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Universität Basel

Fossilien, Dokumente der Evolution

Christian A. Meyer

Durch Fossilien lassen sich die Entwicklungsschritte der biologischen Vergangenheit unseres Planeten besser verstehen.

Archaeopteryx lithographica
Archaeopteryx lithographica (von Meyer) aus Blumenberg bei Solnhofen, obere Jurazeit, 142 Millionen Jahre alt.

Als Fossilien gelten alle Tiere und Pflanzen, die älter als 10’000 Jahre sind. Diese versteinerten Reste von Organismen sind Dokumente der Evolution. Die einzelnen Ablagerungsgesteine kann man sich als übereinandergestapelte Seiten eines antiken Buches vorstellen, bei dem viele Seiten herausgerissen sind und andere kaum Schriftzeichen enthalten. Diese Lücken haben verschiedene Ursachen und erklären, wieso die Erhaltung kontinuierlicher Reihen von Evolutionsschritten als Fossilien eher die Ausnahme bilden. Umso wichtiger sind vollständig erhaltene Skelette, denn sie liefern einen wichtigen Beitrag zu Fragen der Evolution.

Prozesse als Filter
Der so genannte Fossilbericht – die Summe aller dokumentierter Fossilvorkommen in einem Gebiet – gleicht einem solchen unvollständigen Buch. Bevor ein Organismus zum Fossil werden kann, wirken verschiedene physikalische und biologische Prozesse als Filter. Die häufigsten Fossilien sind marine Organismen wie Mollusken, Echinodermen oder Korallen, sie machten aber nur einen geringen Teil der damaligen Lebensgemeinschaft aus. In einem heutigen flachmarinen Ökosystem besitzen rund 20 bis 30% der Organismen ein hartes, kalkiges oder chitinöses Aussen- oder Innenskelett, der Rest hat keine überlieferungsfähigen Hartteile. Dieser biologische Filter verfälscht den Fossilbericht a priori. Eine vollständige Überlieferung setzt bestimmte Bedingungen voraus. Wichtig ist neben dem Skelett eine schnelle Einbettung oder genügende Überdeckung durch Sedimente. Sonst wird die Schale von bestimmten Algen oder Pilzen relativ rasch zerkleinert, von der Bodenströmung erfasst oder durch mechanische Wellenenergie geschädigt. Bei ungenügender Sedimentüberdeckung kann die Schale durch Strömung wieder freigelegt oder durch grabende Organismen wieder an die Oberfläche gebracht werden. Diese erosiven Vorgänge lassen sich mit den herausgerissenen Buchseiten vergleichen: Ist genügend Sauerstoff im Porenwasser des Sediments, sorgen Bakterien für den raschen Abbau der Weichteile. Bei einer Untersättigung an Kalziumkarbonat werden die chemisch instabilen Hartteile gelöst, und im günstigsten Fall bleibt eine Hohlform erhalten. Dies gleicht dem Ausbleichen der Druckerschwärze in unserem antiken Buch. Kurz: Damit ein vollständiger Organismus überliefert wird, braucht es eine rasche und genügende Sedimentüberdeckung sowie ein möglichst sauerstoffarmes Milieu. So können nicht nur die Schale, sondern in äusserst seltenen Fällen auch Weichteile erhalten bleiben.

