Gesundheit: Fossilienfunde in China werfen ein neues Licht auf die Entstehung der Wirbeltiere

Der Ursprung der Wirbeltiere (oder Vertebraten) - jener Gruppe von Tieren, zu denen auch wir selbst gehören - ist eine der ältesten und am schwersten zu lösenden Fragen der Biologie. Der Grund dafür liegt darin, dass Vertebraten so verschieden von anderen Tieren sind, dass das Auffinden ihrer Verwandschaftsverhältnisse zu anderen Tierarten bislang vor allem eine Sache gelehrter Vermutungen war. Aber zwei in China gefundene und kürzlich im Wissenschaftsmagazin "Nature" beschriebene Versteinerungen geben dem Problem eine neue Richtung und zeigen, dass die Vertebraten eine extrem lange Geschichte vorzuweisen haben.

Die Vertebraten schließen all jene Tiere ein, die wir aus dem Alltag kennen, von den Hunden bis zu den Dinosauriern. Aber die meisten Wirbeltiere sind Fische. Lange Zeit haben Zoologen die Schleimaale und die Neunaugen für die primitivsten Vertebraten gehalten, weil sie, anders als alle anderen Wirbeltiere, keine Kiefer haben. Schleimaale mögen die primitiveren von beiden sein, weil sie frisches Wasser nicht vertragen - ein Hinweis auf ihre Herkunft, nämlich darauf, dass sie niemals die Urmeere verlassen haben.

Alle Wirbeltiere haben per definitionem eine Wirbelsäule. Sie entsteht zunächst als simple Struktur namens Notochord oder Chorda dorsalis. Darunter versteht man einen elastischen Stützstab, der sich vom Kopf bis zur Schwanzspitze erstreckt. Er besteht aus hartem und unsegmentiertem Bindegewebe. Bei den meisten Vertebraten wird dieser "Achsenstab" bereits vor der Geburt oder dem Ausbrüten durch jene Knochen umhüllt, die einmal die Wirbelsäule bilden, und das Notochord wird schließlich ganz ersetzt. Eine Ausnahme bilden die Schleimaale, bei denen das Notochord in seiner einfachen Ausgabe während des ganzen Lebens erhalten bleibt.

Das Notochord ist der Schlüssel, um den Platz der Vertebraten in der Natur zu finden. In den 60er Jahren des vorigen Jahrhunderts studierte der russische Biologe A. O. Kovalevsky kleine Seewesen, die Lanzettfischchen. Dabei handelt es sich um transparente, fischartige Kreaturen. Anders als Fische haben sie aber keinen Schädel, nicht viel Gehirnsubstanz, keine Augen oder Ohren und keine paarig angelegten Flossen. Im 18. Jahrhundert wurden Lanzettfischchen als Schnecken klassifiziert. Aber ihre Verwandschaft mit den Vertebraten wurde offensichtlich, als Kovalevsky entdeckte, dass sie ein Notochord besaßen.

Was erfahren wir aus dem steinernen Archiv der Erdgeschichte über den Ursprung der Vertebraten - besonders über jenen Abschnitt, in dem sich die ersten Wirbeltiere aus Lebewesen entwickelten, die den Lanzettfischchen vielleicht ähnlich waren? Die Antwort lautet: Enttäuschend wenig! Die fossile Geschichte der Vertebraten gründet auf hartem Gewebe, etwa Knochen und Zahnmaterial, die gut versteinern. Aber Knochen tauchen zum ersten Mal vor 500 Millionen Jahren bei bestimmten gepanzerten Fischen auf - Geschöpfen, die eindeutig schon Wirbeltiere waren.

Neunaugen, Schleimaale und Lanzettfischchen besitzen allerdings allesamt kein zum Versteinern geeignetes Hartgewebe. Und es ist wahrscheinlich, dass es bei ihren Vorfahren genauso war. So musste sich jede Aufzeichnung ihrer Geschichte auf die schwache Hoffnung stützen, dass irgendein "Eindruck" des Tieres in feinem Sediment selbst zu einem Fossil geworden sein könnte.

Um die ersten Zuckungen des Vertebratenlebens zu entdecken, sollten wir uns an jenes Gestein halten, was im frühen Kambrium, vor 540 Millionen Jahren, entstanden ist. Die ersten unzweifelhaften Zeichen von Wirbeltierleben - einzelne Fischschuppen oder Knochenfragmente - stammen aus der Schlussphase des Kambriums vor etwa 500 Millionen Jahren. Die Vertebraten müssen sich aus ihren Vorläufern, also schon vor diesem Zeitpunkt entwickelt haben.

