Vor ungefähr 365 Millionen Jahren verließ eine Gruppe von Fischen das Wasser, um an Land zu leben. Diese Tiere waren früh Tetrapoden, eine Abstammungslinie, die viele tausend Arten umfassen würde, darunter Amphibien, Vögel, Eidechsen und Säugetiere. Menschen sind Nachkommen dieser frühen Tetrapoden, und wir teilen das Erbe ihres Übergangs vom Wasser zum Land.
Aber was wäre, wenn sie, anstatt sich an die Küste zu wagen, umgedreht hätten? Was wäre, wenn diese Tiere kurz vor dem Verlassen des Wassers zurückgezogen wären, um wieder in offeneren Gewässern zu leben?
Ein neues Fossil legt nahe, dass ein Fisch tatsächlich genau das getan hat. Im Gegensatz zu anderen nahe verwandten Tieren, die ihre Körper mit ihren Flossen auf den Grund des Wassers stützten und sich vielleicht gelegentlich an Land wagten, hatte diese neu entdeckte Kreatur Flossen, die zum Schwimmen gebaut waren.
Im März 2020 war ich an der University of Chicago und Mitglied der Biologin Neil Shubins Labor. Ich habe mit Justin Lemberg, einem weiteren Forscher in unserer Gruppe, zusammengearbeitet, um ein Fossil zu verarbeiten, das 2004 während einer Expedition in die kanadische Arktis gesammelt wurde.
Von der Oberfläche des Felsens, in den es eingebettet war, konnten wir Fragmente der Kiefer sehen, etwa 5 cm lang und mit spitzen Zähnen. Es gab auch Flecken von weißen Schuppen mit unebener Textur. Die Anatomie gab uns subtile Hinweise darauf, dass es sich bei dem Fossil um einen frühen Tetrapoden handelte. Aber wir wollten in den Felsen hineinsehen.
Also haben wir eine Technologie namens CT-Scannen verwendet, die Röntgenstrahlen durch die Probe schießt, um nach etwas zu suchen, das sich außerhalb des Blickfelds darin verbergen könnte. Am 13. März scannten wir ein unscheinbares Stück Fels, auf dessen Spitze sich ein paar Schuppen befanden, und stellten fest, dass darin eine komplette Flosse vergraben war. Uns fiel die Kinnlade herunter. Ein paar Tage später wurden das Labor und der Campus geschlossen und COVID-19 schickte uns in den Lockdown.
Die Flosse enthüllt
Eine solche Flosse ist äußerst kostbar. Es kann Wissenschaftlern Hinweise darauf geben, wie sich frühe Tetrapoden entwickelt haben und wie sie vor Hunderten von Millionen Jahren gelebt haben. Beispielsweise können wir anhand der Form bestimmter Knochen im Skelett Vorhersagen darüber treffen, ob ein Tier geschwommen oder gelaufen ist.
Obwohl dieser erste Scan der Flosse vielversprechend war, mussten wir das Skelett in hoher Auflösung sehen. Sobald wir wieder auf den Campus durften, half uns ein Professor der geophysikalischen Fakultät der Universität, den Block mit einer Steinsäge zu kürzen. Dadurch wurde der Block mehr Flosse, weniger Felsen, was einen besseren Scan und eine genauere Sicht auf die Flosse ermöglichte.
Als sich der Staub gelegt hatte und wir die Analyse der Daten über Kiefer, Schuppen und Flossen beendet hatten, erkannten wir, dass es sich bei diesem Tier um eine neue Art handelte. Nicht nur das, es stellt sich heraus, dass dies einer der nächsten bekannten Verwandten von Wirbeltieren mit Gliedmaßen ist – jenen Kreaturen mit Fingern und Zehen.
Wir nannten es Qikiqtania wakei. Sein Gattungsname, ausgesprochen „kick-kiq-tani-ahh“, bezieht sich auf die Inuktitut-Wörter Qikiqtaaluk oder Qikiqtani, den traditionellen Namen für die Region, in der das Fossil gefunden wurde. Als dieser Fisch vor vielen hundert Millionen Jahren lebte, war dies eine warme Umgebung mit Flüssen und Bächen. Sein Artname ehrt die Verstorbenen David Wakeein Wissenschaftler und Mentor, der so viele von uns auf dem Gebiet der Evolutions- und Entwicklungsbiologie inspiriert hat.
