Die Wirbelsäule entwickelt sich bei modernen Tieren genauso wie vor 300 Millionen Jahren

Eine Studie von Forschern des Museums für Naturkunde in Berlin hat die Evolution von Ossifikationsmustern im Rückgrat von vierbeinigen Wirbeltieren aufgezeigt. Antoine Verrière und seine Kollegen konnten die Muster rekonstruieren, wie sich die Knochen in der Wirbelsäule beim Vorfahren aller Landwirbeltiere gebildet haben, basierend auf einem großen Datensatz moderner und fossiler Wirbeltiere unter Einbeziehung seltener neuer Daten aus der 300-Millionen- einjähriges Reptil Mesosaurus tenuidens. Die Ergebnisse werden diese Woche in veröffentlicht Wissenschaftliche Berichte.

Das Rückgrat oder die Wirbelsäule ist das definierende und namensgebende Merkmal aller Wirbeltiere, und seine Entwicklung ist allgemein gut verstanden. Einige entscheidende Teile seiner Evolutionsgeschichte bleiben jedoch rätselhaft. Eine neue Studie eines Teams der Humboldt-Universität zu Berlin und des Museums für Naturkunde in Berlin deckt neue Aspekte dieser Geschichte auf.

Der Paläontologe Antoine Verrière, Erstautor der im Rahmen seiner Doktorarbeit durchgeführten Studie, sagt, dass das Projekt mit außergewöhnlich gut erhaltenen Fossilien des Reptils Mesosaurus tenuidens begann. Mesosaurus war das erste Reptil, das sich an das Leben im Wasser anpasste. Mit einer langen Schnauze und einem kräftigen Schwimmschwanz bewohnte er ein Binnenmeer in den südlichen Teilen des Superkontinents Pangaea.

„Bei einigen seltenen juvenilen Exemplaren beobachteten wir, dass sich die Neuralbögen, die Stacheln, die auf dem Hauptteil eines Wirbels sitzen, sich vom Kopf bis zum Schwanz schlossen, als die Tiere wuchsen, ähnlich wie ein Reißverschluss. Wir wollten verstehen, wie dieses Muster funktioniert würde in die Evolutionsgeschichte der Landwirbeltiere passen, aber wir stellten schnell fest, dass überraschend wenig Informationen verfügbar waren. Also beschlossen wir, dies selbst zu untersuchen.“

Das Team untersuchte vier der wichtigsten Entwicklungsmuster in der Wirbelsäule von Amnioten:

Sie nutzten statistische Modelle, um nachzuvollziehen, wie sich diese verschiedenen Muster in der rund 300 Millionen Jahre langen Geschichte der Landwirbeltiere verändert haben, und konnten so die Muster des gemeinsamen Vorfahren aller Landwirbeltiere rekonstruieren.

„Was uns am meisten überrascht hat, war, dass diese Muster in den letzten 300 Millionen Jahren relativ stabil zu sein scheinen“, sagt Prof. Jörg Fröbisch. „Moderne und ausgestorbene Wirbeltiere sind in Bezug auf ihre Körperformen und Lebensweisen enorm vielfältig und die Elemente ihrer Wirbelsäule sind in komplexen Einheiten organisiert, die sich von Art zu Art stark unterscheiden Diversität.“

Obwohl die untersuchten Muster angesichts des enormen betrachteten Zeitraums während der gesamten Evolution relativ stabil waren, traten einige Abweichungen auf. Bemerkenswerterweise haben Vögel, Säugetiere und Schuppenreptilien jeweils ihre eigenen spezifischen Arten der Wirbelverknöcherung entwickelt, die sich von den angestammten Bedingungen bei Amnioten unterscheiden. Aber auch innerhalb dieser Gruppen waren die Muster überraschend stabil.

„Strauße und Möwen zum Beispiel haben sehr unterschiedliche Anatomien und Lebensweisen, aber ihre Wirbelsäulen verknöchern auf ähnliche Weise. Dies zeigt, dass einige Veränderungen zwischen den Hauptlinien der Landwirbeltiere beobachtet werden können, aber innerhalb jeder der Hauptlinien, der Wirbelsäulenentwicklung wieder recht stabil“, sagt Prof. Nadia Fröbisch.

„Unsere Studie ist ein weiteres großartiges Beispiel dafür, wie Daten von Fossilien und modernen Tieren zusammengeführt werden können, um wirklich ein viel tieferes Bild der Entwicklung und Evolution wichtiger Körperstrukturen zu gewinnen“, sagt Antoine Verrière.