Die Entdeckung eines 500 Millionen Jahre alten Fossils enthüllt erstaunliche Geheimnisse der Herkunft der Manteltiere

Karma Nanglu sagt, sein Lieblingstier sei das, an dem er gerade arbeite. Aber sein neuestes Objekt könnte noch eine Weile den ersten Platz einnehmen: ein 500 Millionen Jahre altes Fossil aus der wunderbar seltsamen Gruppe der wirbellosen Meerestiere, den Manteltieren.

„Dieses Tier ist eine ebenso aufregende Entdeckung wie einige der Dinge, die ich gefunden habe, als ich an einer Klippe eines Berges hing oder aus einem Hubschrauber sprang. Es ist genauso cool“, sagte Nanglu, Postdoktorand in der Abteilung für Organismische und Evolutionsbiologie an der Harvard University.

In einer neuen Studie in NaturkommunikationNanglu und Co-Autoren beschreiben das neue Fossil mit dem Namen Megasiphon thylakos und zeigen, dass die Manteltiere ihrer Vorfahren als stationäre, filterfressende Erwachsene lebten und wahrscheinlich eine Metamorphose aus einer kaulquappenähnlichen Larve durchliefen.

Manteltiere sind wirklich seltsame Kreaturen, die in allen Formen und Größen und mit den unterschiedlichsten Lebensstilen vorkommen. Die Grundform eines erwachsenen Manteltiers ist typischerweise fassartig mit zwei Siphons, die aus seinem Körper herausragen. Einer der Siphons saugt Wasser mit Futterpartikeln an und ermöglicht dem Tier die Nahrungsaufnahme über eine interne korbartige Filtervorrichtung. Nachdem das Tier gefüttert wurde, lässt der andere Siphon das Wasser ab.

Es gibt zwei Hauptlinien der Manteltiere: Ascidiaceans (oft „Seescheiden“ genannt) und Appendicularias. Die meisten Ascidiaces sehen zu Beginn ihres Lebens wie eine bewegliche Kaulquappe aus und verwandeln sich dann in einen fassförmigen Erwachsenen mit zwei Siphons. Ihr Erwachsenenleben verbringen sie fest am Meeresboden. Im Gegensatz dazu behalten Appendikularien das Aussehen einer Kaulquappe, wenn sie erwachsen werden und frei im oberen Wasser schwimmen.

„Diese Vorstellung, dass sie als kaulquappenartige Larven beginnen, die, wenn sie bereit sind, sich zu entwickeln, im Grunde genommen mit dem Kopf gegen einen Stein stoßen, daran kleben bleiben und eine Metamorphose beginnen, indem sie ihren eigenen Schwanz resorbieren, um sich mit zwei Siphons in dieses Wesen zu verwandeln, ist einfach beeindruckend.“ „, sagt Nanglu.

Interessanterweise sind Manteltiere die nächsten Verwandten von Wirbeltieren, zu denen Fische, Säugetiere und sogar Menschen gehören. Wie dieses seltsam aussehende Geschöpf mit Wirbeltieren verwandt sein könnte, ist ohne den Beginn dieser Kaulquappe schwer vorstellbar. Aufgrund der engen Beziehung der Manteltiere zu Wirbeltieren ist ihre Untersuchung von entscheidender Bedeutung für das Verständnis unserer eigenen evolutionären Ursprünge. Leider ist dies nicht einfach, da Manteltiere im gesamten Fossilienbestand fast vollständig fehlen und nur eine Handvoll Fossilien überzeugend als Mitglieder dieser Gruppe erscheinen.

Da es so wenige Fossilien gab, verließen sich die Wissenschaftler hauptsächlich auf das, was man von modernen Manteltierarten lernen konnte. Da niemand die Morphologie und Ökologie des letzten gemeinsamen Vorfahren der Manteltiere kannte, konnten Wissenschaftler nur vermuten, dass es sich entweder um ein bodenlebendes Tier mit zwei Siphons wie die Ascidiaceans oder um ein frei schwimmendes Tier wie die Appendiculariar handelte.

M. thylakos hatte alle grundlegenden Merkmale eines Ascidiac-Manteltiers, einen tonnenförmigen Körper und zwei markante siphonartige Wucherungen. Was dem Team jedoch besonders auffiel, waren die dunklen Bänder, die am Körper des Fossils auf- und abliefen.

