Fall gelöst! Als die Brüder, die 438 Millionen Jahre lang getrennt waren, gefunden wurden, waren sie weniger als 200 Kilometer voneinander entfernt

Vor einiger Zeit machte das Institut für Wirbeltierpaläontologie und Paläoanthropologie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften eine weitere neue Entdeckung.

Dieses Mal entdeckten Paläontologen eine neue Art von echten Panzerfischen – Jiangxialepis jiujiangensis. In diesem Artikel nehmen wir Sie mit auf einen tiefen Einblick in den Alltag von Paläontologen und erfahren die Geschichte hinter der Entdeckung dieser neuen Art.

„Geteilter Kuss“, die Art, die nur nützlich ist, wenn sie geteilt ist

Um welche Fischart handelt es sich bei dem diesmal entdeckten „Jiujiang Jiangxia Fish“? Systematisch gesehen gehören sie zur Gattung Jiangxiasaurus in der Ordnung Euhelminthes, Unterklasse Panzerfische, Familie Aeolus und ihr typisches Merkmal ist, dass das vordere Ende des Mitteldorsallochs nach vorne bis zum Rand des rostralen Panzers reicht und den rostralen Rand spaltet, was als „gespaltene rostrale Schnauze“ bezeichnet wird.

Ein gepanzerter Fisch mit gespaltener Schnauze – Xikeng-Spaltschnauzenfisch (Foto: Guo Xiaocong)

Eine „gespaltene Schnauze“ klingt vielleicht nicht sehr gesund, aber für Panzerfische kann eine „gespaltene Schnauze“ eine gute Sache sein. Das Foramen mid-dorsale ist das Nasenloch von Panzerfischen. Das Nasenloch der Panzerfische ist direkt mit dem Maul verbunden. Wasser fließt durch die Nasenlöcher in den Mund und dann zum Gasaustausch in die Kiemen. Daher ist das Foramen middorsale ein wichtiges Atmungsorgan der Panzerfische.

Die Mesodorsalöffnung der meisten Panzerfische öffnet sich zur Rückenseite des Kopfpanzers und kann Wasser nur von oberhalb des Kopfpanzers einatmen. Die „Schlitzschnauze“ erweitert die Mesodorsalöffnung der Panzerfische um eine Öffnung nach vorne und unten. Auf diese Weise kann die Mesodorsalöffnung beim Schwimmen gleichzeitig Wasser aus drei Richtungen aufnehmen: oberhalb, vorn und unterhalb des Kopfpanzers. Daher spekulieren Wissenschaftler, dass die „geteilte Schnauze“ die Effizienz der Wasseraufnahme beim Atmen von Panzerfischen erheblich verbessern kann.

Die Rückenlöcher von Panzerfischen verschiedener Formen (Foto: Yang Dinghua)

Unter den gepanzerten Fischen entwickelte sich das Merkmal der „gespaltenen Schnauze“ erstmals beim Jiujiang-Jiangxia-Fisch. Wissenschaftler haben das Merkmal der „gespaltenen Nase“ auch in den Fossilien eines anderen Panzerfisches entdeckt, nämlich des Xikeng-Spaltnasenfisches. Dieser Panzerfisch zeigte dieses Merkmal allerdings erst 3 Millionen Jahre nachdem der Jiujiang-Jiangxia-Fisch die „gespaltene Nase“ zeigte.

Welche Beziehung besteht also zwischen diesen beiden Panzerfischarten? Ist der Jiujiang-Jiangxia-Fisch der „Vorfahre“ des Xikeng-Spaltmaulfisches? Die Antwort lautet: Sie haben nichts miteinander zu tun.

Jiangxia-Fische und Spaltnasenfische gehören zwei völlig unterschiedlichen Evolutionslinien an. Ersterer gehört zur Familie Aeolus und stellt die primitivste Linie der Ordnung Eutropheus dar; Letzterer gehört zur Familie Sinapteridae und stellt eine fortgeschrittenere Linie der Ordnung Eutropheus dar. Obwohl beide zur Ordnung Eusarcheidae gehören, haben sich der Jiangxia-Fisch und der Spaltnasenfisch aus zwei verschiedenen Fischvorfahren entwickelt und es besteht keine generationsübergreifende Vererbungsbeziehung zwischen den beiden .

