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Extreme Klimaveränderungen vor langer Zeit könnten dazu beigetragen haben, die Evolution der Reptilien voranzutreiben

Es gibt nichts Besseres als ein großes Massensterben, um ökologische Nischen zu öffnen und die Konkurrenz auszuräumen, wodurch die Evolution für einige glückliche Überlebende beschleunigt wird. Oder gibt es? Eine neue Studie legt nahe, dass die Geschwindigkeit des Klimawandels eine ebenso große Rolle bei der Beschleunigung der Evolution spielen könnte.

Die Studie konzentriert sich auf die Evolution der Reptilien über 57 Millionen Jahre – vor, während und nach dem Massensterben am Ende des Perm (SN: 6.12.18). Dieses Aussterbeereignis, das durch Kohlendioxid ausgelöst wurde, das vor etwa 252 Millionen Jahren durch erhöhte vulkanische Aktivität in die Atmosphäre und die Ozeane gepumpt wurde, löschte satte 86 Prozent der Arten der Erde aus. Reptilien erholten sich jedoch relativ gut von dem Chaos. Ihre explodierende Artenvielfalt zu dieser Zeit wurde weithin als Folge ihres Vordringens in neu verfügbare Nischen angesehen.

Aber schnelle Klimaschwankungen fanden im Perm bereits viel früher statt, ebenso wie Wellen der Reptiliendiversifizierung, sagen Forscher. Die Analyse von Fossilien von 125 Reptilienarten zeigt, dass Ausbrüche der evolutionären Vielfalt bei Reptilien eng mit relativ schnellen Klimaschwankungen im gesamten Perm und Millionen von Jahren bis in die nächste geologische Periode, die Trias, korrelierten, berichten Forscher am 19. August Wissenschaftliche Fortschritte.

Das Verständnis der Wissenschaftler über die Evolution erweitert sich, je mehr sie sich auf die Verbindung zwischen Evolution und Umweltveränderungen einlassen, sagt Jessica Whiteside, eine Geologin an der Universität von Southampton in England, die an Massenaussterben arbeitet, aber nicht an der neuen Arbeit beteiligt war. „Diese Studie wird zwangsläufig ein wichtiger Teil dieses Gesprächs werden.“

Um die Evolution von Reptilien zu untersuchen, haben der evolutionäre Paläobiologe Tiago Simões von der Harvard University und Kollegen Reptilienfossilien im Alter von 294 Millionen bis 237 Millionen Jahren genau vermessen und gescannt. Insgesamt untersuchten die Forscher 1.000 Exemplare an 50 Forschungseinrichtungen in 20 Ländern. Für Klimadaten nutzte das Team eine bestehende große Datenbank mit Meeresoberflächentemperaturen auf der Grundlage von Sauerstoffisotopendaten, die 450 Millionen Jahre zurückreicht und 2021 veröffentlicht wurde.

Durch die genaue Verfolgung der Veränderungen der Körper- und Kopfgröße und -form bei so vielen Arten, gepaart mit diesen Klimadaten, stellten die Forscher fest, dass sich die Reptilien umso schneller entwickelten, je schneller der Klimawandel war. Das Team fand heraus, dass die schnellste Diversifizierung der Reptilien nicht am Ende des Perms stattfand, sondern mehrere Millionen Jahre später in der Trias, als der Klimawandel am schnellsten und die globalen Temperaturen vernichtend heiß waren. Während dieser Zeit stiegen die Oberflächentemperaturen der Ozeane auf 40° Celsius oder 104⁰ Fahrenheit – ungefähr die Temperatur eines Whirlpools, sagt Simões.

Einige Arten entwickelten sich weniger schnell als ihre Verwandten, sagt Simões. Der Unterschied? Größe. Beispielsweise seien Reptilien mit kleineren Körpergrößen bereits darauf eingestellt, in schnell erwärmenden Klimazonen zu leben, sagt er. Aufgrund ihres größeren Verhältnisses von Oberfläche zu Körper „können Reptilien mit kleinem Körper Wärme besser mit ihrer Umgebung austauschen“, bleiben also relativ kühler als größere Tiere.

„Die kleineren Reptilien wurden im Grunde durch die natürliche Selektion gezwungen, gleich zu bleiben, während den großen Reptilien während derselben Zeit durch die natürliche Selektion gesagt wurde: ‚Du musst dich sofort ändern oder du wirst aussterben.‘ “, sagt Simões.

Dieses als Lilliput-Effekt bezeichnete Phänomen ist kein neuer Vorschlag, sagt Simões und fügt hinzu, dass es bei Meeresorganismen gut etabliert ist. „Aber es ist das erste Mal, dass es in dieser kritischen Phase der Erdgeschichte bei Wirbeltieren mit Gliedmaßen quantifiziert wurde.“

Die detaillierte Arbeit von Simões und Kollegen hat den komplexen Evolutionsbaum für Reptilien und ihre Vorfahren verfeinert. Aber im Moment ist unklar, was vor langer Zeit eine größere Rolle in der Evolution der Reptilien gespielt hat – all diese offenen ökologischen Nischen nach dem Massensterben am Ende des Perms oder die dramatischen Klimaschwankungen außerhalb des Aussterbeereignisses.

„Wir können nicht sagen, was wichtiger war“, sagt Simões. „Ohne beides wäre der Verlauf der Evolution in der Trias und der Aufstieg der Reptilien zur globalen Dominanz in terrestrischen Ökosystemen ganz anders verlaufen.“

T. Simões et al. Aufeinanderfolgende Klimakrisen in der tiefen Vergangenheit trieben die frühe Entwicklung und Ausstrahlung von Reptilien voran. Online veröffentlicht am 19. August 2022. Wissenschaftliche Fortschritte. doi: 10.1126/sciadv.abq1898.

H. Lied et al. Schwellen der Temperaturänderung für Massensterben. Naturkommunikation. Online veröffentlicht am 4. August 2021. doi: 10.1038/s41467-021-25019-2

Autoren: Beth Geiger von Sciencenews

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