Nehmen Sie mit, um den "Geist" im Fossil zu fangen

Produziert von: Science Popularization China

Autor: Cai Jiachen

Hersteller: China Science Expo

Obwohl es in Wirklichkeit keine „Geister“ gibt, gibt es im Bereich der Paläontologie einige biologische Gruppen, die als „Geister“ bezeichnet werden.

Diese „Geister“ treten nicht allein auf, sie werden „Geisterzweige“ genannt. Wenn Sie das sehen, denken Sie vielleicht: „Oh mein Gott, man kann sogar einen ‚Geister‘-Baum der biologischen Evolution erstellen? Das ist doch nicht wissenschaftlich!“

Geister-Evolutionsbaum (Bildquelle: vom Autor selbst erstellt)

Nein, nein, aber sie stammen aus relevanten Analysen der biologischen Evolution. Um diese Geschichte zu erzählen, müssen wir im Jahr 1970 beginnen.

Vor diesem Zeitpunkt glaubten Paläontologen, die Fossilien untersuchten, dass das Alter des Fossils mit dem Alter der umgebenden Gesteine ​​übereinstimmte. Folgt man dieser Logik, ist es nicht schwer zu erkennen, dass die Reihenfolge, in der diese versteinerten Organismen auf der Erde erschienen, anhand des Alters der Gesteine ​​bestimmt werden kann, in denen sie vorkommen. Mit anderen Worten: Je älter das Gestein ist, in dem die Fossilien gefunden wurden, desto früher erschien der Organismus auf der Erde.

Klingt das nicht vernünftig? Wenn Ihnen das logisch erscheint, müssen Sie die Beziehung zwischen Organismen, Fossilien und Gesteinen verstehen.

1. Vom Herumspringen bis zum Aufprall auf eine Steinplatte

Wenn die Überreste urzeitlicher Organismen oder die von ihnen im Laufe ihres Lebens hinterlassenen Relikte zu Fossilien werden sollen, müssen sie zunächst begraben werden. Wenn dann das Abdeckmaterial allmählich zunimmt, erhöht sich auch der Druck auf die Überreste oder Relikte allmählich, und dann werden sie langsam verdichtet und zu Gestein geformt.

Dieser Prozess klingt einfach, aber tatsächlich muss jedes Fossil während seiner Entstehung viele Prüfungen durchlaufen. Das erste Problem, mit dem er konfrontiert wurde, war sein physischer Körper. Lebewesen haben normalerweise sowohl harte als auch weiche Teile. Wenn sie sterben und verwesen, werden die weichen Teile fast immer zerstört und nur die harten Teile bleiben übrig.

Bei den meisten Fossilien, die wir sehen, handelt es sich um harte Teile von Organismen, beispielsweise Knochen. ihre Weichteile sind im Laufe der Zeit längst verschwunden. Bildquelle: Wikipedia

Im Folgenden werden die physikalischen und chemischen Bedingungen beschrieben, die entstehen, wenn der Körper nach dem Tod exponiert wird. Wenn die Energie von Wasser, Wind und Sand zu stark ist, werden die Überreste oder Reliquien abgenutzt und zerstört und haben keine Chance, überhaupt begraben zu werden. Darüber hinaus wirkt sich ein ungeeigneter pH-Wert und Redox-Mangel in der Umgebung auch auf die Erhaltung des Organismus aus.

Dann folgt die Phase der Vergrabung, in der die Zusammensetzung des Abdeckmaterials ebenfalls die Integrität des Fossils beeinflussen kann. Beispielsweise variiert die Integrität konservierter Fossilien in unterschiedlichen Umgebungen wie Schlamm, Gletscherpermafrost und halb abgekühltem Magma erheblich.

Dann kommt der Teil der Gesteinsbildung, in dem sich tatsächlich Fossilien bilden. In diesem Stadium kommt es auch durch äußere physikalische Kompression und den Austausch chemischer Substanzen, beispielsweise durch Grundwasserlösungen, zu unterschiedlich starker Schädigung der Fossilien.

Selbst nachdem Fossilien entstanden sind (d. h. nachdem sie vollständig Teil des Gesteins geworden sind), werden sie während ihrer langen Zeit unter der Erde aufgrund anhaltender Kompression, unterirdischer Hitze oder anderer Faktoren zerstört und nie von Menschen entdeckt.

Zwei Dinosaurier vom Tod, der Beerdigung, der Diagenese bis zur Ausgrabung. Bildquelle Wikipedia (https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%9F%8B%E8%97%8F%E5%AD%A6#/media/File:Fossilization_process.jpg)

Jeder Schritt in diesen Prozessen ist eine umfassende Überprüfung. Bei den Fossilien, die wir heute entdecken können, handelt es sich lediglich um eine sehr kleine Anzahl uralter biologischer Überreste und Relikte, die glücklicherweise erhalten geblieben sind. Dahinter sind die Spuren unzähliger Lebewesen längst im Lauf der Zeit verwischt.

