Essen wir unsere Vorfahren, wenn wir Fisch essen?

Der Traum vieler Forscher ist es, wissenschaftliche Arbeiten in Top-Zeitschriften veröffentlichen zu können, insbesondere in Zeitschriften wie Nature und Science, die im Bereich der Naturwissenschaften ein hohes Ansehen genießen.

Am 29. September 2022 wurde die wissenschaftliche Arbeit über urzeitliche Fische des Teams um Akademiemitglied Zhu Min vom Institut für Wirbeltierpaläontologie und Paläoanthropologie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften nicht nur in der Zeitschrift „Nature“ veröffentlicht, sondern auch als Titelartikel publiziert. Es wurde nicht nur als Titelartikel veröffentlicht, sondern es wurden gleich vier Artikel veröffentlicht! Die Bedeutung dieser Forschungsergebnisse ist offensichtlich.

Das Cover von Nature zeigt eine künstlerische 3D-Restaurierung der fünf neu entdeckten silurischen Urfischarten. Grafiken von Heming Zhang

Vielleicht weil die Worte „Vom Fisch zum Menschen“ und „Lücken füllen“ immer wieder in Nachrichtenberichten auftauchten, hatte diese grundlegende wissenschaftliche Forschung das Glück, die Aufmerksamkeit aller auf sich zu ziehen und wurde zu einem heißen Thema auf mehreren Medienplattformen und brachte auch interessante Memes hervor, wie etwa „Angeln ist streng genommen ein Phänomen des Atavismus“ und „Kein Wunder, dass ich ein gesalzener Fisch bin!“

Auch mir als Mitglied des wissenschaftlichen Forschungsteams wurde angesichts dieser Leistung viel Besorgnis und Neugier entgegengebracht. Ich fühle mich zutiefst geehrt. Heute werde ich zunächst einige Fragen beantworten, die jeden im Internet interessieren, und dann versuchen, die Fragen aller zu bündeln, um darüber zu sprechen, wie man diese Errungenschaft verstehen kann, ohne dass dafür Fachwissen erforderlich ist. Und jetzt lasst uns gemeinsam „Melonen essen“!

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Antworten auf einige interessante Fragen

Zunächst habe ich einige Fragen mit vielen Likes im Kommentarbereich gesammelt und versucht, sie auf der Grundlage meines persönlichen Verständnisses zu beantworten.

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Essen wir unsere Vorfahren, wenn wir Fisch essen?

Antwort

Die Antwort ist natürlich nein. Die Beziehung zwischen Menschen und lebenden Fischen ähnelt eher der zwischen sehr entfernten Verwandten, die sich vor 400 Millionen Jahren trennten. Wir müssen irgendwann in ferner Vergangenheit einen gemeinsamen Vorfahren gehabt haben, doch Menschen und lebende Fische haben zwei völlig unterschiedliche Wege gewählt und sich bis zum heutigen Tag getrennt voneinander entwickelt . Unser „verwandtes Verhältnis“ zu dem Fisch, den wir täglich essen, ist bereits sehr dünn. Es ist keine Übertreibung zu sagen, dass wir im Sinne einer „Generation“ gleichgestellt sind.

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Warum sind in den Nachrichten oft Paläontologen zu sehen, die am Straßenrand arbeiten? Das ist anders als ich dachte!

Antwort

Der erste ist natürlich die Bequemlichkeit. Bei der modernen Feldarbeit werden in der Regel Fahrzeuge als Haupttransportmittel eingesetzt. Das Fahren auf der Straße und das schnelle „Abtasten“ der Schichten ist für viele Geologen eine gängige Fähigkeit. Zweitens gibt es in der Geologie ein altes Sprichwort, das besagt: „Wo immer es einen Graben gibt, gibt es auch einen Bruch.“ Das bedeutet, dass die normalerweise horizontal abgelagerten Schichten in einem tiefen Graben immer gebrochen werden und sich daher leicht Verwerfungen bilden können. Obwohl diese Aussage in der Praxis möglicherweise nicht zutrifft, erleichtert uns die Existenz von Querschnitten die Untersuchung der Schichten . Aus diesem Grund tauchen Paläontologen häufig an Orten auf, an denen Gesteinsschichten freiliegen, beispielsweise auf Baustellen und Straßen.

