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Dienstag, 30.05.2017
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Wirbelknochen vertauscht

Rückgratknochen der ersten Landwirbeltiere wurden bisher genau falsch herum dargestellt

Unser Bild der ersten vierbeinigen Landwirbeltiere muss umgeschrieben werden - zumindest was ihre Wirbelsäule und damit einen entscheidenden Teil ihrer Anatomie betrifft. Denn ein internationales Forscherteam hat nun Fossilien des 360 Millionen Jahre alten Vierbeiners Ichthyostega mit neuen Methoden untersucht und dabei Erstaunliches entdeckt: Die dreiteiligen Wirbel dieser Übergangsform von Wasser zu Landtieren sind völlig anders aufgebaut als seit mehr als hundert Jahren in den Lehrbüchern abgebildet.
Rekonstruktion des frühen Landwirbeltieres Ichthyostega.

Rekonstruktion des frühen Landwirbeltieres Ichthyostega.

Die ersten Landwirbeltiere entwickelten sich aus fischähnlichen Vorfahren. Diese begannen vor rund 400 Millionen Jahren, zunächst kürzere, dann immer länger Ausflüge an Land zu machen. Ihre robusten Flossen und eine stabile Wirbelsäule halfen ihnen dabei, sich im ungewohnten Milieu fortzubewegen. Während die Wirbel der heute lebenden Landwirbeltiere aus jeweils nur einem Knochen bestehen, waren die Wirbel der ersten Tetrapoden noch dreiteilig.

Verkehrte Reihenfolge


"Seit mehr als 100 Jahren dachte man, die Wirbel der frühen Tetrapoden seien aus einem Knochen vorne, einem Knochen oberhalb und einem Knochenpaar hinten aufgebaut", erklärt Erstautorin Stephanie Pierce von der University of Cambridge. Doch als die Forscher die Rückenwirbel von Ichthyostega nun mit Hilfe eines speziellen Röntgenverfahrens noch einmal genauer untersuchten, zeigte sich genau das Gegenteil: "In der traditionellen Darstellung ist die Reihenfolge genau vertauscht", sagt Pierce. Denn das Intercentrum, der Knochen, der vermeintlich vorne stehen sollte, in Wirklichkeit der letzte der drei Wirbelknochen.

Rekonstruktion von Ichthyostega und seiner Wirbelanatomie an zwei Stellen des Rückgrats.

Rekonstruktion von Ichthyostega und seiner Wirbelanatomie an zwei Stellen des Rückgrats.

Diese Umsortierung erscheint auf den ersten Blick nicht sonderlich revolutionär, hat aber bedeutende Auswirkungen unter anderem für die Beweglichkeit der Wirbelsäule, wie die Forscher erklären. "Indem wir verstehen, wie diese Knochen ineinandergreifen, können wir auch rekonstruieren, wie beweglich die Wirbelsäule der ersten Landwirbeltiere war und wie sie den Körper und die Fortbewegung in den ersten Phasen des Landgangs stützte", sagt Pierce. Die Wissenschaftler gehen zudem davon aus, dass diese Anordnung der Wirbelknochen die Grundform aller Tetrapoden darstellen könnte - und damit auch die Konfiguration, aus der sich letztendlich die verschmolzenen Wirbel der höheren Landwirbeltiere bildeten.


Erstes Brustbein der Erdgeschichte


Die vertauschten Wirbelknochen waren aber nicht die einzige Überraschung für die Forscher. Bei ihrer Neuuntersuchung des Fossils Ichthyostega stießen sie auch auf eine Reihe von kleinen, rundlichen Knochen in der Mitte der Brust. "Diese Brustknochen erweisen sich als der früheste Versuch eines knochigen Brustbeins in der Evolution", erklärt Jennifer Clack, Mitautorin der Studie. Bei uns und anderen heute lebenden Landwirbeltieren bildet das zu einer länglichen Platte verschmolzene Brustbein eine wichtige Stütze für Rippen und Brustkorb und stabilisiert den Oberkörper. Die neu entdeckte Knochenreihe bei Ichthyostega könnte nach Ansicht der Forscher eine ähnliche Funktion gehabt haben: Sie erlaubte es dem Urzeittier, sich auf seiner Brust abzustützen, während es mit seinen flossenähnlichen Beinen an Land vorwärtsrobbte.

Knochen im Vorderkörper von Ichthyostega - in blau die bei der Fossilbildung nach oben gerutschten Brustbeinknochen

Knochen im Vorderkörper von Ichthyostega - in blau die bei der Fossilbildung nach oben gerutschten Brustbeinknochen

Dass diese Strukturen erst jetzt gefunden worden sind, hängt mit dem Zustand der Fossilien zusammen: Ein Großteil der Wirbelknochen und des frühen Brustbeins waren von anderen Knochenteilen verdeckt oder aber so tief im umgebenden Gestein eingebettet, dass ihre Struktur mit normalen Methoden nicht analysiert werden konnte, wie die Forscher berichten. Sie nutzten daher für ihre Studie ein spezielles Verfahren der Röntgen-Mikrotomografie. Bei diesem ermöglichen besonders energiereiche Strahlen gekoppelt mit einem speziellen Auswerteverfahren eine hohe Durchdringung mit starken Kontrasten und hoher Auflösung.

"Ohne diese neue Methode hätten wir die einzelnen Elemente der Wirbelsäule nicht dreidimensional mit 30 Mikrometern Auflösung rekonstruieren können", erläutert Sophie Sanchez von der European Synchrotron Radiation Facility ESRF in Grenoble, dem Forschungszentrum, an dem die Untersuchungen durchgeführt wurden.
(Nature, ESRF, 14.01.2013 - NPO)
 
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