Dienstag, 3. Mai 2016

Paläobiologie - Die Evolution der Entwicklung

     Wie entwickelten sich die frühesten Vorfahren von Spinnen und Skorpionen? LMU-Forscher zeigen an 520 Millionen Jahre alten Versteinerungen, dass die Larven-Stadien denen von Krebs-Vorläufern ähnelten – ein erstaunliches Detail im Evolutionspuzzle.
Die Schieferformationen aus Chengjiang im Südwesten Chinas sind im wahrsten Sinne eine Fundgrube für Paläobiologen. Gut eine halbe Milliarde Jahre alt sind die Versteinerungen, die Wissenschaftler dort seit den 1980er Jahren geborgen haben. Das Material ist so reichhaltig und großenteils so gut erhalten, dass es ein sehr detailreiches Bild davon abgibt, wie die Fauna im frühen Kambrium aussah, einer Zeit in der Erdgeschichte, in der sich viele der heutigen Großgruppen der Tiere entwickelten. Jetzt haben LMU-Wissenschaftler zusammen mit Kollegen aus Deutschland, China und den USA mithilfe neuartiger Untersuchungstechniken in dem Material sogar Hinweise darauf gefunden, wie sich im Laufe der frühen Evolution die Ontogenese, die Entwicklung vom Embryo zum adulten Organismus, entwickelt haben könnte – zumindest innerhalb der Gliederfüßer (Arthropoden), zu denen Insekten, Spinnen und Krebstiere gehören. Davon berichten die Forscher im renommierten Fachblatt Proceedings of the National Academy of Sciences.

Schon mehrfach haben die Forscher um Dr. Yu Liu vom Department Biologie II der LMU, der derzeit am Department für Geo- und Umweltwissenschaften der LMU arbeitet, mit den versteinerten Überresten der Art Leanchoilia illecebrosa gearbeitet. Sie gilt als eine im Meer lebende frühe Form der sogenannten Cheliceraten, zu denen heutige Spinnentiere, Skorpione und Milben, aber auch die sehr ursprünglich wirkenden Pfeilschwanz„krebse“ gehören. Die Fossilien adulter Tiere, die die Münchner Wissenschaftler analysiert hatten, maßen zwischen zwei und vier Zentimeter, ein Larvenstadium, das sie vor zwei Jahren beschrieben, etwa acht Millimeter. Jetzt haben sie ein lediglich zwei Millimeter großes Fossil gefunden, das arttypische Merkmale zeigt: ein Paar dreifingriger Kieferklauen, vier Paar zweiästiger gutausgebildeter Beine im Kopfbereich und ein dolchförmiges Schwanzstück. Die Autoren gehen darum davon aus, dass es sich bei dem Fund um ein vergleichsweise frühes Larvenstadium von L. illecrobosa handelt.

Neue Segmente in der Wachstumszone
Erstaunlich aber ist für Yu Liu, dass das Mini-Exemplar auch Merkmale zeigt, die nicht so recht zu der Ontogenese passen, wie man sie für die frühen Cheliceraten annehmen sollte und für die Evolution zu den heutigen Arthropoden: Der Körper der kleinen Larve hat weniger Segmente als für die Art typisch, im hinteren Körperregionen zeigt sie zudem nur rudimentär ausgebildete Beinanlagen. Das erinnert die LMU-Wissenschaftler, zu denen neben Yu Liu, Prof. Dr. Roland Melzer, Dr. Joachim Haug und Dr. Carolin Haug vom Department Biologie II gehören, und ihre Kollegen eher an späte larvale Entwicklungsstadien von heutigen Krebstieren. Für Yu Liu ist dies ein weiteres Beispiel dafür, wie wichtig es sein kann, „nicht nur die Morphologie adulter Organismen zu kennen, sondern auch die Entwicklungslinien“, die Formen der Ontogenese, wenn man die Evolution der Tiere rekonstruieren will.


„So detaillierte Analysen“ wie die der Mini-Larve, sagt Yu Liu, „macht vor allem die Kombination verschiedener High-End-Techniken möglich“. So untersuchten die Wissenschaftler die Schieferplatten unter anderem mit einer computergestützten Mikrotomographie. Damit lassen sich die Versteinerungen dreidimensional genauestens berechnen und abbilden, ohne dass man sie präparieren muss.
PNAS 2016
http://www.pnas.org/content/early/2016/04/26/1522899113.abstract
Originalpublikation:
Yu Liu, Roland R. Melzer, Joachim T. Haug, Carolin Haug, Derek E. G. Briggs, Marie K. Hörnig, Yu-yang He, Xian-guang Hou:
Three-dimensionally preserved minute larva of a great-appendage arthropod from the early Cambrian Chengjiang biota
PNAS, Mai 2016

Paläobiologie - Die Evolution der Entwicklung
Luise Dirscherl Stabsstelle Kommunikation und PresseLudwig-Maximilians-Universität München




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