Eine Animation der Brustflosse von Qikiqtania, die zeigt, wie sie im Felsen konserviert wurde. Schuppen sind gelb, Flossenstrahlen blau und das Endoskelett grau dargestellt. Bildnachweis: Tom Stewart
Skelette erzählen, wie ein Tier gelebt hat
Qikiqtania verrät viel über eine kritische Periode in der Geschichte unserer Linie. Seine Schuppen sagen den Forschern eindeutig, dass es unter Wasser lebte. Sie zeigen Sinneskanäle, die es dem Tier ermöglicht hätten, den Wasserfluss um seinen Körper herum wahrzunehmen. Seine Kiefer sagen uns, dass es als Raubtier auf Nahrungssuche ging, Beute beißt und mit einer Reihe von Reißzähnen festhält und Nahrung durch Saugen in sein Maul zieht.
Aber es ist die Brustflosse von Qikiqtania, die am meisten überrascht. Er hat einen Oberarmknochen, genau wie unser Oberarm. Aber Qikiqtania hat eine sehr eigenartige Form.
Frühe Tetrapoden, wie Tiktalik, haben Humeri, die einen markanten Kamm an der Unterseite und eine charakteristische Reihe von Beulen besitzen, an denen Muskeln ansetzen. Diese knöchernen Beulen sagen uns, dass frühe Tetrapoden auf dem Grund von Seen und Bächen lebten und ihre Flossen oder Arme benutzten, um sich abzustützen, zuerst auf dem Boden unter Wasser und später an Land.
Qikiqtanias Humerus ist anders. Es fehlen diese charakteristischen Grate und Prozesse. Stattdessen ist sein Humerus dünn und bumerangförmig, und der Rest der Flosse ist groß und paddelartig. Diese Flosse wurde zum Schwimmen gebaut.
Während andere frühe Tetrapoden am Wasser spielten und lernten, was Land zu bieten hatte, tat Qikiqtania etwas anderes. Sein Humerus ist wirklich anders als alle anderen bekannten. Meine Kollegen und ich denken, es zeigt, dass Qikiqtania sich vom Wasser abgewandt und sich weiterentwickelt hat, um wieder über dem Boden und im offenen Wasser zu leben.
Eine Animation des vollständigen Skeletts von Qikiqtania. Bildnachweis: Tom Stewart
Evolution ist kein Marsch in eine Richtung
Evolution ist kein einfacher, linearer Prozess. Obwohl es den Anschein haben mag, dass frühe Tetrapoden zwangsläufig zum Leben an Land tendierten, zeigt Qikiqtania genau die Grenzen einer solchen Richtungsperspektive. Die Evolution hat keine Leiter zum Menschen gebaut. Es ist eine komplexe Reihe von Prozessen, die zusammen den verworrenen Baum des Lebens wachsen lassen. Neue Arten bilden sich und sie diversifizieren sich. Äste können in beliebig viele Richtungen abgehen.
Dieses Fossil ist aus so vielen Gründen etwas Besonderes. Es ist nicht nur ein Wunder, dass dieser Fisch Hunderte von Millionen Jahren im Felsen konserviert war, bevor er von Wissenschaftlern in der Arktis entdeckt wurde Ellesmere-Insel. Es ist nicht nur bemerkenswert vollständig, mit seiner vollständigen Anatomie, die durch einen glücklichen Zufall an der Schwelle einer globalen Pandemie enthüllt wurde. Es bietet auch zum ersten Mal einen Einblick in die breitere Vielfalt und das Spektrum der Lebensweise von Fischen beim Übergang vom Wasser zum Land. Es hilft Forschern, mehr als eine Leiter zu sehen und diesen faszinierenden, verworrenen Baum zu verstehen.
Entdeckungen hängen von der Gemeinschaft ab
Qikiqtania wurde auf dem Land der Inuit gefunden und gehört dieser Gemeinschaft. Meine Kollegen und ich waren nur in der Lage, diese Forschung aufgrund der Großzügigkeit und Unterstützung von Einzelpersonen in den Weilern Resolute Bay und Grise Fiord, den Iviq Hunters and Trappers of Grise Fiord und dem Department of Heritage and Culture, Nunavut, durchzuführen. An sie, im Namen unseres gesamten Forschungsteams, „nakurmiik“. Vielen Dank. Paläontologische Expeditionen auf ihr Land haben unser Verständnis der Geschichte des Lebens auf der Erde wirklich verändert.
COVID-19 hat viele Paläontologen in den letzten Jahren davon abgehalten, zu reisen und Feldstandorte auf der ganzen Welt zu besuchen. Wir freuen uns darauf, zurückzukehren, alte Freunde zu besuchen und wieder zu suchen. Wer weiß, welche anderen Tiere in unscheinbaren Steinblöcken versteckt sind und darauf warten, entdeckt zu werden.
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