Das Phänomen, dass zwei verschiedene Organismenlinien dieselben Merkmale entwickeln, weil sie in ähnlichen Umgebungen leben, wird als parallele Evolution bezeichnet. Das Merkmal der „gespaltenen Schnauze“ kommt sowohl in der Familie Aeolus als auch in der Familie Sinapteridae vor, was darauf hindeutet, dass die „gespaltene Schnauze“ in der Ordnung Euapteridae mindestens zweimal unabhängig voneinander entstanden ist.

Neben der „gespaltenen Schnauze“ entwickelten Jiangxia-Fische auch Merkmale, von denen Wissenschaftler bislang glaubten, dass sie nur bei den Ordnungen Polybranchius und Sinoichthyes vorkommen, wie etwa die Entwicklung eines Mittelrückenstachels und eines Mittelrückenkamms am Hinterkopfpanzer. Die Funktion des Mesodorsalstachels und des Mesodorsalkamms ähnelt dem vertikalen Heck eines Flugzeugs. Sie ermöglichen es Panzerfischen, beim Schwimmen das Gleichgewicht zu halten und verhindern, dass ihr Körper kippt.

Das Auftreten dieser Reihe von Merkmalen weist darauf hin, dass die europäischen Panzerfische in den frühen Stadien ihrer Evolution verschiedene evolutionäre Versuche hinsichtlich der Effizienz der Wasseraufnahme, der Aufrechterhaltung des Gleichgewichts usw. unternommen haben, was auf ein hohes Maß an morphologischer Vielfalt hindeutet.

Fossilienfoto des Jiujiang-Jiangxia-Fisches (Jiangxialepis jiujiangensis) (Bildnachweis: Foto von Gai Zhikun)

Die Entdeckung des Jiujiang-Jiangxia-Fisches bereichert nicht nur unser Verständnis der Artenvielfalt der echten Panzerfische im frühen Silur, sondern ist auch von großer Bedeutung für ein tieferes Verständnis der Strahlungsevolution und Biopaläogeographie der Panzerfische im frühen Silur.

Wie lösen Paläontologen „Argumentationsfragen“?

Paläontologische Forschung zu betreiben ist oft wie „das Lösen von Denkproblemen“. Die diesmal entdeckten Fischfossilien aus Jiujiang Jiangxia haben Paläontologen vor mehrere schwierige Probleme gestellt, doch Wissenschaftler sind Experten darin, aus Hinweisen Antworten zu finden, und dieses Mal ist da keine Ausnahme. Sie entdeckten die Wanderroute des Jiujiang-Jiangxia-Fisches. Wie haben Sie das herausgefunden? Sehen Sie sich die folgende Begründung an.

Der Jiujiang-Jiangxia-Fisch gehört zur Art der Panzerfische. Wir beginnen unsere Überlegungen mit dem Lebensraum und den Wanderrouten der Panzerfischarten und werden uns dann eingehender mit den Jiujiang-Jiangxia-Fischen befassen.

Um den Lebensbereich von Panzerfischen zu verstehen, haben Paläontologen eine zweistufige Methode zusammengefasst.

Schritt 1: Beobachten Sie die ökologischen Eigenschaften des Fossils selbst.

Der Kopfpanzer der Panzerfische ist stark abgeflacht, wobei sich das Maul auf der Bauchseite und die Augen und Nasenlöcher auf der Rückenseite befinden. Wissenschaftler gehen davon aus, dass sie auf dem Meeresboden leben, da sich ihre Augen auf der Rückenseite des Kopfpanzers befinden . Dies liegt daran, dass die Augen auf der Rückenseite nur von oberhalb des Kopfpanzers sehen können und der Bereich unterhalb des Kopfpanzers für die Sicht des Fisches zu einem blinden Fleck wird. Nur wenn sie auf dem Meeresboden leben, können sie Raubtiere schneller erkennen und Feinden entkommen.

