Haben Sie ein kleines Loch vor Ihrem Ohr? Dies ist ein Denkmal, das Ihnen Ihre Fischvorfahren hinterlassen haben.

Ich frage mich, ob Ihnen aufgefallen ist, dass sich über den Ohren mancher Menschen ein Paar kleiner Löcher befindet, die so klein sind, dass sie fast nicht wahrnehmbar sind. Was sind das für kleine Löcher?

Abbildung 1 Das „kleine Loch“ am menschlichen Ohr

(Bildquelle: Referenz [1])

Tatsächlich handelt es sich bei diesem Loch im Ohr um einen häufigen angeborenen Entwicklungsdefekt beim Menschen, der medizinisch als „angeborene präaurikuläre Fistel“ bezeichnet wird. Wenn der menschliche Embryo die vierte Entwicklungswoche erreicht, entwickeln sich noch Strukturen, die den Kiemenbögen und Kiemenspalten von Fischen ähneln. In den späteren Stadien der Embryonalentwicklung heilen diese Strukturen jedoch und entwickeln sich zu Organen wie dem Kiefer, der Mittelohrhöhle, den drei Gehörknöchelchen und den Kehlkopfknorpeln. Wird die „erste Kiemenspalte“ später allerdings nicht vollständig geschlossen, bleibt ein solches kleines Loch am Ohr zurück.

Der amerikanische Entwicklungsbiologe Neil Shubin glaubt daher, dass die kleinen Löcher an den Ohren als „evolutionäre Überreste der Fischkiemen“ und als Beweis für die „Evolution vom Fisch zum Menschen“ angesehen werden können.

Abbildung 2 Das kleine Loch im menschlichen Ohr ist das Ergebnis der unvollständigen Heilung der ersten Kiemenspalte während der Embryonalperiode und kann als „evolutionäres Überbleibsel der Fischkiemen“ angesehen werden.

Bild aus (Referenz [3])

Hatte unser „Fischvorfahr“ also „Ohren“ und kleine Löcher? Die Antwort lautet: Ja.

Teil 1

Wo sind die „Ohren“ und kleinen Löcher des Fisches?

Auch Fische haben „Ohren“, im Gegensatz zum Menschen verfügen sie jedoch nicht über Mittelohren und Außenohren. Sie haben lediglich tief im Schädel vergrabene Innenohren, die einen viel einfacheren Aufbau aufweisen. Daher „kommunizieren“ die Ohren der meisten lebenden Fische nicht mit der Außenwelt, und Schallwellen werden normalerweise durch den dünnen Schädel im Ohrbereich an das Innenohr übertragen.

Abbildung 3 Das „Ohr“ des Fisches – das Innenohr

(Bildnachweis: Bill Brazier)

Die Funktionen des Innenohrs von Fischen sind dieselben wie die des Menschen: Die eine besteht darin, Geräusche zu hören, die andere darin, das Körpergleichgewicht aufrechtzuerhalten (ja, das menschliche Innenohr kann auch das Körpergleichgewicht aufrechterhalten). Darüber hinaus ist das Seitenliniensystem der Fische relativ entwickelt. Wie ein Radar kann es die Richtung vibrierender Objekte genau bestimmen und in Zusammenarbeit mit dem Innenohr die Überlebensfähigkeiten von Fischen wie Schwimmen, Leben, Jagen und Verteidigen gegen Feinde vervollständigen.

Wie kann das Innenohr von Fischen diese Funktionen erfüllen, wenn es kein Mittelohr und kein Außenohr hat? Dies hängt mit der Struktur des Innenohrs von Fischen zusammen.

Das Innenohr von Fischen weist eine komplexe Labyrinthstruktur auf, die den Sacculus, das Ellipsoid, drei Bogengänge und den Endolymphgang umfasst. Daher wird es auch als häutiges Labyrinth bezeichnet. Es wird vom achten Hirnnerv, dem Hörnerv, innerviert und enthält Otolithen unterschiedlicher Form und Größe. Das häutige Labyrinth ist mit einer speziellen Flüssigkeit namens Endolymphe gefüllt. Wenn externe Schallwellen an das Innenohr von Fischen übertragen werden, vibriert die Endolymphe im Innenohr, wodurch die Sinneszellen des Innenohrs stimuliert werden. Anschließend werden die Wellen über den Hörnerv an das Gehirn weitergeleitet, wo sie reagieren. Damit ist der gesamte Hörvorgang abgeschlossen.

