Neue Daten aus Fossilien zeigen Veränderungen im Achsenskelett, die auf die Entwicklung des Gehens schließen lassen

Vor der Entwicklung der Flossenbeine durchlief das Achsenskelett, einschließlich der Knochen von Kopf, Hals, Rücken und Rippen, bereits Veränderungen, die unseren Vorfahren schließlich dabei helfen sollten, ihren Körper beim Gehen an Land zu stützen.

Ein Forschungsteam, dem ein Biologe aus Penn State angehörte, hat eine neue Rekonstruktion des Skeletts von Tiktaalik abgeschlossen, dem 375 Millionen Jahre alten fossilen Fisch, der einer der nächsten Verwandten von Wirbeltieren mit Gliedmaßen ist. Die neue Rekonstruktion zeigt, dass die Rippen des Fisches wahrscheinlich an seinem Becken befestigt sind, eine Innovation, die als entscheidend für die Unterstützung des Körpers und für die letztendliche Entwicklung des Gehens gilt.

Ein Artikel, der die neue Rekonstruktion beschreibt, bei der Computertomographie (Mikro-CT) verwendet wurde, um das Fossil zu scannen und die Wirbel und Rippen des Fisches freizulegen, die zuvor unter dem Felsen verborgen waren, wurde am 2. April in veröffentlicht Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften.

„Tiktaalik wurde 2004 entdeckt, aber wichtige Elemente seines Skeletts waren unbekannt“, sagte Tom Stewart, Assistenzprofessor für Biologie am Eberly College of Science in Penn State und einer der Leiter des Forschungsteams. „Diese neuen hochauflösenden Mikro-CT-Scans zeigen uns Tiktaaliks Wirbel und Rippen und ermöglichen uns eine vollständige Rekonstruktion seines Skeletts, was für das Verständnis, wie er sich um die Welt bewegte, von entscheidender Bedeutung ist.“

Im Gegensatz zu den meisten Fischen, die über die gesamte Länge des Rumpfes identische Wirbel und Rippen aufweisen, weisen die Achsenskelette von Wirbeltieren mit Gliedmaßen dramatische Unterschiede in den Wirbeln und Rippen vom Kopfbereich bis zum Schwanzbereich auf. Die Entwicklung dieser Regionalisierung ermöglichte die Ausübung spezieller Funktionen, darunter eine mechanische Verbindung zwischen den Rippen der Sakralregion und dem Becken, die die Unterstützung des Körpers durch die Hinterbeine ermöglichte.

Die Bauchflossen von Fischen sind evolutionär mit den Hinterbeinen von Tetrapoden, viergliedrigen Wirbeltieren, einschließlich des Menschen, verwandt. Bei Fischen sind die Bauchflossen und Beckengürtelknochen relativ klein und schwimmen frei im Körper. Im Laufe der Entwicklung des Gehens, erklärten die Forscher, seien die Hinterbeine und das Becken viel größer geworden und hätten eine Verbindung mit der Wirbelsäule gebildet, um die mit der Stützung des Körpers verbundenen Kräfte zu stärken.

„Tiktaalik ist bemerkenswert, weil es uns Einblick in diesen großen evolutionären Übergang gibt“, sagte Stewart. „An seinem Skelett erkennen wir eine Kombination von Merkmalen, die typisch für Fische und Leben im Wasser sind, sowie Merkmale, die man bei Landtieren findet.“

Tiktaaliks ursprüngliche Beschreibung konzentrierte sich auf den vorderen Teil des Skeletts. Die Fossilien wurden sorgfältig präpariert, um die umgebende Gesteinsmatrix zu entfernen und den Schädel, den Schultergürtel und die Brustflossen freizulegen. Die Rippen in diesem Bereich waren groß und vergrößert, was darauf hindeutet, dass sie den Körper auf irgendeine Weise gestützt haben könnten, aber es war unklar, wie genau sie funktioniert hätten. Im Jahr 2014 wurde auch das Becken des Fisches, das an derselben Stelle wie das restliche Skelett entdeckt wurde, von seiner Matrix befreit und beschrieben.

„Aus früheren Studien wussten wir, dass das Becken groß war, und wir hatten das Gefühl, dass auch die Hinterflossen groß waren, aber bis jetzt konnten wir nicht sagen, ob und wie das Becken mit dem Achsenskelett interagierte“, sagte Stewart. „Diese Rekonstruktion zeigt zum ersten Mal, wie alles zusammenpasst und gibt uns Hinweise darauf, wie sich der Marsch entwickelt haben könnte.“

Die Forscher erklärten, dass im Gegensatz zu unseren eigenen Hüften, wo unsere Knochen eng zusammenpassen, die Verbindung zwischen dem Becken und Tiktaaliks Achsenskelett wahrscheinlich eine Weichteilverbindung aus Bändern war.

„Tiktaalik hatte spezielle Rippen, die über ein Band mit dem Becken verbunden waren“, erklärte Stewart. „Es ist wirklich erstaunlich. Diese Kreatur hat so viele Merkmale – ein großes Paar hinterer Gliedmaßen, ein großes Becken und eine Verbindung zwischen dem Becken und dem Achsenskelett –, die für die Entstehung des Gehens wesentlich waren. Und obwohl Tiktaalik es wahrscheinlich nicht war Als er an Land ging, machte er definitiv etwas Neues. Er war ein Fisch, der wahrscheinlich aufstehen und mit seiner Hinterflosse schieben konnte.

Die neue Skelettrekonstruktion unterstreicht auch Tiktaaliks Spezialisierung auf Kopfbeweglichkeit und neue Details über die Beckenflossenanatomie des Fisches.

„Es ist erstaunlich zu sehen, wie das Tiktaalik-Skelett so detailliert erfasst wurde“, sagte Neil Shubin, Robert R. Bensley Distinguished Professor für Organismalbiologie und Anatomie an der University of Chicago und einer der Autoren des Artikels. „Diese Studie ebnet den Weg für diejenigen, die erforschen, wie sich das Tier vor 375 Millionen Jahren bewegte und mit seiner Umwelt interagierte.“