War Ihr Mittelohr einmal eine Fischkieme? Dieser Evolutionsprozess ist kein Witz!

Menschliches Mittelohr

Es ist ein wichtiges Hörorgan

Erforschung seiner evolutionären Ursprünge in der Natur

Immer im Rampenlicht

Derzeit gibt es genügend embryonale und fossile Belege dafür, dass sich das menschliche Mittelohr aus dem Blasloch eines Fisches entwickelt hat. Die Frage nach der Herkunft der Blaslöcher bei Fischen ist jedoch ein jahrhundertealtes Problem, das die wissenschaftliche Gemeinschaft seit hundert Jahren beschäftigt.

Kürzlich führten chinesische Wissenschaftler eine eingehende Studie über über 400 Millionen Jahre alte Fischfossilien durch, die in Changxing (Zhejiang) und Qujing (Yunnan) gesammelt wurden. Dabei bestätigten sie, dass sich die Blaslöcher der Fische aus dem ersten Kiemenpaar entwickelt haben. Dies ist auch das erste Mal, dass die wissenschaftliche Gemeinschaft anhand von Fossilienbeweisen nachweisen konnte, dass das Mittelohr, das der Mensch zum Hören verwendet, aus den Kiemen entstanden ist, die den Fischen zum Atmen dienen .

Heute werden wir studieren:

Woher kommen die Blaslöcher bei Fischen?

Wie haben sich Fischkiemen zu Blaslöchern entwickelt?

Wie kam es zur evolutionären Abfolge von den Kiemen bis zu den Ohren?

Frühe Theorien

Laut Gai Zhikun, einem Forscher am Institut für Wirbeltierpaläontologie und Paläoanthropologie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, haben Fische auf dem Rücken hinter den Augen und zwischen dem Mandibularbogen und dem Zungenbogen ein Loch. Dies ist ein wichtiges Atmungsorgan der Fische – das Blasloch . Das Blasloch ist eigentlich das Wassereinlassloch, durch das die Fische atmen können. Es unterscheidet sich stark von den Kiemen von Fischen. Es enthält nur falsche Kiemen und kann keinen Sauerstoff austauschen.

Was die Evolution der Fischblaslöcher betrifft, so veröffentlichte der französische Anatom Saint-Cyran 1822 sein klassisches Werk „Die Philosophie der Anatomie“ und der deutsche Anatom Karl Gengebauer schlug 1872 die Theorie der Segmentierung des Wirbeltierkopfes vor. Der britische Paläontologe Watson schlug 1937 außerdem die „Theorie des freien Zungenbogens“ vor. Diese Theorie ging davon aus, dass die frühen Kieferfische im Urzustand keinen Blasloch hatten, sondern einen vollständigen, nicht degenerierten Kiemenspalt zwischen Kiefer- und Zungenbogen .

Diese Theorie inspirierte Paläontologen des 20. Jahrhunderts dazu, nach einer nicht zurückgebildeten Kiemenspalte zwischen den Oberkiefer- und Zungenbögen früher Kiefersäugetiere zu suchen. Doch leider konnten Paläontologen aus verschiedenen Ländern trotz der einhundertjährigen Suche, bei der sie die Fossilien aller heute lebenden Kieferlosen, Stachelfische, Knorpelfische und Knochenfische sorgfältig untersuchten, keine eindeutigen fossilen Beweise finden.

Praxisüberprüfung

Seit 2002 führt ein Team des Instituts für Wirbeltierpaläontologie und Paläoanthropologie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften Feldforschungen in den marinen roten Schichten des frühen Silur (vor etwa 438 Millionen Jahren) in Changxing, Zhejiang, durch und fand ein äußerst primitives Fossil eines echten Panzerfisches, das später „Aurorafisch“ genannt wurde.

Durch eingehende Untersuchungen wurde festgestellt, dass es sich bei dem Kiemensack hinter den Augen des Panzerfisches um den zwischen Oberkieferbogen und Zungenbogen liegenden Zungen-Unterkiefersack handelt, der sich nicht von den fünf dahinter liegenden Kiemensäcken unterscheidet. Es öffnet sich auf der ventralen Seite des Kopfpanzers und nicht wie das Blasloch auf der Rückseite des Kopfpanzers. Daher wird grundsätzlich davon ausgegangen, dass es sich bei dem Zungen- und Unterkiefersack des Panzerfisches noch um einen nicht degenerierten Kiemensack handelt .

„Um jedoch zu beweisen, dass es sich um eine Kieme mit normaler Atemfunktion handelt, fehlt uns noch das letzte Glied in der gesamten Beweiskette, nämlich der Fund fossiler Nachweis von Kiemenfäden im Kiemensack.“

Gai Zhikun sagte, dass das Forschungsteam seine Aufmerksamkeit auf Qujing in Yunnan gerichtet habe, das als „altes Fischkönigreich“ und „Geburtsort der menschlichen Vorfahren“ bekannt sei. Durch mehrjährige Ausgrabungsarbeiten im Gelände in den Schichten des frühen Devon (vor etwa 419 Millionen Jahren) in Qujing hatten wir das Glück, im Jahr 2017 das erste neue Fossilmaterial einer Breitpanzerschildkröte zu sammeln, bei der die Kiemenfäden vollständig im ersten Kiemensack hinter dem Auge erhalten geblieben sind.