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Wurden außer den fünf diesmal entdeckten Fischen noch weitere Fossilien ausgegraben?

Antwort

Zusätzlich zu den fünf neuen Arten, die dieses Mal veröffentlicht wurden, wurden im gleichen Zeitraum mehr als zehn neue Fischarten entdeckt, die sich derzeit in der Sortierungs- und Forschungsphase befinden . Ich bin davon überzeugt, dass es in absehbarer Zukunft weitere Forschungsergebnisse aus Südchina geben wird, die die Lücken in der Evolutionsgeschichte der Wirbeltiere weiter schließen werden.

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Warum wird diese Forschung als „Lücken füllen“ bezeichnet?

Vor etwa 200 Jahren nannte der Geologe Roderick Murchison eine Reihe von Felsformationen an der Grenze zwischen Wales und England das Silur-System. Er fand in dieser Formation einige Fragmente fossiler Fische, darunter Kiefer, Stacheln und Schuppen, die er für „die ältesten ihrer Art“ hielt und die sich „völlig von anderen Fossilien unterschieden“, die in den darüber liegenden Schichten gefunden wurden.

Geologe Roderick Murchison, Bildquelle: Wikipedia

Mit der Entwicklung der Geologie wurde immer deutlicher, dass zwischen den seltenen Fischfossilien in den silurischen Schichten und den zahlreichen Fischfossilien in den darüber liegenden devonischen Schichten, dem sogenannten „Zeitalter der Fische“, ein starker quantitativer Kontrast besteht. Der Mangel an Fossilien aus dem Silur hinterlässt auch in der von Paläontologen verfolgten Karte der Evolution des Lebens große Lücken. Dies hat auch dazu geführt, dass viele Menschen die Evolutionstheorie in Frage stellen.

Moderne Paläontologen gehen im Allgemeinen davon aus, dass die Evolution der Wirbeltiere auf die kambrische Explosion vor etwa 539 bis 520 Millionen Jahren zurückgeht. Einschließlich uns Menschen haben 99,8 % aller Wirbeltiere auf der Erde Kiefer (Oberkiefer und Unterkiefer), die zusammen als Kieferwirbeltiere oder Gnathostomen bezeichnet werden. Viele menschliche Organe und Körperstrukturen lassen sich auf die Anfänge der Entstehung von Kiefersäugetieren zurückführen.

Bislang fehlten jedoch vollständige fossile Belege für die frühe Evolution der Kieferwirbeltiere. Mithilfe molekularbiologischer Methoden wie molekularer Uhren haben Wissenschaftler die genetischen Unterschiede bei heute lebenden Kieferwirbeltieren gemessen und kamen zu dem Schluss, dass der Differenzierungsknotenpunkt bei Kieferwirbeltieren spätestens im späten Ordovizium (vor etwa 450 Millionen Jahren) entstand. Doch wie bereits erwähnt, sind Kieferwirbeltiere im Silur-System weltweit äußerst selten und vollständige Fossilien gibt es noch seltener.

Erst im Jahr 2009 verbesserte sich die Situation deutlich. Die Verbesserung ist hauptsächlich auf langfristige Felduntersuchungen zurückzuführen, die vom Institut für Wirbeltierpaläontologie und Paläoanthropologie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften in Südchina durchgeführt wurden, sowie auf die Entdeckung einer großen Zahl von Fossilien aus dem späten Silur (vor etwa 425 Millionen Jahren) in der Fauna von Xiaoxiang.

Die vier wissenschaftlichen Arbeiten konzentrieren sich diesmal auf die Berichterstattung über eine Reihe neuer Fossilienexemplare aus der Grenzregion zwischen Chongqing und Guizhou. Sie sollen diesen einst unklaren Zeitraum klarer machen und den Ursprung der Kieferwirbeltiere unumstößlich in tiefere und ältere Schichten verlegen. Gleichzeitig soll geklärt werden, wie sich einige charakteristische Merkmale entwickelten.