Fische besitzen nicht die Hörknochen und Trommelfelle des menschlichen Mittelohrs, d.h. sie besitzen keine Schallsender und -verstärker und können die empfangenen Töne nicht verstärken. Allerdings haben auch einige Knochenschwimmblasenfische wie Karausche und Wels sekundär Schallüberträger und -verstärker entwickelt, nämlich die Schwimmblase und Schwimmblasenknochen. Die Schwimmblase ist reich an Luft und äußere Vibrationen wirken auf die Schwimmblase wie auf eine Trommel. Rund um die Schwimmblasenwand, auf beiden Seiten der ersten Rumpfwirbel, befinden sich mehrere kleine Knochen, die Schwimmblasenknochen, auch Weber-Organe genannt (Abbildung 3), die der Übertragung von Schwingungen an das Innenohr dienen und die Wahrnehmung von Schallschwingungen vervollständigen. Dies ist vergleichbar mit dem menschlichen Ohr (Außenohr und Mittelohr)!

Fische haben neben „Ohren“ auch kleine Löcher, die jedoch nicht direkt an den „Ohren“ wachsen.

Bei Tetrapoden, zu denen auch der Mensch gehört, sowie bei den meisten Knochenfischen und lebenden kieferlosen Säugetieren sind die Endolymphgefäße geschlossen und nicht mit der Außenwelt verbunden. Man spricht daher von einem geschlossenen Endolymphsystem. Das geschlossene endolymphatische System kann die Stabilität der inneren Umgebung eines Organismus aufrechterhalten. Wenn beispielsweise der Druck des häutigen Labyrinths oder der endolymphatischen Flüssigkeit im menschlichen Innenohr aus dem Gleichgewicht gerät, führt dies zu einer fast unheilbaren Innenohrerkrankung namens „Menière-Syndrom“, die sich in Symptomen wie plötzlichem Schwindel, Tinnitus, Taubheit oder Nystagmus äußert und dem Patienten extreme Schmerzen bereitet.

Im Gegensatz dazu haben lebende Knorpelfische, die meisten Panzerfische und einige kieferlose Panzerfische ein offenes Endolymphsystem, d. h. das Innenohr ist durch einen kleinen vertikalen Schlauch (den Endolymphgang), der die Oberseite des Schädels durchdringt, mit der Außenwelt verbunden. Das Paar offener Löcher auf der Oberseite des Fischschädels sind die äußeren Öffnungen des Endolymphgangs und der einzige Kanal, über den das Innenohr des Fisches mit der Außenwelt „kommuniziert“. Durch dieses Paar kleiner Löcher kann die Endolymphflüssigkeit im Membranlabyrinth des Innenohrs mit dem äußeren Wasser kommunizieren. Gleichzeitig können durch diese beiden kleinen Löcher auch Mineralpartikel aus dem Wasser in das Innenohr gelangen und sich dort zu exogenen Otolithen entwickeln.

Abbildung 4 Entwicklung des Innenohrs und seiner äußeren Öffnung des Endolymphgangs bei frühen Wirbeltieren

Klimaanlage. Innenohrstrukturen lebender Knorpelfische, einschließlich Schleimaale (D), Neunaugen (E), Galeaspiden (F), Osteostracane (G), Panzerwelse (H); (IL), Foramen endolymphaticum auf der Oberseite des Kopfes von Sacabambaspis (I), Shuyu (J), Ateleaspis (K) und Dicksonosteus (I).

(Bildquelle: Referenz [4])

Teil 2

Der "Vorfahre des Fisches" mit einem kleinen Loch enthüllt die Geheimnisse des endolymphatischen Systems

Warum haben Organismen wie der Mensch ein geschlossenes Endolymphsystem, während manche Organismen externe Öffnungen benötigen? Eine aktuelle Studie könnte diese Frage möglicherweise beantworten.

Kürzlich entdeckte das Institut für Wirbeltierpaläontologie und Paläoanthropologie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften erstmals eine neue Art von Dayong-Fischen: Dayongaspis colubra. Dies ist die erste Entdeckung von gepanzerten Fischfossilien in der silurischen Xiushan-Formation.

Verglichen mit anderen Arten von Dayong-Fischfossilien weist es primitivere Merkmale der Dayong-Fischfamilie auf, darunter ein Paar gut erhaltener kleiner Löcher auf der Rückseite des Panzers. Die Löcher befinden sich direkt vor dem zweiten mittleren querverlaufenden Verbindungsgang in der Nähe des Innenohrs und stellen möglicherweise die äußere Öffnung des Endolymphgangs im Innenohr des Dayong-Fisches dar.

