Drei neue ausgestorbene Walnussarten in mumifiziertem Wald in der Hocharktis entdeckt

In einem neue Studiebeschreiben Wissenschaftler drei neue, aber seit langem ausgestorbene Walnussarten auf einer Insel oberhalb des Polarkreises. Die Fossilien wurden weiter nördlich entdeckt als alle bekannten Walnussarten, egal ob lebend oder ausgestorben, und stellen einige der ältesten bekannten Funde dieser Gruppe dar. Die Arbeit wurde veröffentlicht in Internationale Zeitschrift für Pflanzenwissenschaften.

Heute ist die kanadische Insel Axel Heiberg eine gefrorene Wüste, in der es fast kein Leben mehr gibt. Doch vor 45 Millionen Jahren gab es hier an den Ufern des Arktischen Ozeans einen üppigen Regenwald. Seitdem wurde der Wald zunächst unter Sedimentschichten und dann unter angesammeltem Eis begraben, sodass er im Lauf der Zeit gefroren blieb.

„Wenn man das Gelände betritt, sind das Erste, was einem auffällt, diese großen Baumstümpfe mit einem Durchmesser von einem Meter oder mehr, die noch immer in dem Boden verwurzelt sind, in dem sie gewachsen sind. Das passt überhaupt nicht hierher. Die nächsten lebenden Bäume sind 3.000 Kilometer entfernt“, sagte der Co-Autor der Studie, James Basinger, emeritierter Professor für Geowissenschaften an der University of Saskatchewan.

Die Stümpfe sind so auffällig, dass man sie aus der Luft erkennen kann. 1985 entdeckten Mitarbeiter des Geological Survey of Canada den Axel Heiberg Fossil Forest, als sie das Gebiet von einem Hubschrauber aus untersuchten. Ein Jahr später kehrten Paläobotaniker an die Fundstätte zurück und fanden Fossilien, wie sie sie noch nie zuvor gesehen hatten.

„Es gibt nicht wirklich viele Orte in der Umgebung, an denen man so gut erhaltene Fossilien sehen kann“, sagte Steven Manchester, Hauptautor der Studie und Kurator für Paläobotanik am Florida Museum of Natural History.

In den meisten Fällen ist die Fossilisierung dadurch gekennzeichnet, dass organisches Material im Laufe der Zeit durch Mineralien ersetzt wird. In anderen Fällen wird organisches Material erhitzt und zu Kohle gepresst oder in Waldbränden verbrannt und als Holzkohle konserviert. Bei den Fossilien von Axel Heiberg ist dies jedoch nicht der Fall. Das Holz, die Blätter, Zapfen, Nüsse und Früchte sind scheinbar unverändert. Diese einzigartige Form der Konservierung wird als Mumifizierung bezeichnet und findet nur unter ganz bestimmten und seltenen Umständen statt.

„Dinge können von Bakterien und Pilzen zersetzt werden, sie können in einem Flussbett herumgewälzt und zerstört werden; es gibt viele Möglichkeiten, das Material zu verlieren, bevor es versteinert“, sagte Basinger. Aber die alten Wälder auf dem Axel Heiberg wurden schnell unter Sumpf- und Seesedimenten begraben. Als das globale Klima abkühlte, verlangsamten sich diese Prozesse.

Basinger war einer der ersten Forscher, die den Wald untersuchten. Die kargen Oberflächen und starken Winde der Arktis machten es bemerkenswert einfach, Proben zu sammeln. „Man kann ein paar Fossilien auf der Oberfläche sehen und sich nehmen, was man kann. Aber wenn man im nächsten Jahr zurückgeht, wenn es ein wenig Erosion gegeben hat, sind ein paar mehr auf der Oberfläche. Über mehrere Jahre hinweg kann man tatsächlich eine große Sammlung zusammentragen“, sagte er.

Die Walnüsse waren aus dem Boden gegraben worden und lagen auf der Oberfläche. „In einem Fall konzentrierten sich die Walnüsse an einer Stelle, möglicherweise wurden sie dort von Tieren versteckt“, sagte Basinger. Einige der fossilen Nüsse haben auch genagte Löcher, was darauf hindeutet, dass sie eine Nahrungsquelle für einheimische Tiere waren.