Die Aussage im Bericht, dass „eine wichtige Lücke geschlossen wird“, bedeutet also, dass „eine hartnäckige große Lücke in der Geschichte der Paläontologie“ im weltweiten Bestand an Kieferfossilien aus dem Silur geschlossen wird. Damit werden zum ersten Mal schlüssige Beweise für die Entstehung und früheste radiäre Differenzierung von Kieferfischen geliefert .

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Forschungsthemen der 4 Arbeiten

Es handelt sich um fünf Urfische, die über 400 Millionen Jahre alt sind.

Wie bereits erwähnt, wurde in den vier wissenschaftlichen Arbeiten über eine Reihe neuer Fossilienexemplare aus der Grenzregion zwischen Chongqing und Guizhou berichtet, genauer gesagt über fünf uralte Fischfossilien, die über 400 Millionen Jahre alt sind.

Liste der in dieser Sammlung veröffentlichten Arten, Bilder aus Referenz [1]

Den Anfang macht der Qianodus duplicis aus Shiqian in der Provinz Guizhou, der nach den beiden Hauptgebissreihen benannt ist, die er auf seinem Zahnwirbel hat.

Obwohl vom Qiantooth-Fisch nur ein Zahnwirbel erhalten ist, unterscheiden sich seine klar angeordneten, zickzackförmigen, gleichsinnig wachsenden Hauptzahneinheiten und versetzten Seitenzahneinheiten deutlich von den dachziegelartigen Schlundzähnen kieferloser Fische wie dem Umberfisch, was ihn unbestritten zu den Kieferfischen macht.

Wenn wir von Helicoprion sprechen, denken viele Studenten, die sich häufig mit Biowissenschaften und Gaming-Subkulturen beschäftigen, wahrscheinlich zuerst an den beliebten Helicoprion-Hai. Durch phylogenetische Analyse wurde festgestellt, dass der Qiantooth-Fisch tatsächlich die basale Position der Knorpelfische einnimmt. Ob eine engere evolutionäre Verwandtschaft mit Arten wie Helicoprion besteht, die ebenfalls über Zahnwirbel verfügen, muss noch weiter untersucht werden. Durch die Entdeckung des Qiantooth-Fisches ist der älteste fossile Zahnfund eines Kieferfisches 14 Millionen Jahre älter.

Das Zahnwirbelfossil des Qiantooth-Fisches zeigt deutlich zwei Reihen von Hauptzahneinheiten (orange und grün) und Seitenzahneinheiten (gelb), die in einem geordneten Zickzackmuster wachsen. Der Maßstab beträgt 0,5 mm. Bild aus Referenz [2]

Anders als die isolierten Exemplare des Qiantooth-Fisches weist der neu entdeckte Fanjingshania renovata Tausende fragmentarische Exemplare auf, darunter Schuppen, Periorbitalknochen, unvollständige Kiemenknochen, Bruststacheln, Prothoraxstacheln, Ventralstacheln, Dorsalstacheln, Analstacheln und Zwischenstacheln. Durch sorgfältige und langwierige Vorverarbeitung und mikroskopische Arbeit sammelten und klassifizierten die Forscher Exemplare von Fanjingshan-Fischen aus Zehntausenden von Mikrofossilien, die kleiner als Sesamsamen sind, basierend auf gemeinsamen histologischen Merkmalen, Oberflächenmustern, Entwicklungsmerkmalen und teilweiser damit verbundener Erhaltung.

Die Verarbeitung von Mikrofossilien durch das Forschungsteam. A: Die gesammelten Gesteinsproben müssen gespült und eingeweicht werden; B: Die nach der Vorbehandlung erhaltenen Fragmente werden unter dem Mikroskop sortiert. Bild aus Referenz [3]

Der Fanjingshan-Fisch weist histologisch ein plattenartiges Dentin auf, ein Merkmal, das bisher nur bei frühen Knorpelfischen beobachtet wurde. Darüber hinaus hat der Fanjingshan-Fisch charakteristische anatomische Merkmale wie einen Schultergürtel und Zwischenstacheln entwickelt. Den Ergebnissen der phylogenetischen Analyse zufolge gehört der Fanjingshan-Fisch zur Gattung der Knorpelfische (Akanthiden-Grisselaphus). Seine Entdeckung verlegte den frühesten Zeitpunkt des Auftretens von Grisesselaphus auf das Landoverium des Silur und enthüllte auch die morphologische Struktur der ältesten Haie .

