Die zurückgebliebenen Muscheln und was sie uns über Evolution und Aussterben erzählen können

Hin und wieder betritt das Leben auf der Erde ein fast leeres Spielfeld und steht vor einer spektakulären Chance. Etwas Großes verändert sich – in der Atmosphäre, in den Ozeanen oder in den Organismen selbst – und die bestehenden Arten beginnen, sich in eine völlig neue Welt zu verzweigen. Wissenschaftler sind von diesem Prozess fasziniert, weil er einen einzigartigen Einblick in die Evolution zu entscheidenden Zeitpunkten in der Geschichte des Lebens bietet.

Eine neue Studie unter der Leitung von Wissenschaftlern der University of Chicago untersuchte, wie sich Muscheln – die Gruppe, zu der Muscheln, Muscheln, Jakobsmuscheln und Austern gehören – neben vielen anderen in der Zeit der schnellen Evolution, die als kambrische Explosion bekannt ist, entwickelten. Das Team stellte fest, dass, obwohl viele andere Abstammungslinien schnell in Aktion traten und schnell eine große Vielfalt an Formen und Funktionen entwickelten, die Muscheln zurückblieben, vielleicht weil sie zu lange brauchten, um eine bestimmte Anpassung zu entwickeln, die sie zum Gedeihen brauchten.

Die Studie habe Auswirkungen darauf, wie wir die Evolution und die Auswirkungen des Aussterbens verstehen, sagten die Wissenschaftler.

Muschel und Hochwasser

Vor etwas mehr als 500 Millionen Jahren explodierte die Vielfalt des Lebens auf der Erde plötzlich. In dieser dramatischen Episode, die als kambrische Explosion bekannt ist, entstanden viele Lebensformen, die bis heute bestehen.

Darunter waren die Muscheln – harte, zwillingsschalige Organismen, die auf dem Meeresboden leben. Eine Gruppe von Forschern beschloss, den Aufstieg der Muscheln zu katalogisieren, um zu sehen, wie es ihnen in einem fast leeren Meer mit einem brandneuen Körperdesign erging.

Das Forschungsteam, darunter Stewart Edie (Ph.D.’18) vom Smithsonian National Museum of Natural History, Katie Collins vom britischen Natural History Museum und Sharon Zhou, eine Studentin im vierten Studienjahr an der UChicago, gingen das Fossil durch haben jede bekannte fossile Art aufgezeichnet und sorgfältig untersucht, um ein Bild davon zu bekommen, wie die Muscheln neue Formen und Lebensweisen entwickelten – wie zum Beispiel das Eingraben in das Meeresbodensediment oder das Anheften an Felsen. „Man kann zum Beispiel an der Form der Schale erkennen, ob sie sich wahrscheinlich in das Sediment des Meeresbodens eingräbt, weil sie zum Eingraben lang und dünn wird“, erklärte Zhou.

Sie zeichneten ein umfassendes Bild der Evolution der Muscheln – und waren überrascht.

„Man könnte meinen, dass sie sofort von diesem neuen Körperdesign profitieren und zu Ruhm und biologischem Reichtum gelangen würden“, sagte David Jablonski, William R. Kenan Jr. Distinguished Service Professor für Geophysikalische Wissenschaften an der UChicago und Mitautor von das Papier. „Aber das haben sie nicht getan.“

Stattdessen verzweigten sich die Muscheln im Vergleich zu anderen damals entstandenen Gruppen langsam. „Es ist schon erstaunlich, dass sie es überhaupt geschafft haben“, sagte Jablonski. „Selbst nachdem sie sich zusammengetan hatten und vor etwa 40 Millionen Jahren mit der Diversifizierung begannen, kam es nie zu einer echten Arten- oder Ökologieexplosion.“

Sie wollten unter anderem prüfen, ob es sich hierbei um einen falschen Eindruck handeln könnte, der durch eine Lücke im Fossilienbestand verursacht wurde. Collins erklärte, dass Fossilien aus dieser Zeit von vornherein schwer zu finden seien – viele Gesteine ​​seien inzwischen in andere Gesteinsarten umgewandelt worden – und es auch schwierig sei, herauszufinden, wo sie existieren.

Edie und Zhou führten jedoch eine Reihe von Tests und Computersimulationen durch und stellten fest, dass dies wahrscheinlich keinen Einfluss auf die Ergebnisse hatte: „Wir bräuchten eine wirklich extreme Simulation, um das Muster, das wir in den Felsen sehen, zu ändern“, sagte Edie. „Es ist viel wahrscheinlicher, dass dieser langsame Start die wahre Geschichte war.“

Es ist nicht klar, warum die Muscheln zurückblieben, aber eine Möglichkeit besteht darin, dass sie noch kein Schlüsselorgan entwickelt hatten, das ihnen das Abheben ermöglichte: eine vergrößerte Kieme, um Plankton aus dem Wasser zu filtern, wie es heute so viele Muscheln tun. Als sie diese Adaption entwickelten, war der Meeresboden viel dichter bevölkert. „Wenn man früh auf der Tanzfläche erscheint, kann man machen, was man will, aber wenn man zu spät kommt, schränkt das die Bewegungsfreiheit ein“, sagte Jablonski.

Aber die Muscheln überleben und gedeihen trotz ihrer Verzögerung auch heute noch. „Es zeigt uns, dass es mehr als einen Weg zum Erfolg gibt, selbst wenn man ganz am Anfang des vielzelligen Lebens beginnt“, sagte Jablonski.

Wissenschaftler sind besonders daran interessiert, diese Evolutionsberichte zu katalogisieren, weil sie Hinweise darauf geben können, wie sich das Leben nach größeren Störungen oder Aussterben anpasst und ausstrahlt. Die Forscher planen, die Reaktion der Muscheln auf das Aussterben im Laufe der Zeit zu untersuchen und herauszufinden, ob ähnliche Muster auftreten.

„Aus allen möglichen Gründen wollen wir verstehen, was es bedeutet, sich nach einem Aussterben wieder zu besiedeln – zum Beispiel, was als Folge des großen Aussterbens, das wir gerade erleben, passieren könnte“, sagte Jablonski.

Das Studium war auch eine Lernerfahrung für Zhou, der an der University of Chicago studiert.

Zhou wollte eigentlich Mathematik als Hauptfach studieren, war aber von der Evolutionsbiologie begeistert, nachdem sie einen Kurs belegt hatte, um die Kernanforderungen der UChicago in den Naturwissenschaften zu erfüllen. Sie arbeitete mehrere Jahre in Jablonskis Labor und plant nun, eine Graduiertenschule in diesem Fach zu besuchen.

„Wie das Leben auf der Erde geschieht – das ist für mich eines der größten Rätsel, die wir zu lösen versuchen können“, sagte Zhou.

Der Postdoktorand Nicholas Crouch von der UChicago war ebenfalls Co-Autor des Artikels.