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Geburt der Vielfalt

erstellt von holgerkroker zuletzt verändert: 22.12.2011 17:24

Eines der großen Rätsel der Biologie ist die Kambrische Artenexplosion. Vor 542 Millionen Jahren traten wie auf einen Schlag die Vorfahren aller heute lebenden Tiere auf den Plan. Hinweise auf ihre Vorfahren gibt es dagegen nicht. Hat sich diese Wende in der Erdgeschichte also tatsächlich abgespielt, oder führt einfach nur die Überlieferung in fossiler Form in die Irre? In "Science" haben US-Paläontologen das bislang vorliegende Fossilmaterial gesichtet und mit Hilfe einer "molekularen Uhr" bewertet. Ergebnis: Die Artenexplosion ist keine Verzerrung der Überlieferung, weil vorkambrische Fossilien nicht überliefert wurden, sondern sie ist tatsächlich passiert.

Trilobiten gehörten zu den häufigsten Vertretern der kambrischen Fauna (© Science/Doug Erwin).Die Kambrische Artenexplosion hat schon Charles Darwin bei der Formulierung seiner Gedanken zur Evolution des Lebens gestört. Am Anfang der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Lebewesen stand ein abruptes Ereignis: Wie auf einen Schlag tauchten mit Beginn des Kambriums alle Vorfahren der heute bekannten Tiere auf. Aus der fossilen Überlieferung sind für die Zeit davor zwar Schwämme und Cnidarien, zu denen heute zum Beispiel See-Anemonen gehören, bekannt, aber eben nichts was sich auf die achsensymmetrisch aufgebauten Bilateria oder Zweiseitentiere hinweist, die heute die Erde beherrschen. 

Viel Zeit und Forschung haben Wissenschaftler seither investiert, um dieses Rätsel zu lösen und die Kambrische Explosion als Zerrbild aufgrund schlechter Überlieferung zu entlarven. "Sie hat sich aber tatsächlich ereignet", erklärt Doug Erwin vom Nationalen Naturgeschichtemuseum der USA in Washington, "es gab damals einen Wandel in der Evolution." Erwin und seine Kollegen haben versucht, die Lücken in der Überlieferung mit Informationen aus dem Erbgut heute lebender Tierarten zu füllen. Das Stichwort lautet "molekulare Uhr": Das Genom eines Lebewesens ist nicht nur Bauplan und Betriebsanleitung des aktuellen Individuums, es ist auch das Archiv seines Stammbaums. Alle genetischen Änderungen, also Mutationen, die die Entwicklung der Arten vorantreiben, sind im Erbgut gespeichert. "Und wenn wir die Veränderungen im Erbgut verschiedener Arten miteinander vergleichen, können wir den Zeitpunkt berechnen,  an dem sich die Entwicklungslinien dieser beiden Arten getrennt haben", so Erwin. 

Das Problem bei diesen molekularen Uhren ist ihre Kalibrierung. Denn Mutationen geschehen nicht regelmäßig, man muss also die Uhren eichen wie jedes andere Meßgerät auch.  "Dazu setzt man Fossilien ein", erklärt Erwin, "wir setzten solche aus dem Kambrium ein und jüngere wie etwa Fliegen, deren Ursprung gut bekannt ist." Insgesamt haben die Paläontologen 115 heute lebende Arten verglichen, deren Wurzeln 60, 300 oder 500 Millionen Jahre weit zurückreichen. So fielen etwa bei der Kronengruppe, die alle Gliederfüßer und Mollusken und viele andere Wirbellose umfasst, die Zeitrechnung der molekularen Uhr zusammen mit den ersten Fossilien. "Das zeigt uns eben, dass es wirklich diese kambrische Explosion gab", so Erwin, "es mag ältere Gruppen gegeben haben, aber das sind nicht die Gruppen, die sich bis heute erhalten haben."

Denn heutzutage leben außer den Bilaterien nur noch die Schwämme und die Cnidarien. Und gerade die Schwämme könnten bei der Vorbereitung der kambrischen Artenexplosion eine Rolle gespielt haben. Sie entwickelten sich lange vor Anbruch des Kambriums, die ältesten Schwammfossilien sind über 600 Millionen Jahre alt. "Wir nehmen an, dass die Schwämme ihre Umgebung stark verändert haben. Wenn sie sterben, begraben sie ein wenig Kohlenstoff im Sediment, wo er nicht verrottet", erklärt der US-Paläontologe. Dieses "Kohlenstoffbegräbnis" ist einer der Mechanismen, mit dem im Laufe der Erdgeschichte ungeheure Mengen an Kohlendioxid aus der Erdatmosphäre gewaschen und in Seesedimenten gebunden wurden. Da gleichzeitig die Produktion von molekularem Sauerstoff durch die photosynthesetreibenden Mikroalgen auf Hochtouren lief, stieg dessen Gehalt im Wasser, komplexere Tiere wurden möglich. Die Schwämme hätten danach die spätere Evolution anderer Gruppen ermöglicht. Schützenhilfe erhielten sie von primitiven Würmern, die den Meeresboden umgruben und belüfteten, so dass mehr Bakterien und Einzeller dort leben konnten und es mehr zu fressen gab. Das verlieh der Evolution zusätzlichen Schub: Die Kambrische Explosion steht dann für Umweltveränderungen, die von der Biologie angetrieben wurde.