Von Dinosauriern bis zu Vögeln: Warum verlangsamte sich die Evolution?

Es gibt einige wichtige Knotenpunkte in der Geschichte der Evolution des Lebens, wie etwa die Entstehung von Kiefern, die Landung von Fischen und das Auffliegen von Reptilien in den blauen Himmel. In der Vergangenheit gingen Wissenschaftler davon aus, dass sich die Evolutionsrate einer Gruppe erhöhen und die Vielfalt zunehmen würde, wenn solche Merkmale oder morphologischen Funktionen, die auf „evolutionäre Innovation“ schließen lassen, erstmals in einer bestimmten Gruppe auftraten. Der Grund dafür ist, dass diese „Innovationen“ Organismen dabei helfen können, schnell in neue ökologische Nischen vorzudringen.

Wang Min, ein Forscher am Institut für Wirbeltierpaläontologie und Paläoanthropologie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, beschäftigt sich mit der Erforschung der frühen Vogelevolution. Den von ihm beobachteten mesozoischen Vogelfossilien zufolge schien die Vielfalt der Frühvögel, die gerade in den Himmel aufgestiegen waren, jedoch nicht groß zu sein. Also überprüfte er diesen „gesunden Menschenverstand“ in der Evolutionsbiologie erneut und die Ergebnisse unterschieden sich tatsächlich stark von früheren Erkenntnissen. Am 5. Juni wurden die entsprechenden Forschungsergebnisse in Nature Ecology & Evolution veröffentlicht.

Die Evolution von den Dinosauriern zu den Vögeln ist eines der schockierendsten Ereignisse in der Geschichte der Wirbeltierevolution. Dieser Prozess war mit zahlreichen strukturellen Veränderungen des Skelettsystems, der Muskulatur und der Epidermis verbunden, und die meisten dieser Veränderungen stehen im Zusammenhang mit der Entstehung des Fliegens.

„Die kritischste Veränderung ist die Veränderung der Körperform, die durch die Länge der Gliedmaßenknochen dargestellt wird.“ Wang Min führte beispielsweise aus, dass der allgemeine Trend in der Evolutionslinie darauf hindeute, dass Theropodendinosaurier, die näher mit Vögeln verwandt sind, relativ längere Vorderbeine haben.

Nach bisherigen Spekulationen dürfte die Evolutionsrate der Gliedmaßenknochen der frühen Vögel relativ schnell verlaufen und auch die Gesamtdiversität dürfte relativ hoch sein. Die Forscher verglichen jedoch systematisch die Diversität der Gliedmaßenknochen dreier Gruppen: Vögel, nicht-paravische Paravische und nicht-paravische Theropoden-Dinosaurier. Dabei stellten sie fest, dass die Gesamtdiversität der Gliedmaßenknochen der frühen Vögel am geringsten war, während die der nicht-paravischen Theropoden-Dinosaurier am höchsten war. Dieser Unterschied spiegelte sich hauptsächlich in den Vorderbeinen wider.

Die Forscher berechneten auch die Evolutionsrate der Gliedmaßenknochen mesozoischer Theropodendinosaurier, einschließlich Vögeln, und fanden ähnliche Muster. Tatsächlich verlangsamte sich die allgemeine Evolutionsrate der Vorder- und Hintergliedmaßen, je näher man dem Ursprungsknoten der Vögel kam, und dieser Trend war bei den Vordergliedmaßen am deutlichsten zu erkennen.

Zhus Kraton-Greifvogel-Restaurierungskarte, gezeichnet von Zhao Chuang

Wie lässt sich die geringe Vielfalt der Gliedmaßenknochenmorphologie und die Verlangsamung der Evolutionsrate bei den Frühaufstehern erklären?

Wang Min glaubt, dass dieses Phänomen hauptsächlich auf den „Widerstand“ der Vorderbeine der Vögel zurückzuführen ist. „Der Flug war ein starker natürlicher Selektionsfaktor in der frühen Vogelentwicklung. Daher konnten sich die Vorderbeine primitiver Vögel im Rahmen der Aerodynamik nur begrenzt verändern.“

„Mit der Entstehung vieler flugbezogener, fortgeschrittener Merkmale, wie etwa der Gelenke von Muskeln, Bändern und Knochen, die für die Ausführung feiner Flugbewegungen erforderlich sind, konnten die Veränderungen der Vorderbeine der Vögel den ‚Flaschenhals‘ durchbrechen und sich schließlich zu den vielfältigen Vorderbeinstrukturen entwickeln, die die modernen Vögel aufweisen.“

Wang Min gab ein Beispiel. Später gab es einige hochspezialisierte Vögel, wie Fischvögel und Dämmerungsvögel, die in der Lage waren, im Ozean zu „tauchen“ und zu fliegen. Dieser einzigartige Lebensstil war eng mit der Entwicklung ihrer feinen Muskeln, Bänder und Knochengelenke verbunden. Sie waren besser in der Lage, die Beschränkungen der Gliedmaßenknochen zu überwinden als Frühaufsteher.

„Wenn ein Organismus wichtige Eigenschaften oder Funktionen erlangt, hat dies einen enormen förderlichen Effekt auf die Entwicklung der gesamten Art. Diese Forschung zeigt uns jedoch, dass wir dennoch eine feine Unterscheidung treffen müssen, da die Auswirkungen dieses förderlichen Effekts in verschiedenen Evolutionsstadien unterschiedlich sind“, sagte Wang Min.