Der Übergang vom Wasser zum Land markiert einen Wendepunkt in der Geschichte der Wirbeltiere. Es ist der Startpunkt für die Entwicklung neuer Ökosysteme mit einer großen Vielfalt an Landwirbeltieren (Tetrapoden). Frühere Forschungen gingen davon aus, dass dieser evolutionäre Schritt mit Lebewesen wie dem Quastenflosser begann, die in Gewässern lebten, die immer wieder austrockneten und so einen evolutionären Druck für die Anpassung an das Leben an Land erzeugten. Seit den 1990er Jahren ist jedoch bekannt, dass die ersten Tetrapoden noch Merkmale wie Kiemen und Schwanzflosse besaßen. Ihre beinartigen Gliedmaßen haben sich mutmaßlich im Wasser entwickelt. Wie und wann sie sich an das Leben an Land anpassten, ist aber noch unklar, zumal sich bisherige Untersuchungen auf einige wenige fossile Arten beschränkt haben.
Alte und neue Fossilien
Forscher um Blake Dickson von der Harvard University haben nun 40 fossile Oberarmknochen von ausgestorbenen Tierarten am Übergang zwischen Wasser und Land analysiert. Dafür verwendeten sie sowohl schon länger bekannte Fossilien, als auch solche, die erst kürzlich entdeckt wurden. Der Oberarmknochen (Humerus) eignete sich den Forschern zufolge besonders gut für die Untersuchungen, da er bei allen für die Fragestellung relevanten Tierarten vorkommt und in den Fossilien oft gut erhalten ist. Überdies ist dieser Knochen besonders relevant für den Wandel von Wasser- zu Landtieren: Je nachdem, ob er flexible Flossenschläge ermöglichen oder das Gewicht eines Landtieres aushalten soll, muss er unterschiedlich geformt sein.
„Wir erwarteten, dass sich am Humerus eine starke funktionelle Veränderung zeigt, die wir nutzen können, um vorherzusagen, an welchem Punkt die Tetrapoden begannen, an Land zu gehen“, sagt Dicksons Kollegin Stephanie Pierce. „Wie fanden heraus, dass terrestrische Fähigkeiten offenbar mit dem Ursprung der Gliedmaßen zusammenzufallen.“ Bei Fischen ist der Knochen kurz und blockförmig, was eine optimale Anpassung an eine schwimmende Fortbewegung darstellt. Bei Landwirbeltieren ist er dagegen verlängert, leicht gedreht und kräftig gebaut, um das Gewicht der Tiere zu tragen und eine gehende Fortbewegung zu ermöglichen. Bei Fossilien am Übergang zwischen Wasser und Land weist der Humerus eine L-Form auf – eine Art Kompromisslösung.
Adaptive Landschaften zeigen Anpassung
Um darzustellen, wie gut die verschiedenen untersuchenden Arten an die jeweiligen Lebensräume angepasst waren, nutzten die Forscher sogenannte adaptive Landschaften. Die perfekte Anpassung an einen Lebensraum stellt dabei den Gipfel eines Berges dar, weniger für den Lebensraum optimierte Formen bilden Täler. Ein adaptiver Höhepunkt für Fische ist in diesem Modell die optimale Anpassung der Knochenform an das Schwimmen; für Landwirbeltiere ist es die optimale Anpassung an die Fortbewegung an Land. „Diese adaptiven Landschaften konnten wir nutzen, um zu sehen, ob die Humerusform früher Tetrapoden besser an das Leben im Wasser oder an Land angepasst war“, erklärt Pierce.