Gleichzeitig gehören Panzerfische zur Klasse der Kieferlosen . Sie haben keinen Beißkiefer oder „Kinn“ entwickelt und können daher nur überleben, indem sie Nahrung filtern . Das auf der Bauchseite des Kopfpanzers befindliche Maul weist darauf hin, dass Panzerfische hauptsächlich Algen oder organische Stoffe aus dem Bodenwasser oder Schlamm filtern. Aufgrund dieser ökologischen Merkmale kann man davon ausgehen, dass es sich um eine Art kieferloser Fische handelt, die ein benthisches Leben als Filtrierer führen.

Darüber hinaus verfügen sie über ein dickes Exoskelett und haben keine gepaarten Flossen . Ein leichter Körper und paarige Flossen sind jedoch für Fische sehr wichtig, da Brust- und Bauchflossen den Vorder- und Hintergliedmaßen von Wirbeltieren entsprechen. Ihre Hauptfunktion besteht darin, dem Fisch die Fortbewegung zu ermöglichen, das Gleichgewicht zu halten, die Richtung zu kontrollieren oder während der Bewegung rechtzeitig zu „bremsen“. Panzerfische, die noch keine paarigen Flossen entwickelt haben, können nicht gut schwimmen. In Verbindung mit der „Last“ des Exoskelett-Kopfpanzers sind Panzerfische auch nicht besonders gut im Schwimmen.

Jiujiang Jiangxian-Fisch (oben) und Houji Jiangxian-Fisch (unten) (Bildnachweis: Shi Aijuan)

Die überwiegend benthische Lebensweise und die geringe Mobilität schränken die Ausbreitungs- und Wanderfähigkeit der Panzerfische ein. Es wird vermutet, dass die Panzerfische in flachen Meeresumgebungen am Rande des Urlandes lebten.

Das flache Meer nimmt große Mengen an Sedimentmaterialien auf, die durch äußere Einflüsse wie Flüsse und durch Meereserosion abgetragen werden. Die Sedimentquellen sind sehr reichhaltig und der Gehalt an organischer Substanz ist viel höher als in der ruhigen Tiefsee. Darüber hinaus ist die flache Meereszone reich an Sonnenlicht und Sauerstoff, was für bodenbewohnende Filtrierer wie Panzerfische sehr geeignet ist. Tatsächlich vermehren sich auch in den heutigen Ozeanen die meisten benthischen Organismen in großer Zahl in der flachen Meereszone, und ihre Arten und Anzahl übertreffen die in anderen Zonen bei weitem.

Darüber hinaus spekulieren Wissenschaftler, dass Panzerfische nur entlang alter Küstenlinien wandern können und sich nicht über Ozeane ausbreiten können.

Dies liegt daran, dass die Migration über einen Ozean eine schwierige Aufgabe ist und Fische eine Reihe von Bedingungen erfüllen müssen, um dieses Kunststück zu vollbringen. Sie müssen zum Beispiel über ausreichend gute Schwimmfähigkeiten verfügen, um ihre körperliche Stärke und Geschwindigkeit während langer Wanderungen aufrechtzuerhalten. Zudem müssen sie über ausreichend Nahrungsquellen verfügen, um die Herausforderungen langer Wanderungen und Nahrungsmittelknappheit zu bewältigen.

Offensichtlich ist es unwahrscheinlich, dass Panzerfische, die „tyrannisch“ sind und sich vom Boden ernähren, über den Ozean wandern. Die tatsächlichen Bedingungen erlauben ihnen lediglich, in ihrer „Komfortzone“ zu bleiben und sich entlang der flachen Meeresumgebung am Rande des alten Kontinents auszubreiten.

Nach dem ersten Beobachtungsschritt ist es Zeit für den zweiten Schritt, bei dem die paläogeografische Verteilung betrachtet wird . Aus der paläogeografischen Verbreitung der frühen Trechi-Panzerfische lässt sich schließen, dass ihre paläogeografische Verbreitung offensichtlich durch die Meeresumwelt eingeschränkt war und sie im Wesentlichen nur am Rande des antiken Landes verbreitet waren.

