Gesundheit: Schildkröten: Komische Vögel

Schildkröten sind rätselhafte Tiere, und das in gleich mehrfacher Hinsicht. Ein geheimnisvolles Navigationsvermögen erlaubt es den Meeresbewohnern unter ihnen, sich in den endlosen Weiten des Ozeans so zu orientieren, dass die Weibchen zielsicher ihren eigenen Geburtsstrand - und sei er noch so abgelegen - wieder zur Eiablage aufsuchen. Andererseits wirken die Riesenschildkröten von Galapagos und von den Seychellen nicht nur wie altertümliche Wesen aus einer anderen Welt; mit ihrem isolierten Vorkommen auf ozeanischen Inseln geben sie den Biogeographen unter den Zoologen auch bis heute Rätsel auf.

Rätselhaft ist aber insbesondere die Evolutionsgeschichte der Schildkröten. Deren Ursprung blieb den Paläontologen bisher weitgehend verborgen. Unter den heute noch an Land lebenden Wirbeltieren aus der Gruppe der Amnioten (das sind alle bis auf die noch dem Wasserleben verhafteten Amphibien) liegen allein von Krokodilen, Schildkröten und Säugetieren ausreichend Fossilfunde vor, um sie bis in die Trias vor rund 200 Millionen Jahren zurückzuverfolgen. Anfang der 90er Jahre lieferten neue Fossilfunde der weniger als 30 Zentimeter langen Owenetta von Südafrika wichtige Hinweise auf die ersten Reptilien als den nächsten Verwandten der Schildkröten.

Schläfenfenster geschlossen

Diese tauchten damals mit ihrer kompletten "Knochenkiste" ziemlich unvermittelt auf und haben sich seitdem äußerlich kaum verändert. Rippen, Becken- und Schultergürtel sind bei den Schildkröten in den von Hornschilden bedeckten Knochenpanzer eingezogen worden - einmalig bei Tieren. Die bisherigen Fossilfunde haben nicht eindeutig klären können, inwieweit die Schildkröten mit anderen Gruppen, vor allem Säugern, Krokodilen und Vögeln, verwandt sind. Zoologie-Studenten lernten derweil in den gängigen Lehrbüchern über die Besonderheiten der Schildkröten, besonders im Knochenbau, vor allem beim Schädeldach.

Schildkröten stammen aus dem Wasser, haben sich aber zu weitgehend unabhängig gewordenen Wirbeltieren entwickelt. Insbesondere haben Schildkröten nicht die bei einigen anderen Wirbeltieren typischen Knochenfenster in der Schläfenregion. Deshalb zählen Zoologen sie als so genannte Anapsida (gleichsam als schläfenfensterlose Wirbeltiere) zu den primitiven Reptilien. Öffnungen zwischen den Deckknochen des Schädels traten nämlich während der Evolution, so die gängige Vorstellung, erst bei den Säugern (den "Synapsida") und bei den Krokodilen und Vögeln (diese werden auch "Diapsida" genannt) in verschiedener Weise auf.

Verfasser von Lehrbüchern sind allerdings derzeit auch nicht zu beneiden. In den vergangenen zwei Jahrzehnten haben neue Erkenntnisse die Vorstellungen über die Verwandtschaftsverhältnisse innerhalb der Reptilien wie in kaum einer anderen Wirbeltiergruppe revolutioniert. Lange Zeit zählten sämtliche Kriechtiere wie Schildkröten, Echsen, Schlangen und Krokodile zu den Reptilien. Doch mittlerweile hat sich die Ansicht durchgesetzt, dass "Reptilia" gar keine geschlossene natürliche Verwandtschaftsgemeinschaft ist. Im hierarchisch ausgerichteten zoologischen System stehen Reptilien deshalb beispielsweise Vögeln und Säugetieren nicht gleichberechtigt gegenüber.

Vielmehr wissen Zoologen heute, dass die Vögel die nächsten Verwandten der Krokodile sind. Damit wird der Rahmen der einstigen Reptilien gesprengt. Wie Echsen und Schlangen weisen Krokodile und Vögel einen einheitlichen und charakteristischen Bau der Schläfenfenster auf und werden deshalb als "Diapsida" von vielen Autoren und Forschern den "anapsiden" Schildkröten gegenübergestellt. Die meisten Zoologen gingen bisher davon aus, dass jener anapside Bau der Schläfenregion bei Schildkröten ein "primitives" Merkmal ist.

