Ein neues Modell ermöglicht es, die Beweglichkeit der Wirbelsäule einiger der ersten Landtiere zu untersuchen, wobei Störe als materielles Analogon dienten. Die Ergebnisse widerlegen die langjährige Hypothese, dass Veränderungen in der Anatomie früher Vierfüßer beim Übergang zum Landleben deren Halsbeweglichkeit verbesserten. Die Studie, geleitet von einem Forscher der Universität Uppsala, ehemals Carleton University in Kanada, wurde in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht.
Forscher haben eine lange bestehende Hypothese widerlegt, wonach unsere Vorfahren, die frühen Tetrapoden, im Zuge ihres Übergangs zum Landleben eine erhöhte Halsbeweglichkeit erlangten. Bei Fischen sind die Schulterblätter mit dem Schädel verbunden. Bei den frühen Tetrapoden lösten sich die Schultern jedoch im Devon ab, und es bildete sich ein neuer Halswirbelbereich, der diese beiden Skelettteile trennte. Jahrzehntelang ging man davon aus, dass diese Trennung eine freiere Kopfbewegung ermöglichte, weshalb sich die Hypothese, dass die Halsbeweglichkeit ein evolutionärer Faktor für diese Veränderung im Körperbau der Tetrapoden war, lange durchgesetzt hat.
Die Struktur der Wirbelsäule früher Tetrapoden ist im Vergleich zu den meisten heutigen Wirbeltieren sehr ungewöhnlich, was die Modellierung ihrer Bewegungsabläufe erschwert. Sie behalten ihr ganzes Leben lang einen langen Gewebestrang, die Chorda dorsalis, die sich durch die gesamte Wirbelsäule zieht. Ihre eigentlichen Wirbel sind daher klein und um einen großen Schlauch aus Weichgewebe angeordnet. Da sich dieses Weichgewebe anders verhält als die heute typischen Wirbelgelenke, konnten Wissenschaftler die Hypothese der Halsbeweglichkeit bisher nicht überprüfen. In einer neuen Studie entwickelten Forscher jedoch eine Methode, die Halsbeweglichkeit früher Tetrapoden mithilfe eines entfernt verwandten Fisches, des Störs, zu modellieren, der die gleiche Art von Wirbelsäule besitzt. Durch die Anwendung der Materialeigenschaften der Stör-Chorda auf fossile Tiere fanden die Forscher heraus, dass die Hälse früher Tetrapoden überraschend steif waren und selbst ohne umgebende Knochen kaum Beweglichkeit zugelassen hätten.
Vierfüßer erlangten im Laufe der Evolution eine höhere Halsbeweglichkeit. Diese Ergebnisse verschieben diesen Funktionsgewinn zeitlich und evolutionär weiter nach oben, verglichen mit der bisherigen Annahme. Offensichtlich war dies letztendlich von Vorteil, stand diesen frühen Vierfüßern aufgrund ihrer anatomischen Gegebenheiten aber noch nicht zur Verfügung.
Um dies herauszufinden, mussten die Forscher zunächst die Wirbelsäulen von Stören präparieren und sie an einer Universalprüfmaschine biegen und verdrehen. Drei Tage lang testeten sie jeweils drei bis vier Störe gleichzeitig, indem sie zuerst die gesamte Wirbelsäule und dann Abschnitte der Chorda dorsalis herausschnitten, um beide Gewebearten zu prüfen. Aus diesen Testdaten berechneten sie die Materialsteifigkeit des Störgewebes und übertrugen diese Steifigkeit anschließend auf ausgestorbene Tiere. Wenn man die Größe und Form sowohl des zu testenden Objekts als auch des Teils des Tieres, dessen Beweglichkeit man modellieren möchte, messen kann, läuft alles darauf hinaus, die Störzahl durch die Anzahl der Fossilien zu teilen und mit dieser zu multiplizieren.
Die Studie wurde durchgeführt, um herauszufinden, wie groß der Unterschied ist, den diese anatomische Veränderung für diese Tiere ausmacht, also die Trennung des Kopfes von den Schultern. Selbst bei den Präparationen von Stören und der Untersuchung ihrer Wirbelsäulen, die denen früher Vierfüßer sehr ähnlich sind, schien das Gewebe nicht besonders steif. Daher war die nachträgliche Berechnung der geringen Kopfbeweglichkeit bei fast allen diesen Tieren eine große Überraschung. All diese Schätzungen basieren lediglich auf der Wirbelsäule. Die tatsächliche Beweglichkeit dürfte daher geringer gewesen sein als die dargestellten Schätzungen, da das Rückenmark von zahlreichen Geweben wie Muskeln, Haut und – bei vielen dieser Tiere – in der Haut eingebetteten Knochen umgeben ist. Die Kopfhebung dieser Tiere war nicht größer als bei Fischen, manchmal sogar geringer. Die Art von Kopfdrehung, die beim Kopfschütteln ausgeführt werden kann, war bei keinem dieser Tiere möglich.
Chorda-dorsale Wirbelsäulen sind heute selten, waren aber im Laufe der Erdgeschichte weit verbreitet. Die Forscher sammelten zudem Daten zur gesamten Wirbelsäule des Störs, nicht nur zum vordersten Abschnitt. So ließe sich die Beweglichkeit anderer Körperteile früher Vierfüßer oder auch anderer ausgestorbener Gruppen abschätzen, sofern eine ausreichend genaue Rekonstruktion des Skeletts anhand der bekannten Fossilien möglich ist. Die Arbeit erschien unter dem Titel „Die frühe Halsbeweglichkeit von Tetrapoden wurde anhand eines rezenten Analogons modelliert“ in Nature.
Originalpublikation:
https://www.nature.com/articles/s41586-026-11158-3
