[Kreatives Kultivierungsprogramm] Die Überlebensgeheimnisse des "hässlichen und süßen" orientalischen Fisches vor 390 Millionen Jahren aufdecken

Autor: Meng Xinyuan und Gai Zhikun

Rezensent: Zhao Wenjin

Wissen Sie, wie hart dieser hässliche und niedliche Urfisch ums Überleben kämpft? Wissen Sie, wie mühsam die Entdeckung und Erforschung dieses hässlichen und niedlichen Urfisches war?

Abbildung 1 Ökologische Wiederherstellungskarte für orientalische Fische (gezeichnet von Yang Dinghua)

Dieser uralte Fisch wird Orientalischer Fisch genannt. Es wurde kürzlich in der Fachzeitschrift „Acta Vertebrate Paleontology“ von Meng Xinyuan, einem Master-Absolventen des Instituts für Wirbeltierpaläontologie und Paläoanthropologie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, unter der Leitung des Forschers Gai Zhikun veröffentlicht. Allerdings wurden die fossilen Materialien, auf denen die Karte zur ökologischen Wiederherstellung basiert, nicht erst vor kurzem entdeckt.

In den 1980er Jahren entdeckten Wang Junqing und andere Paläoichthyologen der älteren Generation vom Institut für Wirbeltierpaläontologie und Paläoanthropologie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften bei Felduntersuchungen im Kreis Wuding in der Autonomen Präfektur Chuxiong Yi in der Provinz Yunnan eine große Zahl frühzeitlicher Fischfossilien. Da die Fossilien relativ zerbrochen waren, wurde diese Menge fossilen Materials nach ihrer Sammlung in der unterirdischen Probenbibliothek des Instituts für Wirbeltierpaläontologie und Paläoanthropologie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften gestapelt. Es erregte damals nicht viel Aufmerksamkeit, sodass diese Fossiliengruppe versiegelt wurde und über 30 Jahre lang in der unterirdischen Probenbibliothek ruhte.

Erst im Jahr 2014 entdeckte Herr Wang Junqing vom Institut für Wirbeltierpaläontologie und Paläoanthropologie beim Neuordnen von Exemplaren zufällig ein seltsames, staubiges Fossil. Nachdem er es mit Wasser abgespült hatte, erkannte er, dass es sich um einen Teil des Kopfpanzers eines unvollständigen, aber charakteristischen Panzerfisches handelte, eines vielverzweigten Fisches. Auf diese Weise wurde das lange Zeit versiegelte orientalische Fischfossil endlich ans Licht gebracht. Es dauerte fast 10 Jahre, bis dieses Fossil wiederentdeckt und vor kurzem offiziell veröffentlicht wurde. Man kann sagen, dass es nach langer Vorfreude endlich herauskommt. Die Veröffentlichung der Forschungsergebnisse zu diesem urzeitlichen Fisch kann als gute Erklärung für die Entdeckung des Fisches in freier Wildbahn durch Herrn Wang Junqing vor 40 Jahren angesehen werden und ist zugleich eine große Anerkennung für Herrn Wang Junqing, der seit vielen Jahren im Ruhestand ist.

Abbildung 2: Foto des neuen Exemplars des Orientalischen Fisches (A, fotografiert von Gai Zhikun) und seiner Wiederherstellung (B, gezeichnet von Guo Xiaocong)

Das größte Merkmal des orientalischen Fisches sind seine „mehreren Kiemen“. Er verfügt über bis zu 45 Kiemensackpaare und ist damit der Panzerfisch mit der größten Anzahl an Kiemensäcken in der Geschichte. Kiemen sind die wichtigsten Atmungsorgane der Panzerfische. Sie sind symmetrisch beidseitig auf der Bauchseite des Kopfpanzers angeordnet und können Panzerfischen dabei helfen, Sauerstoff aus dem Wasser zu gewinnen. Je mehr Kiemensäcke ein Fisch hat, desto besser kann er in einer sauerstoffarmen Umgebung überleben.

Die Knorpelfische, die wir heute häufig sehen, wie Haie und Rochen, haben nur 5-7 Kiemenpaare. Auch die Knochenfische, die wir täglich essen, wie Wolfsbarsch und Gelber Umber, haben nur 5 Kiemenpaare. Ähnlich wie diese heute lebenden Fische hatten auch die frühen Panzerfische weniger Kiemen, nämlich nur 6–7 Kiemensackpaare, was den primitiven Zustand der Panzerfische darstellen könnte. Systematisch gesehen gehören die Orientalischen Fische zur Unterklasse der Panzerfische, der Ordnung Polybranchius, und die Familie der Polybranchius ist nach der Gattung Polybranchius als Modellgattung benannt. Allerdings scheint dieser „Vielkiemenfisch“ seinem Namen mittlerweile nicht mehr würdig zu sein.