Über einen Zeitraum von fünfzehn Jahren bargen Basinger und seine Kollegen über tausend Nuss- und Samenfossilien und kehrten mit ihnen zur Untersuchung nach Saskatchewan zurück.

Visualisierung eines global erwärmten Planeten

Wenn man 45 Millionen Jahre zurück ins mittlere Eozän blickte, wären die Pole der Erde nicht wiederzuerkennen. Damals waren die Antarktis und der Polarkreis warm und mit Wäldern bedeckt, im krassen Gegensatz zu den eisigen Wüsten, die wir heute mit dieser Region assoziieren.

Aufgrund ihrer hohen Breitengrade waren die Vegetationsperioden in den Polarregionen relativ kurz, dafür gab es im Sommer außergewöhnlich lange Tage mit bis zu zwanzig Stunden Sonnenlicht. Im Winter hingegen herrschte fast völlige Dunkelheit, die Temperaturen erreichten jedoch selten den Gefrierpunkt.

Paläontologische und geologische Aufzeichnungen deuten darauf hin, dass die Erdatmosphäre zu dieser Zeit mehr CO2 enthielt, was zu viel höheren Temperaturen führte als heute. Dieser globale Treibhauseffekt wiederum führte zu warmen Meeresströmungen, die den Arktischen Ozean eisfrei hielten.

„Im hohen Norden gab es Wälder im Redwood-Stil“, sagte Basinger. Es gab Zypressensümpfe und Hochlandwälder, in denen stattliche Bäume bis zu 40 Meter hoch wuchsen. Das Blätterdach bestand aus Dutzenden von Bäumen, darunter Redwoods, Zedern, Hickorys, Kiefern, Fichten, Hemlocktannen, Lärchen, Birken, Ginkgos und natürlich Walnüsse.

Was wir von den Walnüssen von Axel Heiberg lernen können

Als Experte für die Evolutionsgeschichte der Walnussfamilie half Manchester, das Jahrzehnte dauernde Projekt zum Abschluss zu bringen. Er führte CT-Scans an Walnüssen von der Insel durch und beschrieb drei bislang unbekannte Arten.

„Die CT-Scans ermöglichen es uns, Details der inneren Struktur dieser Nüsse zu zeigen, die früher nur schwer zugänglich waren“, sagte Manchester. Vor der Erfindung der CT-Scanner waren bei herkömmlichen Methoden zur Untersuchung von Fossilien das mühsame Sezieren und Zerschneiden der Proben in verschiedenen Ausrichtungen und die Zerstörung der Proben dabei nötig.

Nachdem Manchester einige der am besten erhaltenen Fossilien untersucht hatte, verglich es sie mit Walnüssen sowohl moderner als auch ausgestorbener Walnussarten. Nationale Forschungseinrichtungen wie iDigBioermöglichen es Forschern, Museumsexemplare, die überall in den Vereinigten Staaten aufbewahrt werden, leicht zu finden. Die Fossilien stimmten mit nichts überein, was bisher entdeckt worden war, und repräsentierten daher drei neue Arten der Gattung Juglans.

Ausschließlich auf Grundlage genetischer Daten lebender Arten gingen Forscher einst davon aus, dass die Walnussfamilie ihren Ursprung irgendwo in Asien hat. Neuere Fossilienfunde deuten jedoch darauf hin, dass sie zuerst in den warmen, feuchten Umgebungen Nordamerikas oder Europas auftraten. Im Zuge der Diversifizierung der Familie passten sich einige Arten kühleren Bedingungen an, wodurch sie ihr Verbreitungsgebiet in höhere Breitengrade ausdehnen konnten.

Die Fossilien aus dieser Studie liefern ein klareres Bild davon, wie sich Walnüsse in Zeiten starker Klimaschwankungen entwickelten und woher unsere heutigen Arten stammen.