Paläogeografische Untersuchungen zeigen, dass die Südchinesische Platte, die hauptsächlich das Jangtse-Becken in China umfasst, im frühen Silur vor 438 Millionen Jahren ein riesiger Ozean war, der als Jangtse-Meer bekannt ist. Das Seegebiet ist weiter in das Obere und das Untere Jangtse-Meer unterteilt, mit einem schmalen und langen flachen Meeresgebiet – der Jiujiang-Straße – zwischen den beiden.

Wuhan (Hubei) und Wuning (Jiangxi) sind durch die Jiujiang-Straße voneinander getrennt und die kürzeste geradlinige Entfernung zwischen ihnen beträgt weniger als 200 Kilometer .

Paläogeografische Karte der frühen Llandoverium-Telychium-Periode des Silur in Südchina und der Fundorte von Fossilien gepanzerter Fische (Bildquelle: Shan Xianren, modifiziert nach Chen Xu und Rong Jiayu, 1996; Rong Jiayu et al., 2012;)

Die Wentang-Fossilienansammlung der Qingshui-Formation der roten Schichten des unteren Silur in Wuning, Provinz Jiangxi, weist die größte Vielfalt an urzeitlichen Fischarten auf und deckt fast alle Gattungen und Arten dieser Ansammlung in anderen Regionen ab. Dieses Phänomen lässt auch darauf schließen, dass das Wuning-Gebiet in der Provinz Jiangxi eines der Zentren der Strahlung und Verbreitung von Panzerfischen sein könnte.

Der diesmal entdeckte Jiangxiasaurus wurde gleichzeitig in Wuhan, Hubei und Wuning, Jiangxi gefunden. Dies deutet darauf hin, dass Panzerfische im frühen Silur ihre Nord-Süd-Wanderung durch das Jangtse-Meer durch die Jiujiang-Straße zwischen dem oberen und unteren Jangtse-Meer abgeschlossen haben könnten, wodurch sie sich entlang der Nordküste des Jangtse-Meeres nach Osten und Westen bis zum Chaohu-See in Anhui bzw. zum Jingshan in Hubei ausbreiten konnten.

Wie wäre es, ist diese Argumentation interessant?

Zwei Brüder des Jiangxia-Fisches seit 438 Millionen Jahren verschollen

Warum „graben und graben“ Paläontologen in dem „großen Erdhaufen“? Wäre es nicht langweilig, den ganzen Tag mit Fossilien zu arbeiten? Wenn man sich Paläontologie als eine Reise zur Suche nach Verwandten ausgestorbener Lebewesen vorstellt , wird diese Art der Forschung sehr interessant.

Nehmen wir als Beispiel den Fisch aus Jiujiang Jiangxia. Tatsächlich ist der Prozess, es zu finden, sehr mühsam.

Vor der Entdeckung des Jiujiang Jiangxia-Fisches war sein „Bruder“ Houji Jiangxia-Fisch bereits in der Region Wuhan in der Provinz Hubei entdeckt worden, die am nördlichen Rand des Jangtse-Meeres liegt. Man ging immer davon aus, dass sich der Panzerfisch nur entlang der Südküste des Jangtse-Meeres verbreitet hat.

Dies zeigt, dass es zwischen dem nördlichen und südlichen Rand des Jangtse-Meeres zu einem Austausch- und Diffusionsereignis von Panzerfischen gekommen sein muss. Daher richteten die Wissenschaftler ihre Aufmerksamkeit auf die Region Jiujiang in der Provinz Jiangxi. Im frühen Silur vor 440 Millionen Jahren war es das flache Meeresgebiet, das Wuhan am nächsten lag, und es muss dort weitere Hinweise auf Jiangxia-Fische geben.

Das Gebiet Jiujiang in der Provinz Jiangxi ist ein sehr wichtiges Gebiet zur Fossilienproduktion von Wirbeltieren des frühen Silur in China. Bereits in den 1980er Jahren führte Herr Pan Jiang, ein berühmter Paläoichthyologe in meinem Land, Felduntersuchungen in der Stadt Taiyangsheng im Kreis Xiushui in Jiujiang durch und entdeckte erstmals kieferlose Fossilien wie den Chinesischen Panzerfisch, den Spaltnasenfisch und den Xiushui-Fisch.