Darüber hinaus weist die vollständige und ausgereifte Körperstruktur der Fanjingshan-Fische indirekt darauf hin, dass die Stammgruppe der Knochenfische im frühen Silur aufgetreten sein dürfte, was mit der Zeit der morphologischen Differenzierung zwischen Knorpelfischen und Knochenfischen übereinstimmt.

Das Forschungsteam identifizierte verschiedene Körperteile des Fanjingshan-Fisches anhand gemeinsamer histologischer und oberflächlicher Mustermerkmale. Der Maßstab beträgt 1 mm. Bild aus Referenz [4]

Wie bereits erwähnt, ist die Lücke, die durch die knappe Erhaltung von Wirbeltierfossilien aus dem Silur entsteht, ein steiler Berg, den die Forscher überwinden müssen, und die Entdeckung des „Chongqing Specific Buried Fossil Repository“ im Kreis Xiushan, Chongqing, kommt für uns der Suche nach einer Abkürzung gleich.

Der östliche Teil von Chongqing liegt auf dem Kontinentalschelf am Rande des südchinesischen Kontinents. Im frühen Silur war es eine warme Küsten- und Flachmeerumgebung, die als „Yangtze-Urmeer“ bekannt war. Es war ein Paradies für Organismen, denn hier lebten und brüteten zahlreiche Fische und Gliederfüßer. Bis vor 436 Millionen Jahren verursachten aktive Plattenbewegungen häufige Erdbeben, und der aufgewirbelte Schlamm und Sand begrub und bedeckte kleinere Gewässer wie Lagunen und Flüsse schnell. Der zappelnde Fisch verwandelte sich nach Hunderten von Millionen Jahren in lebensechte Fossilien. Dieses schnell vergrabene und gut erhaltene Fossilienlager wird von Forschern als „Sondervergrabung“ bezeichnet. Die berühmte „Chengjiang Biota“ und andere Fossilienlagerstätten, die reich an wissenschaftlichen Forschungsergebnissen sind und von denen Sie vielleicht schon gehört haben, sind allesamt eigenartige Bestattungen. In diesem konzentrierten Bericht finden sich auch zwei wissenschaftliche Arbeiten aus dieser neu entdeckten „Schatzkammer“.

Die große Zahl der Fossilien, die im „Chongqing Unique Buried Fossil Deposit“ gefunden wurden, zeugt von einer blühenden Fauna. A: Shens Stichling (1a, 1b) und Xiushanichthys (2a, 2b); B: Eine große Anzahl erhaltener Fischfossilien; C, D: Hughmilleria wangi-Fossilien. Der Maßstab beträgt 5 mm. Bild aus Referenz [5]

Lange Zeit glaubten Forscher, Knorpelfische seien primitiver und stünden der ursprünglichen Form der Wirbeltierentwicklung näher als Knochenfische, und sowohl Knochenfische als auch Panzerfische hätten ihren Ursprung in irgendeiner Knorpelfischart. Einige Studien der letzten Jahre haben jedoch auch zahlreiche Einwände erhoben und die Entdeckung von Shenacanthus vermiformis hat diese Kontroverse vollständig geklärt.

Der Shen-Stichling weist nicht nur ähnliche anatomische Merkmale wie typische Knorpelfische – Stichlinge – auf, sondern besitzt auch große Knochenplatten, die den Schultergürtel und den Rücken bedecken und die nur bei Placodermien vorkommen. Diese Entdeckung, die der Intuition widerspricht, verändert die Vorstellung der Menschen vom evolutionären Stammbaum des Lebens im vergangenen Jahrhundert völlig. Sie besagt, dass die Vorfahren der Knorpelfische von gepanzerten Fischen mit hartem Panzer abstammen.