Gerade weil die Überreste und Relikte der meisten Organismen nicht konserviert werden können, ist der Fossilienbestand sowohl hinsichtlich der Arten der Urorganismen als auch hinsichtlich der Zeit, in der sie lebten, sehr unvollständig.

Bildquelle: Weibo

Ab etwa 1970 begannen Paläontologen, sich diesem Problem allmählich zu widmen und nach logisch strengeren Methoden zu suchen. Da Gesteine ​​unzuverlässig sind, werfen wir einen Blick auf die Fossilien selbst. Paläontologen extrahieren die in Fossilien erhaltenen Informationen und fassen die „Eigenschaften“ zusammen, die die Fossilien beschreiben können. Diese Eigenschaften sind der Schlüssel zur Wiederherstellung der Lebensdauer urzeitlicher Organismen.

Diese Merkmale können in „Vorfahrenmerkmale“, die die Merkmale der Vorfahren widerspiegeln, und „abgeleitete Merkmale“, die die Merkmale der Nachkommen widerspiegeln, unterteilt werden, je nachdem, ob sie die Reihenfolge widerspiegeln können, in der Organismen aufgetreten sind. Man kann sagen, dass Ahnenzeichen und abgeleitete Zeichen komplementäre Definitionen sind.

Merkmale, die allen Organismen gemeinsam sind, werden als Vorfahrenmerkmale bezeichnet, beispielsweise haben alle Wirbeltiere eine Wirbelsäule; Im Gegensatz dazu handelt es sich bei abgeleiteten Merkmalen um Merkmale, die nur einige Organismen haben und andere nicht, wie etwa Vögel und einige Dinosaurier Federn haben, viele andere Dinosaurier jedoch nicht. Mithilfe dieser Methode können wir die Reihenfolge grob bestimmen, in der sich unterschiedliche Organismengruppen im Laufe der Erdgeschichte entwickelt haben, und daraus den Zeitpunkt ableiten, an dem eine bestimmte Gruppe ihre eigenen, besonderen Merkmale entwickelt hat. Dieser Zeitpunkt ist die Zeit, als diese Gruppe von Organismen theoretisch entstand und auftrat.

A und B sind zwei biologische Gruppen mit einem gemeinsamen Vorfahren; T1 ist der Zeitpunkt, an dem sich diese beiden biologischen Gruppen im Laufe der Evolution trennten; T2 ist der Zeitpunkt, als Gruppe B entdeckt wurde; T2 ist immer gleich oder später als T1.

Schematische Darstellung der Entdeckungszeit und des evolutionären Auftretens fossiler Arten

Die Realität ist jedoch immer unbefriedigend, ganz zu schweigen von der Wiederherstellung der Milliarden von Jahren überdauernden „Wahrheit“. Die Erhaltung von Fossilien ist von Natur aus unvollständig und fehlende Informationen können dazu führen, dass die Evolution vor den frühesten Fossilienfunden stattfindet. Da es in dieser Zeit keine fossilen Beweise gab, existierte diese Art von Lebewesen zwar theoretisch, war jedoch eine unsichtbare Realität. So wurde „Ghost“ geboren. Während dieser Zeitspanne, in der es keine fossilen Beweise gibt, sollte der Evolutionsbaum, der theoretisch existieren sollte, seine „Geisterlinie“ sein.

Darüber hinaus wurde gleichzeitig mit dem Geisterzweig ein Wort namens „Ghost Taxa“ vorgeschlagen, was „Geistergruppe“ bedeutet. Wie der Name schon sagt, handelt es sich selbst um einen „Geist“, doch im Gegensatz zum Geisterzweig kann, obwohl er noch nicht entdeckt wurde, theoretisch gefolgert werden, dass er Nachkommen hat. Aus evolutionärer Sicht bedeutet sein Aussterben, dass es sich zu seinen Nachkommen weiterentwickelt hat. Beispielsweise entwickelte sich aus einer Art Theropodendinosaurier ein Vogel. Diese Dinosaurierart ist heute ausgestorben, ihre Nachkommen existieren jedoch noch. Wenn diese Dinosaurierart bisher nicht entdeckt wurde, handelt es sich bei dieser Dinosaurierart um eine Geistergruppe. Mit anderen Worten, eine Geistergruppe ist eine Gruppe, die nur in der Evolutionsanalyse existiert und ein Produkt einer rein theoretischen Analyse ist. Beispielsweise kann E in der Abbildung als Geistergruppe bezeichnet werden.

