Brain Space liefert neue Erkenntnisse über prähistorische Lungenfische

Die Evolution des Gehirns und des Nervensystems bei Tieren wurde mehr als 400 Millionen Jahre zurückgespult, dank der Untersuchung fossiler Überreste uralter Lungenfische, die ein fehlendes Glied bei der Entstehung landlebender, vierbeiniger Tiere auf der Erde liefern.

Eine internationale Studie unter der Leitung der Flinders University in Australien hat detaillierte 3D-Modelle von kranialen Endocasts von sechs fossilen paläozoischen Lungenfischen (Dipnoi) mit den Gehirnräumen der überlebenden Schwestergruppe von Landwirbeltieren verglichen, um die Gehirnentwicklung von Lungenfischen besser zu verstehen.

Dies wiederum kann bei der Interpretation der frühesten Tetrapoden helfen, die sich später auf vier Beinen vom Wasser an Land bewegten, sagt die Hauptautorin Dr. Alice Clement von der Flinders University.

Die Entdeckung, beschrieben in der internationalen Zeitschrift eLifezeigt die Evolutionsgeschichte dieser Lappenflossenfische (Sarcopterygii) und zeigt, wie die Riechregion plastischer zu sein scheint als das Hinterhirn und in mehreren Taxa eine signifikante Dehnung erfährt.

„Unsere Entdeckung zeigt, dass sich das Gehirn von Lungenfischen während ihrer 400-Millionen-jährigen Geschichte ständig weiterentwickelt hat, aber es deutet darauf hin, dass sie sich wahrscheinlich immer eher auf ihren Geruchssinn als auf ihr Sehvermögen verlassen haben, um sich in ihrer Umgebung zurechtzufinden. Das ist ganz anders als bei anderen Fischen nutzen Sie das Sehvermögen viel stärker“, sagt Dr. Clement vom Forschungslabor für Ökologie und Evolution (Paläontologie) der Flinders University.

„Sie sagt, dass das Verständnis, wie sich Lungenfischgehirne im Laufe ihrer Evolutionsgeschichte verändert haben, auch dazu beiträgt, zu verstehen, wie die Gehirne der ersten Tetrapoden (unserer landgestützten Vorfahren) ausgesehen haben könnten – dies kann uns eine Vorstellung davon geben, welche Sinne wichtiger waren als andere (wie Sehen vs. Riechen).“

Für diese Studie verwendeten die Forscher aus Australien zusammen mit Co-Autoren aus Großbritannien, Kanada und Schweden leistungsstarke bildgebende Verfahren, um diese Gehirnmodelle virtuell zu rekonstruieren.

Der leitende Autor Dr. Tom Challands von der University of Edinburgh in Schottland sagt, dass die laufende Arbeit für die breite evolutionäre und paläontologische Wissenschaft von Bedeutung ist.

„Dieses Papier verdoppelt effektiv die Anzahl der bekannten Endocasts von Lungenfischen, da ihre Konservierungsqualität oft durch das Zerkleinern oder Zerbrechen eines Fossils beeinträchtigt wird und das Gehirn selbst ein sehr schlechtes Konservierungspotenzial hat und derzeit in keinem fossilen Lungenfisch bekannt ist“, sagt er.

„Lungenfische existieren seit mehr als 400 Millionen Jahren von der Devonzeit bis heute und bieten einzigartige Einblicke in den Zustand der frühesten Tetrapoden sowie in ihre eigene Evolutionsgeschichte.“

Unter Verwendung der Röntgentomographie als paläontologisches Werkzeug wurden die kranialen Endocasts von sechs paläozoischen Lungenfischen (Iowadipterus halli, Gogodipterus paddyensis, Pillararhynchus longi, Griphognathus whitei, Orlovichthys limnatis und Rhinodipterus ulrichi) zerstörungsfrei untersucht werden. Die Fossilien stammen aus Australien, den USA, Russland und Deutschland.

Die sechs fossilen und zwei rezenten Taxa wurden einem 12-Taxon-Datensatz für eine multivariate morphometrische Analyse unter Verwendung von 17 Variablen unterzogen.

„Das Studium unserer ‚fischigen Cousins‘ Lungenfische hilft uns weiterhin zu verstehen, wie Fische vor etwa 350 Millionen Jahren das Wasser verließen und anfingen, Landtiere (Tetrapoden) und später Menschen zu werden. Vielleicht sind einige ihrer Nervensystemmerkmale immer noch in uns vorhanden, “, sagt Dr. Clements.

Der Artikel „Morphometric analysis of lungfish endocasts elucidates early dipnoan palaeoneurological evolution“ (2022) von Alice M. Clement, Tom J. Challands, Richard Cloutier, Laurent Houle, Per E. Ahlberg, Shaun P. Collin und John A. Long wurde in der veröffentlicht eLife.