Obwohl der Shen-Stichling einen für Stichlinge typischen Körperbau hat, sind an seinem Schultergürtel und Rücken riesige Knochenplatten ausgebildet, ein Merkmal, das ihn mit den Vorfahren der Placodermi in Verbindung bringt. Der Maßstab beträgt 5 mm. Bild aus Referenz [5]

Der Wunderfisch Xiushan (Xiushanosteus mirabilis) aus demselben Bericht ermöglicht uns ein tieferes Verständnis der frühen Evolution der Placodermen.

Wenn es um Panzerwelse geht, denken die meisten Menschen zuerst an den Dunkleosteus, der etwa 20 Millionen Jahre nach Xiushanichthys lebte. Es stimmt, dass die durch Dunkleosteus repräsentierten Placodermi im Devon eine große Familie mit einer großen Population hervorbrachten, doch der Ursprung der Placodermi liegt immer noch im Dunkeln.

Größenvergleich eines restaurierten Dunkleosteus und eines Menschen, Bildquelle: Wikipedia

Vom Alter her ist Xiushanichthys zweifellos primitiver als die devonischen Placodermen, während Xiushanichthys anatomisch eine Mischung aus Merkmalen mehrerer verschiedener Placoderm-Gruppen darstellt und keiner derzeit bekannten Placoderm-Gruppe zugeordnet werden kann. Wenn wir die Merkmale von Xiushanichthys und devonischen Panzerfischen in einem Diagramm auflisten, werden in ihren Schnittpunkten zwangsläufig auch primitive Merkmale primitiverer Panzerfische und sogar Kieferfische enthalten sein. Daher ist die Entdeckung des Xiushan-Fisches zweifellos eine wichtige Erkenntnis für uns, während wir im Dunkeln nach dem Ursprung der Kieferwirbeltiere tappen. Obwohl sein Licht die Landschaft in der Ferne nicht erhellen kann, reicht es aus, um die Straße unter unseren Füßen zu beleuchten.

Xiushanichthys ist das älteste vollständig entdeckte Fossil eines Panzerfisches und weist viele primitive Merkmale eines Kieferfisches auf. Der Maßstab beträgt 5 mm. Bild aus Referenz [5]

Wenn die oben aufgeführten Beiträge zur Phylogenetik etwas obskur erscheinen, hat der lebhafte Tujia-Fisch (Tujiaaspis vividus), ebenfalls aus dem „Chongqing Special Buried Fossil Repository“, eine spezifischere wissenschaftliche Frage aufgeworfen: Woher kommen unsere Gliedmaßen?

Anders als die verschiedenen Kieferprotagonisten, die zuvor aufgetaucht sind, sind die Panzerfische, einschließlich des Tujia-Fisches, kieferlose Wirbeltiere und besitzen keine Kieferstrukturen. Panzerfische gehören zur Familie der Panzerfische und zeichnen sich durch einen vollständigen und riesigen Kopfpanzer aus. Es handelt sich auch um eine Gruppe mit einer starken „einheimischen Farbe“ und sie kommt hauptsächlich in Südchina, Vietnam und anderen Regionen der Welt vor.

Wie der Name schon sagt, handelt es sich bei der überwiegenden Mehrheit der von Wissenschaftlern entdeckten Panzerfischfossilien um feste und leicht zu konservierende Köpfe, während weiche Rumpfteile sehr selten sind. Dank seines einzigartigen Vergrabungsmechanismus ist der agile Tujia-Fisch das weltweit erste gepanzerte Fischfossil mit vollständiger Körpererhaltung.

Viele Wissenschaftsbegeisterte wissen, dass die Gliedmaßen landlebender Organismen aus den paarigen Flossen (Brustflossen und Afterflossen) von Quastenflossenfischen entstanden sind . Doch woher stammen die paarigen Flossen der Fische?