Genom löst Rätsel

Dem widersprechen nun die Molekularbiologen Rafael Zardoya und Axel Meyer. Sie haben erstmals das mit 16 787 Basenpaaren komplette mitochondriale Genom der afrikanischen Süßwasserschildkröte "Pelomedusa subrufa" analysiert und mit den entsprechenden Sequenzen bei anderen Wirbeltieren - einschließlich des Menschen - verglichen. Zuvor waren in anderen Studien lediglich kleinere Gen-Abschnitte von Schildkröten untersucht worden, ohne zu eindeutigen Ergebnissen zu kommen.

Den Berechnungen leistungsfähiger Computer zufolge, die Meyer und Zardoya für die Genomanalyse einsetzten, sind Schildkröten die nächsten Verwandten der Krokodile und Vögel. Dies ändert die Vorstellung vom Verlauf der Evolution aller Wirbeltiere inklusive der Säuger grundlegend, wie Zardoya und Meyer jetzt in einem Übersichtsartikel für die Zeitschrift "Naturwissenschaften" ausführen.

Die Autoren bezweifeln zum einen die traditionelle Sichtweise, nach der Schildkröten mit ihrer geschlossenen Schläfenregion die ältesten und ursprünglichsten Vertreter der noch existierenden Reptilien, Vögel und Säuger sind. Vielmehr vermuten Molekulargenetiker Meyer (Universität Konstanz) und sein spanischer Kollege Zardoya, der inzwischen am Nationalmuseum in Madrid tätig ist, dass die Schildkröten später ihre Schädelfenster geschlossen haben, während die nächsten Verwandten sie weiterhin offen ließen. Die Wissenschaftler spekulieren, dass Schildkröten ihre soliden Schädel ohne Schläfenfenster aus demselben Grund entwickelt haben könnten wie ihren Panzer: als Schutz gegen Feinde.

Morgens auf Betriebstemperatur

Damit sehen die Molekularbiologen auch die Hypothese widerlegt, nach der Säuger und Vögel die nächsten Verwandten sind. Dafür war zuvor ins Feld geführt worden, dass sowohl Säuger als auch Vögel als einzige gleichwarme Wirbeltiere ihre Körpertemperatur aktiv regulieren, während die Reptilien bekanntlich wechselwarm sind: sie müssen sich vor allem durch die Wärme der Sonnenstrahlen allmorgendlich erst einmal auf Betriebstemperatur bringen lassen. Wenn nun allerdings tatsächlich die wechselwarmen Schildkröten mit den ebenfalls wechselwarmen Krokodilen eng verwandt sind, so liegt die Annahme nahe, dass sich die Warmblütigkeit bei den Säugetieren einerseits und den Vögeln andererseits zweimal unabhängig voneinander entwickelt hat.

Augenmuskel, Arterie und Penis gleich

Dies wäre ein weiteres Indiz für Konvergenz, dem ständigen Stolperstein zoologischer Verwandtschaftsforschung, und nicht ein Beleg für die nahe Verwandtschaft. Zur Ehrenrettung der Lehrbücher sei übrigens erwähnt, dass bereits vor den molekularen Befunden eine Reihe spezieller anatomischer Merkmale als Indiz für diese Hypothese angeführt wurden. So vermuteten etwa bereits die Biologen Remane, Storch und Welsch in ihrem "Lehrbuch der Zoologie" - einem der Klassiker der Zunft - eine gemeinsame Wurzel der Schildkröten und der Krokodile.

Beispielsweise gleicht ein besonderer Augenmuskel, eine die Vorderbeine versorgende sekundäre Arterie sowie der Penis mit Schwellkörper und Samenrinne der Schildkröten durchaus dem Bau bei Krokodilen. Die jüngsten molekulargenetischen Befunde werden die Morphologen unter den Zoologen daher jetzt sicher anregen, ihre Stammbaumhypothesen noch einmal gründlich zu überdenken, um endlich das Rätsel der Schildkröten-Abstammung zu lösen.

Matthias Glaubrecht