Abbildung 5 Foto des Fossils der Cobra Dayongyu und eine Nahaufnahme eines Paares „kleiner Löcher“ auf ihrem Kopf

(Bildnachweis: Foto von Gai Zhikun)

Abbildung 6 Rekonstruktion des Kobrafisches

(Bildnachweis: Guifang Hui)

Abbildung 7 Ökologische Wiederherstellung des Kobrafisches

(Bildnachweis: Shi Aijuan)

Diesmal entdeckte das Forschungsteam kleine Löcher auf der Rückseite des Kopfpanzers des Cobra Dayong-Fisches. Diese kleinen Löcher gibt es auch auf der Rückseite des Kopfpanzers einiger Panzerfische aus dem frühen Silur (wie etwa Changxing-Fische, Shu-Fische, Anji-Fische usw.). Daher könnte dieses Paar kleiner Löcher die primitiven Merkmale von Panzerfischen darstellen.

Das heißt, Organismen mit äußeren Öffnungen sind primitiver, während Organismen mit geschlossenen Lymphsystemen weiter entwickelt sind.

Doch ob das „offene“ oder „geschlossene“ endolymphatische System des Fischinnenohrs primitiver ist, ist in der Wissenschaft seit langem ein Diskussionsthema.

Der französische Paläontologe Janvier glaubte, dass das geschlossene Endolymphgangssystem der heute lebenden kieferlosen Schleimaale und Neunaugen den primitiven Zustand der Wirbeltiere darstellen könnte, während der schwedische Paläontologe Jarvik glaubte, dass der geschlossene Endolymphgang der Neunaugen das Ergebnis einer sekundären Degeneration sein könnte, da er herausfand, dass der Endolymphgang der Neunaugen im Larvenstadium länger ist als im Erwachsenenstadium. Der britische Paläontologe Gardiner glaubte auch, dass der geschlossene Endolymphgang bei heute lebenden Strahlenflossern eher das Ergebnis einer sekundären Degeneration als ein primitives Merkmal sein könnte, da er herausfand, dass bei einigen primitiven Strahlenflossern (Acipenser) noch immer äußere Öffnungen des Endolymphgangs vorhanden sind.

Was ist die Wahrheit?

Teil 3

Das falsche Loch

Um dem Problem auf den Grund zu gehen, müssen wir mit einem kleinen Loch beginnen, das falsch gemacht wurde.

Ein Paar ähnlicher kleiner Löcher wurde auch auf dem Schädel der ordovizischen Arten Arandaichthys und Sakabanichthys beschrieben, die von den Autoren jedoch als Foramina der Zirbeldrüse interpretiert wurden.

Das Foramen pinealis ist ein weiteres wichtiges Merkmal früher Wirbeltiere. Es befindet sich auf der dorsalen Mittellinie der Vorderseite des Kopfes. Es handelt sich um die Öffnung der Parapinealdrüse oder Zirbeldrüse, die aus dem oberen Teil des Zwischenhirns hervorsteht und im Grunde ein Teil des Gehirns ist. Daher handelt es sich bei dem Foramen pinealis bei verschiedenen Wirbeltieren nicht um eine völlig homologe Struktur, sondern vielmehr um eine Öffnung, die aus einem der beiden Fortsätze der Parapineal- oder Zirbeldrüse entsteht (wobei die Zirbeldrüse der primäre Fortsatz ist).

Wirbeltiere besitzen in der Regel nur ein Foramen pinealis, also die Öffnung der Zirbeldrüse am Scheitelknorpel. Es befindet sich zwischen den beiden Augen und kann Licht wahrnehmen, was es zum „dritten Auge“ der Wirbeltiere macht.

Obwohl es sich bei dem Foramen pinealis und dem Foramen endolymphaticus um kleine offene Löcher handelt, sind ihre Lage und Funktion sehr unterschiedlich.

Die ordovizischen Arten Arandaichthys und Sakabambamichthys sind die ältesten relativ vollständig gepanzerten Fische der Welt. Die beiden gelten als eng verwandt und gehören zur Familie der Arandaidae. Ihre kleinen Löcher, die sogenannten Pinealisforamina, liegen sehr weit von den Augen entfernt, aber sehr nahe an den Innenohren, was es schwierig macht, der normalen Position der Pinealisforamina bei Wirbeltieren zu entsprechen. Die Porenpaare sind in einem bilateral symmetrischen Muster angeordnet, das den paarigen extraendolymphatischen Öffnungen bei Panzerfischen, Knochenfischen und Placodermen sehr ähnlich ist.

