlich, der Unterschied besteht darin, dass das Geflecht des Spiralgitterschwamms aus organischer Substanz besteht, während das Geflecht der paläozoischen Schwammfossilien aus mineralisierten Nadeln besteht. Die Studie legt nahe, dass es sich bei den Spiralgitterschwammfossilien möglicherweise um einen frühen Schwamm handelt, der keine mineralisierten Nadeln hatte. Um diese Erklärung weiter zu überprüfen, erstellte das Forschungsteam eine morphologische Datenmatrix mit verschiedenen lebenden und fossilen Tieren und führte eine strenge phylogenetische Analyse durch. Die Ergebnisse zeigten, dass das Spiralgitterschwammfossil zu den Kronenschwämmen gehört und eng mit dem Hexaphylla-Schwamm verwandt ist.

Die Entdeckung spiralförmiger Schwammfossilien weist darauf hin, dass es im Präkambrium tatsächlich nicht-biomineralisierende Schwämme gab. Diese Entdeckung lässt darauf schließen, dass Forscher moderne Schwämme nicht uneingeschränkt als Vorlage für die Suche nach präkambrischen Schwammfossilien verwenden können, da frühe Schwämme möglicherweise keine biomineralisierten Spiculae besaßen und nicht alle Merkmale moderner Schwämme aufweisen. 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 erlangte es die Fähigkeit zur Biomineralisierung, d. h., es fügte dem vorhandenen organischen Skelett Mineralien hinzu, um ein Skelett aus komplexen mineralisierten Knochennadeln zu bilden.

Früher ging man davon aus, dass sich das Auftreten biologischer Gemeinschaften vor und nach der Präkambrium-Kambrium-Grenze stark unterscheidet. Die Ediacara-Zeit war eine Ära, die von der Ediacara-Biota dominiert wurde, die eine seltsame Morphologie und unbekannte Beziehungen aufwies. Im Kambrium entstanden nacheinander verschiedene Tierstämme und das dem Menschen heute bekannte Ökosystem der Meere entwickelte sich. Die Entdeckung des Spiralgitterschwamms stellt eine Verbindung zwischen der Ediacara-Biota und der Kambrium-Biota her und legt außerdem nahe, dass die Ediacara-Biota möglicherweise eine direkte evolutionäre Beziehung zu modernen Tieren hat. Ein Branchenexperte kommentierte: Der Spiralgitterschwamm könnte der „Stein von Rosette“ zum Verständnis der Evolution der Tiere sein (eine berühmte Steintafel aus der ptolemäischen Dynastie des alten Ägypten, die die Bedeutung und Struktur ägyptischer Hieroglyphen entschlüsselte, die über tausend Jahre lang verschollen waren, und zu einem wichtigen Meilenstein in der Erforschung der altägyptischen Geschichte wurde).

Reporter/Tao Tao-Korrespondent/Sheng Jie