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Die kambrische Explosion des Lebens – entschärft?

Reinhard Junker

Studium Integrale Journal
12. Jahrgang / Heft 1 - Mai 2005
Seite 38 - 39

Die Präkambrium-Kambrium-Grenze gilt als eine der größten Diskontinuitäten in der Fossilüberlieferung. Während unterhalb dieser Grenze nur relativ wenige und zum großen Teil eigenartig gebaute Vielzeller gefunden wurden, wimmelt es ab dem Kambrium nur so von unterschiedlichsten Bauplänen des Lebens, und das in weltweiter geographischer Verbreitung. Die Paläontologen bezeichnen diesen auffälligen Einschnitt als „kambrische Explosion“ oder auch als „Urknall der Paläontologie“. Über die Ursachen wurde schon viel diskutiert, aber alle Erklärungsversuche waren (mindestens bislang) reichlich spekulativ oder unplausibel. Aus molekularbiologischen Befunden (Sequenzanalysen) wurde evolutionstheoretisch geschlossen, daß die Vorläufer der kambrischen Baupläne tief im Präkambrium zu suchen seien. Wie tief – darüber gingen die Ergebnisse der einzelnen Studien z. T. weit auseinander (vgl. Wang et al. 1999, eine kurze Zusammenfassung des Standes vom Jahr 2001 bietet Junker 2001; ein neuerer Überblick findet sich bei Peterson et al. 2004). In jedem Fall sind demnach Vorläufer der kambrischen Fauna in unterschiedlich tiefen Schichten des Präkambriums zu erwarten.

Abb. 1: Vernanimalcula – das „Frühlingstierchen. (Aus Chen et al. 2004, Copyright 2004 by AAAS; Abdruck mit freundlicher Genehmigung)

Warum aber wurden diese nicht gefunden? Die wenigen präkambrischen Formen sind kaum als evolutionäre Vorläufer geeignet, sondern weisen z. T. eigene Baupläne auf. Nach einer Hypothese sollten die Vorläufer der kambrischen Formen winzig klein gewesen sein. Das plötzliche Erscheinen im Kambrium wäre demnach nicht auf eine explosive Evolution, sondern auf schnelle Größenzunahme zurückzuführen. Ohne Fossilfunde mußte eine solche Hypothese freilich spekulativ bleiben; immerhin bot sie eine Testmöglichkeit.

Ein neuer Fund nun könnte eine erste Stütze für die Hypothese der miniaturisierten Vorformen bieten. Chinesische und nordamerikanische Forscher um Jun-Yuan Chen von der Universität Nanjing haben in der Doushantuo-Formation im Südwesten Chinas Funde gemacht (Abb. 1), die nach ihrer Deutung die ältesten bekannten Vielzeller mit zweiseitig symmetrischem Körper sein sollen („Bilateria“, zu denen vom Plattwurm bis zum Menschen alle Tiere angehören). Die Fundschicht wird ca. 50 Millionen Jahre vor den Beginn des Kambriums datiert. Dies wären damit auch die ersten Bilateria, die deutlich unterhalb der Kambrium-Grenze gefunden wurden (Chen et al. 2004, 218). Die organismische Natur der Fossilien ist allerdings nicht unbestritten (s. u.)

Die Fossilien sind mit ca. 0,2 mm Länge ausgesprochen klein. Sie weisen aber erstaunlich viele Details auf: Neben Mund, Rachen, Verdauungstrakt und Anus sind paarweise Hohlräume entlang des Verdauungstraktes zu erkennen, die Coelome (sekundäre Leibeshöhlen) darstellen könnten. Paarig an der Außenhaut vorkommende Beulen könnten Positionen von Sinnesorganen sein. Computergestützt wurde die dreidimensionale Form rekonstruiert: Die Tiere sind demnach etwas länger als breit und deutlich abgeplattet; im Bereich der Mundöffnung sind sie leicht zugespitzt. Die Strukturen sind so komplex, daß sie nach Auffassung von Chen et al. (2004) eindeutig von einem erwachsenen Tier stammen müssen und ein Larvalstadium nicht in Frage komme.

