Das Innenohr von Säugetieren ist ein eindrucksvolles Beispiel konvergenter Evolution, wie eine neue Studie zeigt

Eine neue Studie enthüllt die überraschend konvergente Evolution des Innenohrs von Säugetieren. Ein internationales Forschungsteam unter der Leitung von Nicole Grunstra von der Universität Wien und Anne Le Maître vom Konrad Lorenz Institut (KLI) für Evolutions- und Kognitionsforschung (Klosterneuburg) zeigte, dass eine Gruppe stark divergierender Säugetiere, die als Afrotheria bekannt sind, und entfernt verwandte, aber ökologisch sehr ähnliche Säugetiere unabhängig voneinander ähnliche Innenohrformen entwickelten.

Die Studie ist veröffentlicht In Naturkommunikation.

Das Innenohr der Wirbeltiere, das im knöchernen Schädel sitzt, ist wichtig für das Gehör und das Gleichgewicht. Die Vielfalt seiner komplexen Form unter Tieren wurde lange Zeit als Ausdruck der Anpassung an unterschiedliche Umgebungen und Bewegungsverhalten angesehen. Gleichzeitig ist die Form des Innenohrs auch ein Hinweis auf die evolutionäre Abstammung, wobei eng verwandte Arten tendenziell ähnlichere Innenohrformen aufweisen als entfernt verwandte Arten.

Dies lässt darauf schließen, dass die neutrale (nicht-adaptive) Evolution bei der Formung der Innenohrmorphologie wichtiger sein könnte als bisher angenommen. Eine neue Studie der Innenohren einer vielfältigen Gruppe von Säugetieren wirft neues Licht auf diese Frage.

Verdeutlichung durch virtuelle 3D-Modelle

Das Team aus Evolutionsbiologen und Paläontologen, darunter auch Forscher des Naturhistorischen Museums Wien, untersuchte die Form des Innenohrs bei Afrotheria. Diese Tiergruppe besteht aus verwandten Säugetieren, die sich in ihrer Anatomie und ihren Lebensräumen stark unterscheiden, darunter Erdferkel, Elefanten, Goldmulle, Klippschliefer, nagetierähnliche Rüsselspringer und Seekühe.

Die Forscher verglichen die Form ihrer Ohren mit denen anderer Säugetiere, die eine ähnliche Anatomie, Ökologie und/oder Bewegungsart aufweisen, aber nur sehr entfernt mit ihnen verwandt sind, wie etwa Ameisenbären, „echte“ Maulwürfe, Nagetiere, Igel und Delfine.

Das Team führte eine Röntgenmikrotomographie an Schädeln aus Museumssammlungen durch und rekonstruierte daraus virtuelle 3D-Modelle des Innenohrs. Anschließend verglichen sie die Innenohrformen von Afrotheriern und ihren Gegenstücken und analysierten die Ohrform in Bezug auf Lebensraum und Fortbewegung.

Unabhängige Evolution durch gemeinsamen Selektionsdruck

„Wir haben festgestellt, dass die Form des Innenohrs bei analogen Arten ähnlicher ist als bei nicht-analogen Arten, selbst wenn letztere einen jüngeren gemeinsamen Vorfahren haben und daher enger verwandt sind“, erklärt Nicole Grunstra, Erstautorin der Studie.

So ähnelt die Ohrform von Seekühen weniger der von Elefanten oder Klippschliefern (nahe verwandte Afrotheria) als vielmehr der eines Delfins (ein viel weiter entfernt verwandtes Säugetier). Diese Formähnlichkeit entspricht Anpassungen an eine rein aquatische Umgebung. Die Studie fand auch ähnliche Ohrformen bei anderen entfernt verwandten Arten mit derselben Umgebung oder Ernährungsstrategie, zum Beispiel bei unterirdisch lebenden Arten oder Arten, die auf Bäumen leben.

„Wir konnten auch zeigen, dass ökomorphologisch ähnliche Säugetiere ähnliche Ohrformen als Anpassung an gemeinsame ökologische Nischen oder Fortbewegungsarten entwickelten und nicht durch Zufall“, sagt die leitende Autorin Anne Le Maître. Dies ist ein starker Beweis für konvergente Evolution, einen Prozess, bei dem sich aufgrund gemeinsamer Selektionsdrücke unterschiedliche Ohrformen unabhängig voneinander zu ähnlichen Formen entwickeln.

Erhöhte Evolvierbarkeit des Säugetierohrs

Die neue Studie steht offenbar im Widerspruch zu neueren Arbeiten über Vögel, Reptilien und bestimmte Säugetiere, die Zweifel daran aufkommen ließen, inwieweit adaptive Prozesse die Variation des Innenohrs bei Wirbeltieren geprägt haben.

Eine Erklärung ist, dass adaptive Unterschiede in der Ohrform wahrscheinlich besonders stark zum Tragen kommen, wenn man Arten mit unterschiedlichen ökologischen Strategien vergleicht, wie etwa Afrotheria und viele andere Säugetiere. Eine andere mögliche Erklärung ist, dass das Ohr von Säugetieren eine höhere „Evolvabilität“ aufweist, also die inhärente Kapazität zur adaptiven Evolution.

Unter den Wirbeltieren ist das Ohr der Säugetiere besonders komplex. Im Vergleich zu Vögeln, Krokodilen oder Eidechsen hat das Ohr der Säugetiere durch die evolutionäre Verkleinerung und Umwandlung von Kieferknochen und deren anschließende Integration in das Mittelohr mehrere zusätzliche Komponenten erhalten (während diese bei Vögeln und Reptilien Teil des Kiefers geblieben sind).

Diese Besonderheit ermöglicht es Säugetieren, ein viel breiteres Spektrum an Geräuschen wahrzunehmen, insbesondere hohe Töne. Wichtig ist auch, dass dadurch die anatomische, genetische und entwicklungsbedingte Komplexität des Ohrs zunimmt, was der Theorie zufolge die Bandbreite möglicher Ohrformen erweitert, die sich entwickeln können.

„Eine Zunahme genetischer und entwicklungsbezogener Faktoren eines Merkmals gibt der natürlichen Selektion mehr Stellschrauben an die sie drehen kann, was die Evolution verschiedener Anpassungen erleichtert“, ergänzt Co-Seniorautor Philipp Mitteröcker von der Universität Wien.

Diese erhöhte Evolvierbarkeit des Ohrs könnte während der Evolution der Säugetiere den Weg für die Anpassung an neue Umgebungen und Bewegungsverhalten geebnet haben.