Hochleistungsbilder von M. thylakos ermöglichten den Forschern einen direkten Vergleich mit einem modernen Ascidiaces. Die Forscher verwendeten sezierte Abschnitte des modernen Manteltiers Ciona, um die Natur der dunklen Bänder von Megasiphon zu identifizieren. Die Vergleiche ergaben bemerkenswerte Ähnlichkeiten zwischen Cionas Muskeln, die es dem Manteltier ermöglichen, seine Siphons zu öffnen und zu schließen, und den dunklen Bändern, die in dem 500 Millionen Jahre alten Fossil beobachtet wurden.

„Die Morphologie des Megasiphons legt uns nahe, dass der angestammte Lebensstil der Manteltiere einen sich nicht bewegenden Erwachsenen beinhaltete, der seine Nahrung über seine großen Siphons filterte“, sagte Nanglu. „Es ist so selten, nicht nur ein Manteltierfossil zu finden, sondern eines, das einen einzigartigen und beispiellosen Einblick in die frühen evolutionären Ursprünge dieser rätselhaften Gruppe bietet.“

M. thylakos ist das einzige definitive Manteltierfossil mit erhaltenem Weichgewebe, das bisher entdeckt wurde. Es ist das älteste seiner Art und stammt aus der mittleren kambrischen Marjum-Formation in Utah. Das Fossil wurde von den wissenschaftlichen Mitarbeitern der Co-Autoren, Rudy Lerosey-Aubril, und Professor Javier Ortega-Hernández (beide in der Abteilung für Organismische und Evolutionsbiologie) bei einem Besuch im Utah Museum of Natural History (UMNH) im Jahr 2019 als Manteltier erkannt.

„Das Fossil erregte sofort unsere Aufmerksamkeit“, sagte Ortega-Hernández, „obwohl wir hauptsächlich an kambrischen Arthropoden wie Trilobiten und ihren Verwandten mit weichem Körper arbeiten, war die große morphologische Ähnlichkeit von Megasiphon mit modernen Manteltieren einfach zu auffällig, um sie zu übersehen, und wir.“ Ich wusste sofort, dass das Fossil eine interessante Geschichte zu erzählen hat.

Fossilien aus der Marjum-Formation stammen aus der Zeit kurz nach der kambrischen Explosion, einem der bedeutendsten evolutionären Ereignisse in der Erdgeschichte, das vor etwa 538 Millionen Jahren stattfand. In dieser Zeit tauchten die größten Tiergruppen zum ersten Mal im Fossilienbestand auf und veränderten die Meeresökosysteme radikal. Allerdings fehlen Manteltiere in kambrischen Gesteinen merklich, obwohl sie in modernen Ozeanen vielfältig und häufig vorkommen.

In den Vereinigten Staaten gibt es viele Kambrium-Fossilienstandorte mit außergewöhnlicher Erhaltung, diese werden jedoch im Vergleich zu denen im Burgess-Schiefer in Kanada und Chengjiang in China oft übersehen. „Die Entdeckung von Megasiphon veranschaulicht perfekt, warum Javier und ich seit zehn Jahren Feldforschung in Utah durchführen“, sagte Lerosey-Aubril. „Die Marjum-Schichten haben derzeit unsere ganze Aufmerksamkeit auf sich gezogen, da wir wissen, dass sie Fossilien von Tiergruppen wie Manteltieren oder Kammgallerten enthalten, die im kambrischen Fossilienbestand fast vollständig fehlen.“

Schätzungen der molekularen Uhr deuten darauf hin, dass Ascidiaceen vor 450 Millionen Jahren entstanden sind. Allerdings bietet M. thylakos mit seinem Alter von 500 Millionen Jahren den klarsten Einblick in die Anatomie antiker Manteltiere und ihre früheste Entwicklungsgeschichte. Bezeichnenderweise liefert M. thylakos den Beweis dafür, dass der Großteil des modernen Körperbauplans von Manteltieren bereits kurz nach der kambrischen Explosion festgelegt wurde.

„Angesichts der außergewöhnlichen Qualität der Erhaltung und des Alters des Fossils können wir tatsächlich einiges über die Evolutionsgeschichte der Manteltiere sagen“, sagte Nanglu. „Dies ist ein unglaublicher Fund, da wir bis dahin praktisch keine schlüssigen Beweise für die Lebensweise der Vorfahren dieser Gruppe hatten.“

Nachdem sie in diesem Frühjahr erneut Hunderte neuer Fossilien gesammelt haben, sind die Forscher überzeugt, dass die Marjum-Formation gerade erst begonnen hat, ihre Geheimnisse preiszugeben.