Durch Forschungen in den Bereichen Molekularbiologie und Embryologie haben Forscher in den letzten Jahren herausgefunden, dass die Rückenflosse und die Paarflosse über denselben Mechanismus der Genregulation verfügen. Sie haben nach und nach die Hypothese verfeinert , dass die Paarflosse einen ähnlichen Ursprung wie die Rückenflosse hat und dass sich beide aus einer Falte entwickelt haben, die durch den Körper verläuft. Dies ist die „Flossenfaltentheorie“.

Auf dem Hinterleib des Tujia-Fisches fanden wir ein Paar ventraler Flossenfalten, die sich durch den gesamten Körper ziehen und zweifellos einen wichtigen Beweis für die in der Wissenschaft seit langem diskutierte „Flossenfaltentheorie“ der Entstehung der Gliedmaßen liefern. Das Forschungsteam verwendete zur Analyse außerdem die Strömungsmechanik. Mithilfe numerischer Strömungsmechanik konnte gezeigt werden, dass die Flossenfalten in Abwesenheit der typischen differenzierten Flossenpaare die Wasserströmung nutzen können, um Auftrieb zu erzeugen und so ihre eigene Schwerkraft auszugleichen. Diese Entdeckung legte eine neue Hypothese über den Ursprung gepaarter Gliedmaßen bei Wirbeltieren aus der Perspektive funktioneller Mechanismen nahe.

Darüber hinaus ist zu beachten, dass die durch Panzerfische repräsentierten Panzerfische, obwohl sie zur Klasse der Kieferlosen gehören, in der Evolution enger mit den Kieferfischen verwandt sind als die lebenden Kieferlosen (wie Schleimaale und Neunaugen), und dass die lebenden Kieferlosen keinesfalls die evolutionären Nachkommen der Panzerfische sind.

Der Tujia-Fisch ist ein seltenes gepanzertes Fischfossil mit erhaltenen Körperteilen. Die Falten, die seinen Körper durchziehen, liefern den Wissenschaftlern klare Hinweise für die Erforschung der Herkunft seiner Gliedmaßen. Der Maßstab beträgt 4 mm. Bild aus Referenz [6]

Abschließend möchte ich diesen Artikel mit einem Zitat aus dem Kommentar von Professor Matt Friedman von der University of Michigan aus dieser Ausgabe von Nature beenden: „Sowohl im Hinblick auf die theoretische Entwicklung als auch auf die Verbesserung des Zeitrahmens ist eine aufregende neue Ära der Erforschung der frühen Kieferevolution angebrochen, und wir stehen noch an ihrem Anfang.“

Quellen:

[1] Fossilien enthüllen die tiefen Wurzeln von Kieferwirbeltierenhttps://www.nature.com/articles/d41586-022-02973-5【2】

[2] Andreev, PS, Sansom, IJ, Li, Q. et al. Die ältesten Zähne der Gnathostome. Nature 609, 964–968 (2022). https://doi.org/10.1038/s41586-022-05166-2

[3] Forschungszentrum für Naturgeschichte und Kultur der Qujing Normal University. https://www.qjnu.edu.cn/

[4] Andreev, PS, Sansom, IJ, Li, Q. et al. Stacheliger Knorpelfisch aus dem unteren Silur in Südchina. Nature 609, 969–974 (2022). https://doi.org/10.1038/s41586-022-05233-8

[5] Zhu, Ya., Li, Q., Lu, J. et al. Die ältesten vollständigen Kieferwirbeltiere aus dem frühen Silur Chinas. Nature 609, 954–958 (2022). https://doi.org/10.1038/s41586-022-05136-8

[6] Gai, Z., Li, Q., Ferrón, HG et al. Anatomie der Galeaspidae und der Ursprung der paarigen Gliedmaßen bei Wirbeltieren. Nature 609, 959–963 (2022). https://doi.org/10.1038/s41586-022-04897-6

Produziert von | Wissenschaftspopularisierung China

Autor: Luo Yanchao, Institut für Wirbeltierpaläontologie und Paläoanthropologie, Chinesische Akademie der Wissenschaften

Produzent｜China Science Expo

Eingereicht von: Computer Information Network Center, Chinesische Akademie der Wissenschaften

Das Titelbild und die Bilder in diesem Artikel stammen aus der Copyright-Bibliothek

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