Die Forscher nannten diesen frühen Vielzeller Vernanimalcula, was soviel bedeutet wie „kleines Frühlingstierchen“ – in Anspielung auf ihr Auftreten nach der globalen „Snowball Earth“-Vereisung im jüngsten Präkambrium (vgl. Stephan 2004).

Nicht alle Paläontologen sind jedoch mit der Deutung des Fundes einverstanden: So hält es Stefan Bengtson vom schwedischen Museum für Naturgeschichte keineswegs für sicher, daß die gefundenen Strukturen tierischen Ursprungs sein müßten. Es könnte sich um dünne Mineralkrusten handeln, die sich rund um die Hüllen toter, einfach aufgebauter Organismen gebildet hätten, zumal solche „Mini-Särge“ in den untersuchten Gesteinen im Südwesten Chinas keine Seltenheit seien (Stokstad 2004). Chen et al. (2004, 221) befassen sich mit diesem Einwand und geben ihrerseits zu bedenken, daß die Regelmäßigkeit der Strukturen, die gleiche Größe bei allen Funden (10 Exemplare wurden entdeckt), die Bilateralsymmetrie und die anatomischen Details ein deutliches Argument für deren organismische Natur seien.

Sollte es sich bei den Fossilien tatsächlich um Reste fossiler Lebewesen handeln, wären die Funde insofern bemerkenswert, als sie in ihrem Bau dem hypothetisch vorhergesagten Bauplan eines Ur-Bilateriers sehr nahe kämen; darauf weisen Chen et al. (2004, 221) besonders hin. Soweit, so evolutionstheoretisch gut. Andererseits ist die phylogenetische Einordnung problematisch: Nach molekularen Studien befindet sich die erste Gabelung innerhalb der Bilaterier zwischen den Proto- und den Deuterostomiern. (Bei den Protostomiern entwickelt sich in der Individualentwicklung der Urmund zum endgültigen Mund, bei den Deuterostomiern wird der Urmund zum After.) Wohin immer das neue Fossil Vernanimalcula phylogenetisch plaziert wird, muß angenommen werden, daß entweder in einer nachfolgenden evolutionären Linie das komplette mesoderme Coelom (mittleres Keimblatt) wieder verloren ging (nämlich bei den Ecdysozoa; das sind Tiere, die sich häuten) oder daß dieses zweimal unabhängig evolviert ist. Beide Varianten sind evolutionstheoretisch nicht gerade plausibel. Diese Schlußfolgerung könnte nur vermieden werden, wenn eine Phylogenie konstruiert wird, die aufgrund der molekularen Daten nicht besonders wahrscheinlich ist. Es würde sich also einmal mehr erweisen, daß Merkmale mosaikartig verteilt sind.

Die Bedeutung des Fundes in Bezug auf eine mögliche Entschärfung der kambrischen „Explosion“ ist derzeit noch nicht absehbar.


Literatur

Chen JY, Bottjer DJ, Oliveri P, Dornbos SQ, Gao F, Ruffins S,Chi H, Li CW & Davidson EH (2004)
Small Bilaterian Fossils from 40 to 55 Million Years Before the Cambrian. Science 305, 218-222.
Junker R (2001)
Das Präkambrium/Kambrium-Problem: Molekulare Uhren und Fossilien. Stud. Int. J. 8, 83-85.
Peterson KJ, Lyons JB, Nowak KS, Takacs CM, Wargo MJ & McPeek MA (204)
Estimating metazoan divergence times with a molecular clock. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 101, 6536-6541.
Stephan M (2004)
Eine katastrophische Hypothese: Die „Schneeball-Vereisung“ der Erde. Stud. Int. J. 11, 93-97.
Stokstad E (2004)
Controversial fossils could shed light on early animals‘ blueprint. Science 304, 1425.
Wang DY-C, Kumar S & Hedges SB (1999)
Divergence time estimates for the early history of animal phyla and the origin of plants, animals and fungi. Proc. R. Soc. Lond. B 266, 163-171.

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