Die Sache ist die: Als die Gattung Polybranchius erstmals benannt wurde, hieß sie Polybranchius, weil sie 12 Paar Kiemensäcke hatte, was unser Verständnis von „mehreren Kiemen“ auf den neuesten Stand brachte (siehe den oben erwähnten frühen Panzerfisch). Im Jahr 2018 entdeckten wir im Tarimbecken in Xinjiang einen 438 Millionen Jahre alten Fisch mit mehreren Ähren. Es handelt sich um den ersten gepanzerten Fisch der Welt, der sich wie moderne Rochen halb vergraben kann und nur über sechs Kiemensackpaare verfügt. Im Vergleich dazu können 12 Kiemensackpaare durchaus als zu viele Kiemen angesehen werden. Als jedoch neue Fossilien entdeckt werden, geraten die Dinge außer Kontrolle …

Vor etwa 411 Millionen Jahren begannen sich die „Mehrkiemen“ der Vielkiemerfische zu entwickeln, wie etwa die Vielkiemerfische mit 12 Paaren und die Breitpanzerfische mit 18 Paaren, aber die Anzahl der Kiemensäcke betrug weniger als 20 Paare; Vor etwa 408 Millionen Jahren war die Zahl der Kiemensäcke der Panzerfische in manchen Gruppen auf über 30 Paare angestiegen, wobei der Orientalische Fisch als typischer Vertreter bis zu 45 Kiemensackpaare aufwies. Daher ist die Anzahl der Kiemen des mehrarmigen Fisches, der ursprünglich „Mehrkiemenfisch“ genannt wurde, der des orientalischen Fisches weit unterlegen und kann nicht mit diesem verglichen werden (ist es nicht peinlich, den mehrarmigen Fisch „Mehrkiemenfisch“ zu nennen?).

Abbildung 3: Vergleich der Kiemensäcke von Orientalischem Fisch (A), Breitkopf-Schildkrötenfisch (B) und Vielzweigfisch (C) (gezeichnet von Guo Xiaocong)

Was also bedeutet die erhöhte Anzahl an Kiemensäcken?

Dieses neue Fossil weist uns einen Weg zur Lösung des Rätsels um die Anzahl der Kiemensäcke bei Panzerfischen und das devonische marine Sauerstoffmangelereignis. Wie oben erwähnt, war die exponentielle Zunahme der Anzahl der Kiemensäcke bei Panzerfischen ein evolutionärer Trend während der Silur-Devon-Periode.

Der Grund dafür dürfte darin liegen, dass im Devon, insbesondere vor 395 Millionen Jahren, die Vielfalt der terrestrischen Gefäßpflanzen deutlich zunahm, der Meeresspiegel weiter anstieg und die Versorgung mit Nährstoffen ausreichend war. Über mehrere Zeiträume hinweg bildeten sich weitverbreitete Ablagerungen von schwarzem Schiefer und organischen Stoffen, die am Grund des Gewässers große Mengen Sauerstoff verbrauchten und so die flache Meeresumwelt in einen kurzzeitigen hypoxischen Zustand versetzten, was wiederum zu einem großen Wirbeltiersterben führte.

Man ging immer davon aus, dass Panzerfische in flachen Meeresgebieten oder Küstengebieten leben. Die flache Meeresumgebung mit niedrigem Sauerstoffgehalt stellte Hindernisse für ihr Überleben dar. Obwohl einige Panzerfische bereits über eine große Anzahl Kiemensäcke zur besseren Atmung verfügten, verschwanden die meisten von ihnen bei diesem durch Sauerstoffmangel verursachten Aussterbeereignis. Orientalische Fische besitzen die größte Anzahl an Kiemensäcken aller Zeiten. Diese sind wahrscheinlich ihre Geheimwaffe, die ihnen das Überleben in der sauerstoffarmen Umgebung des flachen Meeres ermöglicht und ihnen eine Lebensdauer von fast 20 Millionen Jahren ermöglicht.

Abbildung 4: Phylogenetische Beziehungen gepanzerter Fische und Veränderungen der Diversität auf Gattungsebene während des Silur-Devon (Illustration von Meng Xinyuan und Yang Dinghua)

Die Entdeckung des neuen Exemplars des Orientalischen Fischs schließt die geologische Lücke im Bereich der vielzweigigen Fische des Mitteldevon in Yunnan und verlängert die Überlebensperiode der Gattung der Orientalischen Fische von vor etwa 410 Millionen Jahren auf vor etwa 20 Millionen Jahren. Es ist auch von großer Bedeutung für die Untersuchung der Koevolution der Anzahl der Kiemensäcke von Panzerfischen und des marinen Hypoxie-Ereignisses im frühen Devon.

Die Entdeckung des neuen Exemplars eines orientalischen Fisches ist zugleich der zweite Fossilienfund eines Panzerfisches aus dem Mitteldevon in meinem Land. Der erste Nachweis war der Near-Meso-Orbital-Fisch aus Bobai, Guangxi, der nur sehr unvollständig erhalten war. Das einzige gepanzerte Fischfossil, das jünger ist als diese beiden Funde, wurde in Zhongning, Ningxia, entdeckt und stammt aus dem Oberdevon. Dies wirft ein weiteres ungelöstes Rätsel auf: Wann wanderten die Panzerfische nach Ningxia und Guangxi? Dieses Rätsel muss in Zukunft durch weitere Forschungen gelöst werden.

Wenn es um die Entwicklung der Anzahl der Kiemensäcke bei Panzerfischen geht, vertreten viele Menschen möglicherweise die Ansicht, dass „orientalische Fische eine große Anzahl von Kiemensäcken entwickelt haben, um in einer sauerstoffarmen Umgebung überleben zu können“. Tatsächlich ist diese Teleologie das häufigste Missverständnis der Evolutionstheorie. Wir müssen wissen, dass die Variation keine Richtung hat, die Selektion jedoch eine. Organismen können die Richtung nicht bestimmen. Nur der orientalische Fisch, der sich an die Umwelt anpassen kann, hat überlebt.

Obwohl die paläontologische Arbeit auf den ersten Blick keinen Bezug zu unserem heutigen Leben zu haben scheint, ist sie sowohl interessant als auch nützlich. Ist es nicht erstaunlich, dass wir aus einem kleinen Fischfossil so viele Rückschlüsse ziehen können?

Dieser Artikel wurde vom Science Popularization China-Creation Cultivation Program erstellt. Bei Nachdruck bitte die Quelle angeben