Abbildung 8: Bei den beiden kleinen Löchern auf der Oberseite des Kopfes des Sacabamba-Fisches könnte es sich eher um Foramina endolymphaticus als um Foramina pinealis handeln.

(Bildquelle: Referenz [2])

Daher zeigen Untersuchungen des Instituts für Wirbeltierpaläontologie und Paläoanthropologie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, dass es sich bei den sogenannten „Zirbeldrüsenlöchern“ in der Familie der Aranda-Fische tatsächlich um gepaarte Endolymphlöcher und nicht um Zirbeldrüsenlöcher handeln könnte! Das eigentliche Foramen pinealis der Arandaidae befand sich wahrscheinlich auf der Zirbeldrüseplatte in der Mitte zwischen den beiden Augen.

Diese Entdeckung weist darauf hin, dass das offene Endolymphgangsystem der Wirbeltiere möglicherweise bereits im Ordovizium auftrat und nicht das Ergebnis einer sekundären Degeneration ist. Es beantwortet die Frage, was primitiver ist, das „offene“ oder das „geschlossene“ Endolymphatische System des Innenohrs von Fischen, und zeigt, dass das offene Endolymphatische System den primitiven Zustand der Wirbeltiere darstellt.

Wie sich das Endolymphatische System im Laufe der Evolution von seinem ursprünglich offenen in seinen geschlossenen Zustand verändert hat, ist noch nicht abschließend geklärt. Für die Organismen bringt eine solche Veränderung jedoch große Vorteile mit sich. Wie oben erwähnt, kann es die Stabilität der inneren Umgebung von Organismen aufrechterhalten. Ein geschlossenes endolymphatisches System kann es Organismen ermöglichen, ihre Abhängigkeit vom Wasser loszuwerden, Bedingungen für nachfolgende Landungen zu schaffen und es Organismen ermöglichen, sich an eine größere Umgebung anzupassen.

Abschluss

Als einer der kieferlosen Vorfahren, die am nächsten mit den heute lebenden Kieferwirbeltieren verwandt sind, haben Panzerfische viel zu unserem Verständnis der Herkunft von Kiefertieren und ihrer wichtigsten anatomischen Merkmale beigetragen. Diesmal hat uns die Entdeckung des Kobrafisches die Antwort gegeben, dass der offene Zustand des endolymphatischen Systems primitiver ist. Die paläontologischen Forschungen zu Panzerfischen werden fortgesetzt. Ich bin überzeugt, dass durch die künftige Entdeckung immer neuer Fossilien von Panzerfischen weitere Geheimnisse des Evolutionsprozesses vom Fisch zum Menschen ans Licht kommen werden!

Quellen:

[1]Cho, YJ, Min, HJ und Kim, KS, 2022. Die Unterschiede zwischen zwei Fällen von präaurikulärer Fistel. Hals-Nasen-Ohren-Heilkunde, 101(7): NP276-NP278.

[2]Gai, ZK und Zhu, M., 2017. Evolutionsgeschichte der Agnathas und ihre Fossilienfunde in China. Ausgewählte Studien zur Paläontologie in China. Shanghai Scientific & Technical Publishers, Shanghai, 314 Seiten.

[3]Shubin, N., 2008. Dein innerer Fisch: Eine Reise in die 3,5 Milliarden Jahre alte Geschichte des menschlichen Körpers. Pantheon Books, New York.

[4]Zhang, Y., Li, X., Shan,

Die relevante Forschung zu diesem Artikel wurde online in der internationalen Fachzeitschrift Historical Biology unter dem Titel „Der erste Galeaspid-Fisch (Stamm-Gnathostomata) aus der silurischen Xiushan-Formation in der Provinz Hunan, China“ veröffentlicht. Die Autoren sind Zhang Yumeng und Li Xutong, Bachelorstudenten der Jiangxi Normal University, die für das „Science and Technology Innovation Program“ 2022 für Collegestudenten des Instituts für Wirbeltierpaläontologie und Paläoanthropologie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften ausgewählt wurden. Es wurde unter der Leitung des Forschers Gai Zhikun fertiggestellt.

Produziert von: Science Popularization China

Autor: Zhang Yumeng (Jiangxi Normal University)

Zhikun Gai (Institut für Wirbeltierpaläontologie und Paläoanthropologie, Chinesische Akademie der Wissenschaften)

Hersteller: China Science Expo

Dieser Artikel gibt nur die Ansichten des Autors wieder und repräsentiert nicht die Position der China Science Expo

Dieser Artikel wurde zuerst in der China Science Expo (kepubolan) veröffentlicht.

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