A, B, C und D sind vier Arten. Abbildung I zeigt die evolutionäre Beziehung zwischen diesen vier Arten; E und F in Abbildung II sind die Vorfahren von A, B bzw. C, D; Abbildung III stellt den Zeitraum dar, in dem diese fossilen Arten existieren. Die vertikale Achse von 1 bis 10 stellt die zeitliche Reihenfolge dar, wobei 10 die älteste und 1 die neueste Art ist. Die durchgezogene Linie stellt die Zeit mit Fossilienfunden dar und die gepunktete Linie stellt die auf Grundlage der systematischen Evolution abgeleitete Existenzzeit dar. Die durch gepunktete Linien dargestellten Teile von A und D werden als Geisterlinien bezeichnet, und E wird als Geistergruppe bezeichnet. was ist mit F? Da C im Jahr 10 erschien, muss F als sein Vorfahr vor dem Jahr 10 erschienen sein und ist daher in diesem Diagramm nicht zu sehen.

Erklärungsdiagramm der Geisterlinien und Geistergruppen (modifiziert nach Norell, 1993)

Der clevere kleine Freund lernt wahrscheinlich aus dieser Erfahrung. Könnte es Geisterlinien geben, die lediglich aus der Theorie abgeleitet wurden und für die keine tatsächlichen Fossilien gefunden wurden?

Die Antwort lautet: Ja, solange es lange genug lebt und seine Fossilien noch nicht entdeckt wurden! So kann man den Fisch Latimeria beispielsweise auch heute noch im Meer beobachten.

2. Lebender Geist

Eine der bekanntesten „Geisterlinien“ bei lebenden Fischen ist die Latimeria, auch als Lanzenschwanz bekannt, die zur Gattung Latimeria der Ordnung der Quastenflosser gehört. Es handelt sich um einen Tiefseefisch mit dunkelblauer oder brauner Grundfarbe, fleischigen Flossen und weißen Flecken.

Ein Latimeria-Fisch, der 2019 vor der Küste Südafrikas gefunden wurde. Bildnachweis: Bruce Henderson

Es ist nicht nur für Biologen und Paläontologen interessant, sondern auch eine beliebte Figur japanischer Spielefirmen, die gerne Angelelemente einbauen.

Latimer-Fisch in FF14, Screenshot

Latimer in Monster Hunter World: Iceborne, Screenshot

Uralter Quastenflosser in Pokémon, von wiki.52poke.com

Im Jahr 1938 entdeckte man in Südafrika eine im Westindischen Ozean lebende Art Latimeria chalumnae. Dies ist die Quelle des klassischsten Bildes von Latimeria, das mit dem dunkelblauen Hintergrund. Eine weitere braungraue Art, Latimeria menadoensis, wurde 1997 in Indonesien entdeckt.

Latimer-Fisch aus Indonesien. Bildquelle: Wikipedia

Derzeit besteht die Gattung Latimeria nur aus diesen beiden Arten. Dem aus der Analyse gewonnenen Evolutionsbaum zufolge spaltete sich die Gattung Latimeria im frühen Karbon von ihrer Schwestergruppe ab. Die Ergebnisse der Analyse der molekularen Uhr zeigen, dass die beiden Arten der Gattung Latimeria vor 40 bis 30 Millionen Jahren begannen, ausgehend von einem gemeinsamen Vorfahren, ihre Unterschiede zu entwickeln, und dass sie vor etwa 13 Millionen Jahren offiziell ihre eigenen Evolutionswege einschlugen. Bis heute haben Paläontologen jedoch keine Fossilien der Gattung Latimeria gefunden, mit Ausnahme der beiden existierenden Arten von Latimeria. Diese Lücke im Fossilienbestand macht Latimeria zu einer „Geisterlinie“, die vom frühen Karbon bis in die Gegenwart reicht.

Die rote Linie ist die Geisterlinie. Die Geisterlinie der Latimeria-Fische (vom Autor gezeichnet)

3. Geister in Fossilien

Im Jahr 2008 entdeckte die Early Vertebrate Research Group des Instituts für Wirbeltierpaläontologie und Paläoanthropologie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften in den Schichten des späten Silur in Qujing einen fast vollständigen Knochenfisch und veröffentlichte die Forschungsergebnisse in der britischen Fachzeitschrift Nature. Dieser Fisch ist der Geisterfisch (Guiyu oneiros). Obwohl es sich um einen Knochenfisch handelt, vereint er die Eigenschaften von Knochenfischen, Knorpelfischen, Panzerfischen und Acanthatherien, wodurch Knochenfische und „relativ alte“ Panzerfische einander näher kommen.

