Studie enthüllt Yunnanozoen als die ältesten bekannten Stammwirbeltiere

Wissenschaftler haben lange über die Lücke im Fossilienbestand nachgedacht, die die Evolution von Wirbellosen zu Wirbeltieren erklären könnte. Wirbeltiere, einschließlich Fische, Amphibien, Reptilien, Vögel, Säugetiere und Menschen, teilen einzigartige Merkmale wie ein Rückgrat und einen Schädel. Wirbellose Tiere sind Tiere ohne Rückgrat.

Der Prozess, der Wirbellose zu Wirbeltieren machte – und wie diese frühesten Wirbeltiere aussahen – ist Wissenschaftlern seit Jahrhunderten ein Rätsel.

Ein Forschungsteam hat nun eine Studie über Yunnanozoen durchgeführt, ausgestorbene Kreaturen aus dem frühen Kambrium (vor 518 Millionen Jahren), und Beweise dafür gefunden, dass sie die ältesten bekannten Stammwirbeltiere sind. Der Begriff Stammwirbeltier bezieht sich auf jene Wirbeltiere, die ausgestorben sind, aber sehr eng mit lebenden Wirbeltieren verwandt sind.

Das Forschungsteam vom Nanjing Institute of Geology and Paleontology, der Chinese Academy of Sciences und der Nanjing University veröffentlichte seine Ergebnisse in der Zeitschrift Wissenschaft am 8. Juli 2022.

Im Laufe der Jahre, als Wissenschaftler untersuchten, wie sich Wirbeltiere entwickelten, lag ein Schwerpunkt der Forschung auf den Rachenbögen, jenen Strukturen, die Teile des Gesichts und des Halses produzieren, wie Muskeln, Knochen und Bindegewebe. Forscher haben die Hypothese aufgestellt, dass sich der Pharynxbogen aus einem ungelenkigen Knorpelstab bei Vorfahren von Wirbeltieren entwickelt hat, wie z. B. dem Chorda amphioxus, einem nahen wirbellosen Verwandten der Wirbeltiere. Aber ob eine solche Anatomie bei den alten Vorfahren tatsächlich existierte, ist nicht sicher bekannt.

Um die Rolle des Schlundbogens bei alten Wirbeltieren besser zu verstehen, untersuchte das Forschungsteam die Fossilien der Yunnanozoen mit weichem Körper, die in der Provinz Yunnan, China, gefunden wurden. Jahrelang haben Forscher die Yunnanozoen untersucht, mit unterschiedlichen Schlussfolgerungen, wie die Anatomie der Kreatur zu interpretieren ist. Die Affinität von Yunnanozoen wird seit etwa drei Jahrzehnten diskutiert, wobei mehrere Artikel veröffentlicht wurden, die unterschiedliche Meinungen unterstützen, darunter vier in Natur und Wissenschaft.

Das Forschungsteam machte sich daran, neu gesammelte Yunnanozoen-Fossilien auf bisher unerforschte Weise zu untersuchen und führte eine hochauflösende anatomische und ultrastrukturelle Studie durch. Die 127 untersuchten Proben weisen gut erhaltene kohlenstoffhaltige Rückstände auf, die es dem Team ermöglichten, ultrastrukturelle Beobachtungen und detaillierte geochemische Analysen durchzuführen.

Das Team wandte Röntgenmikrotomographie, Rasterelektronenmikroskopie, Transmissionselektronenmikroskopie, Raman-Spektrometrie, Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie und energiedispersive Röntgenspektroskopie an den fossilen Proben an. Ihre Studie bestätigte in mehrfacher Hinsicht, dass Yunnanozoen Zellknorpel im Pharynx haben, ein Merkmal, das als spezifisch für Wirbeltiere gilt. Die Ergebnisse des Teams unterstützen, dass Yunnanozoen Stammwirbeltiere sind. Die Ergebnisse ihrer Studie zeigen, dass die Yunnanozoen die frühesten und zugleich primitivsten Verwandten der Kronenwirbeltiere sind.

Während ihrer Studie beobachtete das Team, dass alle sieben Schlundbögen in den Yunnanozoen-Fossilien einander ähnlich sind. Alle Bögen haben bambusartige Segmente und Filamente. Benachbarte Bögen sind alle durch dorsale und ventrale horizontale Stangen verbunden und bilden einen Korb. Ein korbartiges Rachenskelett ist ein Merkmal, das man heute bei lebenden kieferlosen Fischen wie Neunaugen und Schleimaalen findet.

„Zwei Arten von Pharynxskeletten – die korbartigen und isolierten Arten – kommen im Kambrium und in lebenden Wirbeltieren vor. Dies impliziert, dass die Form der Pharynxskelette eine komplexere frühe Evolutionsgeschichte hat als bisher angenommen“, sagte Tian Qingyi, der Erstautor der Studie von der Nanjing University und dem Nanjing Institute of Geology and Paleontology, Chinese Academy of Sciences.

Ihre Forschung verschaffte dem Team neue Einblicke in die detaillierten Strukturen der Schlundbögen. Die neuen anatomischen Beobachtungen, die das Team in seiner Studie erzielte, stützen die evolutionäre Platzierung von Yunnanozoen im sehr basalen Teil des Wirbeltier-Lebensbaums.