Durch eingehende Analysen konnte das Forschungsteam außerdem nachweisen, dass es sich bei dem ersten Kiemensack hinter den Augen des Panzerfisches um eine Kieme mit normaler Atemfunktion handelt und nicht um ein degeneriertes Blasloch . Damit lieferte das Team den schlüssigsten anatomischen und fossilen Beweis für die Behauptung, dass „die Blaslöcher von Wirbeltieren wie Fischen aus degenerierten Kiemen entstanden sind“.

Aufbau einer Evolutionssequenz

Gai Zhikun, ein Forscher am Institut für Wirbeltierpaläontologie und Paläoanthropologie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, sagte, dass das Forschungsteam auf Grundlage der fossilen Beweise, die ein Jahrhunderte altes wissenschaftliches Problem gelöst hätten, den Evolutionsprozess der Blaslöcher von Kieferlosen Fischen bis hin zu Tetrapoden eindeutig dargelegt und damit die evolutionäre Abfolge der Blaslöcher von den Kiemen Kieferloser Fische bis hin zum menschlichen Mittelohr festgelegt habe.

Durch die Spaltung der paarigen Nasensäcke bei Panzerfischen entwickelte sich vor dem Kopfpanzer eine ungewöhnlich große Rückenöffnung (einzelnes Nasenloch), die als Hauptatmungsorgan zum Einatmen von Wasser diente. Dadurch entwickelte sich erstmals aus dem Zungensack zwischen Oberkiefer- und Zungenbogen ein vollwertiger Kiemensack. Dieser Kiemensack verfügt, wie die dahinterliegenden 5 normalen Kiemensäcke, über vollständige vordere und hintere Halbkiemen. Die Halbkiemen besitzen Kiemenfäden und sind der Hauptort für den Sauerstoffaustausch.

Mit der Entstehung von Kiefern und doppelten Nasenlöchern gelang es den Kieferfischen, doppelte Nasenlöcher zu entwickeln. Diese waren jedoch nicht mit dem Mund verbunden und hatten keine Atemfunktion, sondern nur eine Geruchsfunktion. Da der Atembedarf der Fische jedoch nicht abgenommen hat, wandelte sich der erste Kiemensack (lingualer Oberkiefersack) hinter dem Auge in ein Blasloch um und wurde so zum wichtigsten Atmungsorgan. Dies war bereits bei den primitivsten Panzerfischen mit Kiefern der Fall, da sowohl die primitivsten Panzerfische, die Carcassichthys (Gallidae), als auch die am weitesten entwickelten Panzerfische, die Kirinichthys, Blaslöcher besaßen. Daher entstanden die Blaslöcher bei Kieferfischen wahrscheinlich zur gleichen Zeit, als Kiefer und doppelte Nasenlöcher auftraten .

Bei Knorpelfischen dienen Blaslöcher vor allem der Wassereinatmung, bei frühen Knochenfischen hingegen vor allem der Luftatmung. Damit ist die Voraussetzung geschaffen, dass Fische an Land kommen und Luft atmen können . Mit der Entstehung der inneren Nasenlöcher bei Quastenflossern (wie etwa dem Kempsfisch) wurde der Durchgang zwischen der Nasenhöhle und der Mundhöhle erfolgreich geöffnet und die Nasenlöcher wurden zum wichtigsten Atmungsorgan, wodurch die Grundlage dafür gelegt wurde, dass Fische an Land kommen und mit Lungen atmen konnten.

Die an Land gekommenen Vierbeiner sahen sich einer völlig neuen Umgebung gegenüber und mussten neue Sinnesorgane entwickeln, um in der Luft besser überleben zu können. In diesem Zusammenhang wurde das Blasloch, das seine Atmungsfunktion verloren hatte, recycelt und entwickelte sich allmählich zur Paukenhöhle des menschlichen Mittelohrs , während die quadratischen Knochen und Gelenkknochen des Zungenbeins und des Oberkiefers sowie seine Gelenke allmählich degenerierten und kleiner wurden, bis sie schließlich in das Mittelohr gelangten und sich zu drei Gehörknöchelchen entwickelten, die in Steigbügel, Hammer und Amboss umbenannt wurden und für die Übertragung des Schalls an das Gehirn zuständig sind, wodurch der Mensch schließlich ein empfindliches Gehör erlangte.

„Wenn Sie Ihre Nase zuhalten, den Mund schließen und kräftig pusten, spüren Sie, wie Ihr Trommelfell anschwillt. Das zeigt, dass unsere Ohren und unser Mund immer noch miteinander verbunden sind. Die Verbindung besteht aus der Eustachischen Röhre, die ursprünglich vom Blasloch zum Mund führte. Auch diese Röhre ist ein evolutionäres Relikt der Fische“, sagte Gai Zhikun.