Insbesondere kann sein Kopfpanzer morphologisch in einen oberen Panzer und einen hinteren oberen Panzer unterteilt werden, was dem der frühen Quastenflosser entspricht. seine Wangenknochen ähneln denen früher Strahlenflosser, und auch die geriffelten Muster auf den Membranknochen ähneln eher denen der Strahlenflosser. sein Schultergürtel weist vor der Brustflosse einen Dorn auf, der den frühen Quastenflossern (wie etwa Fleckenfischen), frühen Knorpelfischen, Stachelfischen und Panzerfischen ähnelt; die große Knochenplatte auf der Mittellinie seines Rückens könnte der Knochenplatte an der gleichen Stelle bei den Panzerechsen entsprechen. Schon vor seiner Wiederentdeckung hatten Forscher herausgefunden, dass die Gefleckten Fische unter den frühen Quastenflossern die gleichen Stacheln besaßen wie die Panzerfische, Stachelmakrelen und Knorpelfische. Da es sich bei den damals gefundenen Funden von gefleckten Fischen jedoch allesamt um verstreute Knochenfragmente handelte, hat dieses Merkmal, das die Gruppen der Placodermi, Acanthichthyes, Knorpelfische und Knochenfische unter den frühen Kieferfischen verband, die Forscher stets skeptisch gemacht. Nach der Entdeckung des Geisterfisches zeigte seine phylogenetische Analyse, dass er sich an der basalen Position der Quastenflosser befand. Dies bestätigt, dass der gefleckte Fisch über die gleiche wunderbare Eigenschaft der Stacheln verfügt wie die Panzerfische, die Stachelhäuter und die Knorpelfische, und schließt damit eine Lücke in der Evolution der frühen Wirbeltiere. Da es eine Lücke füllt, kann es als Geist betrachtet werden, bis es entdeckt wird.

Die evolutionäre Stellung des Geisterfisches. Bildquelle: Referenz [8]

Wenn Paläontologen einmal einen solchen Geist entdeckt haben, lassen sie ihn natürlich nicht so leicht wieder los. Die Namensgebung der Paläontologie folgt der binären Nomenklatur der biologischen Namensgebung, die aus dem ersten und letzten Teil des Gattungsnamens und dem Artnamen besteht. Der Artname des Traumfisches ist lateinisch „oneiros“, was von Oneiros, dem Gott der Träume und einem der Söhne der Göttin der Dunkelheit in der griechischen Mythologie, stammt und Fisch im Traum bedeutet. Der Gattungsname lautet „Guiyu“, ein einfaches und unkompliziertes chinesisches Pinyin. Einerseits bedeutet es „Geistertalent“ und weist auf seine seltsamen Eigenschaften hin; Andererseits wird es als „Geisterzweig“ des Geisterzweigs bezeichnet. Es weist nicht nur seltsame Eigenschaften auf, sondern ist auch ein 400 Millionen Jahre altes Gespenst, von dem Paläontologen des Evolutionsbaums träumen und das sie finden möchten.

Bildquelle des restaurierten Bildes des Fantasie-Geisterfisches: Referenz [6]

Verweise

[1] Norell M A. Baumbasierte Ansätze zum Verständnis der Geschichte; Kommentare zu Rängen, Regeln und der Qualität der Fossilienfunde[J]. American Journal of Science, 1993, 293(A): 407.

[2] Enzyklopädie Latimer

[3] Inoue JG, Miya M, Venkatesh B, et al. Das mitochondriale Genom des indonesischen Quastenflossers Latimeria menadoensis (Sarcopterygii: Coelacanthiformes) und die Schätzung der Divergenzzeit zwischen den beiden Quastenflossern[J]. Gene, 2005, 349: 227-235.

[4] Sugeha HY, Pouyaud L, Hocdé R, et al. Eine dreizehn Millionen Jahre alte Divergenz zwischen zwei Linien indonesischer Quastenflosser[J]. Wissenschaftliche Berichte, 2020, 10(1): 1-9.

[5] Zhu M, Zhao W, Jia L, et al. Der älteste artikulierte Knochenfisch weist mosaikartige Gnathostoma-Merkmale auf[J]. Nature, 2009, 458(7237): 469-474.

[6] Yu XB, Zhu M, Zhao W J. Der Ursprung und die Diversifizierung von Knochenfischen und Sarkopterygiern: Seltene chinesische Fossilienfunde bringen die Forschung zu zentralen Fragen der Evolution voran[J]. Paleoichthyology, 2010, 24(2): 71-75.

[7] Qiao Tuo, Zhu Min. Gehirnmorphologie des silurischen Sarkopterygiers Guiyu oneiros[J]. Science China: Geowissenschaften, 2010 (9): 1191-1203.

[8] Lu Jing, Zhu Youan, Zhu Min. Unsere Vorfahren kamen aus dem Wasser: Der Ursprung und die frühe Evolution der Knochenfische[J]. Nature, 2016, 38(6): 391-398.

[9] Zhao Wenjin. Fantasie-Geisterfisch: der älteste Knochenfisch[J]. Sammlung, 2009, 6.

(Hinweis: Der lateinische Teil des Textes ist kursiv gedruckt)