Der Burgess-Schiefer im westlichen Kanada sind seit langem berühmt für die Treue ihrer Konservierung von Lebewesen, die auf dem Ozeanboden in der kambrischen Erdzeit lebten, vor etwa 535 Millionen Jahren. Bewahrt in Schlammschichten auf dem Meeresgrund blieben die Tiere des Burgess-Schiefers bemerkenswert detailliert konserviert. Unter ihnen ist auch ein aalähnliches, nur wenige Zentimeter langes Geschöpf namens Pikaia, das aussieht wie ein belebtes Anchovis-Filet.

Simon Conway Morris von der Universität von Cambridge in Großbritannien beschäftigt sich mit diesem primitivem Chordatier seit mehr als 20 Jahren. Zuerst dachten Forscher, dass Pikaia mit dem Lanzettfischchen verwandt ist. Wie bei Lanzettfischchen und Wirbeltieren ist seine Körpermuskulatur in segmentierte Blöcke unterteilt (um es sich vorzustellen, werfen Sie einfach einen Blick auf den Lachs im Schaufenster Ihres Fischgeschäfts). Doch je weiter die Forschung fortschritt, umso weniger glich Pikaia einem Lanzettfischchen. Zum Beispiel war sein Kopf in zwei Lappen gespalten, von denen jeder einen hervorstechenden Tentakel trägt - ein ziemlich unwirbeltierartiger Anblick. Nach Ansicht von Conway Morris liegt Pikaia ziemlich weitab von jener Entwicklungslinie, die zu den Vertebraten führte.

Das gleiche kann aber nicht von jenen zwei Fossilien gesagt werden, die Conway nun, zusammen mit einer Gruppe von chinesischen Forschern, in "Nature" beschrieben hat. Diese Fossilien stammen aus der exquisiten Chengjiang-Fauna von Kunming in Südchina. Sie sind so wundervoll erhalten wie die besten Stücke des Burgess-Schiefers, und sie sind etliche Millionen Jahre älter.

Einige bestechende Fossilien der Chengjiang-Fauna sind schon früher als Verwandte der Lanzettfischchen oder der Wirbeltiere überhaupt gedeutet worden. Aber diese Zuordnung blieb immer umstritten. Nicht so bei den neuen Fossilien. Eines, genannt Myllokunmingia fengjiaoa, ein nur zweieinhalb Zentimeter langes Wesen, hat muskuläre Segmente, Zeichen für Kiemen, ein Notochord, eine Rückenflosse und ein Paar von Flossen entlang des Bauches, und - möglicherweise - eine Höhle für das Herz. Die Forscher glauben, dass dieses Geschöpf ein äußerst primitives Wirbeltier darstellt - nur Schleimaale sind noch primitiver.

Das andere neue Fossil mit Namen Haikouichthys ercaicunensis ist noch interessanter. Wie Myllokunmingia ist es klein (weniger als drei Zentimeter lang, obwohl der hintere Teil nicht erhalten ist) und hat eine Rückenflosse, aber anders als bei Myllokunmingia werden die Flossen durch Flossenstrahlen gestützt. Es hat Kiemen und Muskelsegmente und einen komplizierten Wirrwarr an Strukturen nahe dem vorderen Ende. Diese können als Eindrücke von Knorpel betrachtet werden, welche die Nase, Ohren und Augen beherbergten. Dem Tier fehlt die für das Neunauge typische saugende Mundöffnung, aber es sieht andererseits aus wie ein modernes Neunauge.

Die Präsenz von Mitgliedern der Neunaugen-Familie tief in der Kambrischen Periode bedeutet, dass das erste Erscheinen der Wirbeltiere noch eher datiert werden muss. Die Existenz von Myllokunmingia, einer fortschrittlicheren Kreatur als der moderne Schleimaal, legt nahe, dass die Schleimaal-Linie vom Stamm der Vertebraten sehr früh im Kambrium abgezweigt sein muss - oder sogar noch eher. Die neuen Funde sind ein klares Indiz dafür, dass noch weitere Funde zur frühesten Evolution der Wirbeltiere einerEntdeckung harren.Der Autor ist Redakteur des internationalen Wissenschaftsmagazins "Nature". "Nature"-Mitarbeiter schreiben regelmäßig im Tagesspiegel. Aus dem Englischen von Hartmut Wewetzer.

Henry Gee