Im Jahr 2003 kam auch der Forscher Gai Zhikun, damals Doktorand am Institut für Wirbeltierpaläontologie und Paläoanthropologie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, unter der Leitung von Akademiemitglied Zhu Min in den Kreis Xiushui, um dort Felduntersuchungen durchzuführen, und sammelte zahlreiche neue Materialien über Panzerfische.

Doch später wurde die Forschung an Panzerfischen in Jiujiang, Jiangxi, vorübergehend auf Eis gelegt, weil sich das Forschungsteam auf die Untersuchung von Silur-Dämmerfischen in Changxing, Zhejiang, konzentrierte. Diese Auf Eis gelegt wurde sie für zehn Jahre.

Im Jahr 2012, nach seiner Rückkehr von seinem Studium in Großbritannien, nahm der Forscher Gai Zhikun seine Forschungen zu silurischen Panzerfischen in Jiujiang in der Provinz Jiangxi wieder auf und begab sich erneut auf die Reise, „nach Verwandten“ der Panzerfische zu suchen. Mehrere Jahre hintereinander reiste er in die Region Xiushui in Jiujiang, um Felduntersuchungen durchzuführen.

Im Jahr 2019 fuhr das Forschungsteam nach Jiujiang, um wie in den Vorjahren Felduntersuchungen durchzuführen. Da die Schnellstraße des Kreises Xiushui jedoch repariert wurde, hatte das Forschungsteam keine andere Wahl, als die Schnellstraße vorzeitig an der Ausfahrt Lixi Town im Kreis Wuning zu verlassen.

Diese Routenänderung ermöglichte es dem Forschungsteam jedoch, auf einer Baustelle in der Stadt Lixi unerwartet eine Gruppe uralter Fischfossilien zu entdecken, die älter waren als die im Gebiet Xiushui. Diese Fossiliengruppe befindet sich unterhalb der Xiushan-Fauna und gehört zur Qingshui-Formation der unteren roten Schichten des Silur. Es handelt sich um die früheste Erholung und Strahlungsevolution der Wirbeltiere weltweit nach dem Massenaussterben am Ende des Ordoviziums.

Das Forschungsteam hat dies zum Anlass genommen, die Feldgrabungen im Gebiet Wuning in Jiujiang zu intensivieren. Nachdem sie 2022 in Anji, Zhejiang in Wuning, Jiangxi einen biologischen Bruder des netzartigen Anji-Fisches gefunden hatten, fanden sie dieses Mal am selben Ort in Wuhan, Hubei, einen biologischen Bruder des Houjijiang-Sommerfisches, und die Luftlinie zwischen den beiden beträgt weniger als 200 Kilometer.

Abschluss

Die Erforschung des Lebens des Jiujiang-Jiangxia-Fisches ist ein interessanter Denkprozess und die Entdeckung dieser Art selbst ist voller Dramatik. Das bedeutet jedoch nicht, dass sich Paläontologen bei der Durchführung wissenschaftlicher Forschungen nur auf Vermutungen und Glück verlassen können. Harte Arbeit Tag für Tag ist für sie die Norm.

Hinweis: Die mit diesem Artikel in Zusammenhang stehende Forschung wurde als Titelartikel in der internationalen Fachzeitschrift „Acta Geologica Sinica (English Edition)“ veröffentlicht. Der Titel des Artikels lautet „Eine neue Art der Gattung Jiangxiasaurus aus der frühen Terechium-Periode des Silur in der Provinz Jiangxi und ihre biostratigraphische Bedeutung“. Shan Xianren, Masterstudent am Institut für Wirbeltierpaläontologie und Paläoanthropologie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, ist der Erstautor des Artikels, und der Forscher Gai Zhikun ist der korrespondierende Autor des Artikels.

Planung und Produktion

Produziert von Science Popularization China

Autor: Shan Xianren Gai Zhikun Institut für Wirbeltierpaläontologie und Paläoanthropologie, Chinesische Akademie der Wissenschaften

Produzent: China Science Expo

Quelle: China Science Expo (kepubolan)

Herausgeber: Wang Mengru