Ein seltener Vogel
Wenden wir uns einem ganz seltenen und besonderen Fossil zu, das als Paradebeispiel der Evolution gelten kann: dem Archaeopteryx, bei dem nicht nur die Knochen, sondern auch die Körperanhänge, hier also die Federn, überliefert sind. Gefunden wurde er kurz nach der Veröffentlichung von Charles Darwins Jahrhundertwerk «Über die Entstehung der Arten». Darwin beschäftigte sich auf seiner Forschungsreise mit der «Beagle» intensiv mit den revolutionären Ideen des britischen Geologen Charles Lyell. Deshalb enthält seine Evolutionstheorie auch Aussagen über das sehr hohe Alter der Erde. Zur damaligen Debatte leistete ein fossiles Skelett «eines mit Federn bedeckten Tiers», das 1861 in den Steinbrüchen von Solnhofen (Bayern) gefunden worden war, einen wichtigen Beitrag (Bild 1). Der Münchner Paläontologe Andreas Wagner identifizierte es zunächst als Flugsaurier und gab ihm den Namen Gryphosaurus (Rätselechse). Für ihn als überzeugten Anti-Darwinisten konnte es kein Bindeglied zwischen Vogel und Reptil geben. Kurz zuvor hatte Hermann von Meyer eine isolierte Vogelfeder aus denselben Gesteinsschichten beschrieben und zur neuen Gattung Archaeopteryx gestellt. Während in Deutschland über die wahre Natur des Fossils gestritten wurde, führten Verhandlungen mit dem Besitzer dazu, dass es ans Britische Museum verkauft wurde. Kaum angekommen, wurde es von Darwins Erzrivalen Sir Richard Owen wissenschaftlich beschrieben und als Archaeopteryx macrura bekannt gemacht. Dessen Bild als Bindeglied zwischen Reptil und Vogel stiess weder in der Wissenschaft noch in der Öffentlichkeit auf Begeisterung, vielmehr wirkte das Fossil als Beweis für Darwins Evolutionstheorie damals bedrohlich. So forderte es vor allem die religiöse Sicht heraus, wonach Vögel und Reptilien statische Gruppen seien, die als unveränderbare Formen von Gott auf unseren Planeten gesetzt wurden.

Theorienstreit
Zwischen Owen, dem allseits anerkannten, führenden Wissenschaftler und Intimus der königlichen Familie, und Thomas Henry Huxley, dem wohl eifrigsten Verteidiger Darwins und seiner neuen Theorie, entbrannte ein heftiger Streit. Owen, ein zutiefst religiöser Paläontologe, verachtete Darwins Idee der natürlichen Selektion. Er glaubte an eine kontinuierliche Erzeugung, indem Lebensformen von Zeit zu Zeit aus archetypischen Bauplänen entstehen würden. Er bestand darauf, dass Archaeopteryx der älteste Vogel sei, der durch Umwandlung aus einem langschwänzigen Flugsaurier wie Ramphorhynchus entstanden sei (Bild 2). 1868 publizierte Owens Kontrahent Huxley eine Studie, in der er Archaeopteryx als echten Vogel bezeichnete. Er verglich ihn sogar mit Compsognathus, einem kleinen Raubsaurier aus Solnhofen, den er ebenfalls als «missing link» zwischen Reptilien und Vögeln betrachtete. Huxley war überzeugt, dass Vögel von den Dinosauriern abstammten, und sollte damit in den Grundzügen Recht behalten. In den 1970er-Jahren sorgte der US-Paläontologe John Ostrom für eine Wiederbelebung der Debatte, als er zeigte, dass Vögel vermutlich von den Dromaeosauriden abstammten (Bild 3). Auch er sollte Recht haben: Vor rund zehn Jahren konnte anhand neuer Beobachtungen und Funde gezeigt werden, dass bestimmte Dinosaurier echte Federn besassen, darunter auch die Gruppe, die Ostrom untersucht hatte. Die Entdeckung von gefiederten Dinosauriern in China trug zur Wiederbelebung der Debatte entscheidend bei. Ist Archaeopteryx nun der älteste Vogel oder «nur» ein Dinosaurier mit Federn? Einige Knochen am Schädel und die abgespreizte Elle (Ulna) des Handgelenks sind eindeutige Vogelmerkmale, das übrige Skelett zeigt klare Zeichen eines theropoden Dinosauriers, also eines Wesens, das sich auf zwei Beinen fortbewegte. Archaeopteryx wird heute von vielen Fachleuten als Schwestergruppe der echten Vögel angesehen, die sich aus der Gruppe der maniraptoren Dinosaurier (kleinen, flinken Handräubern) entwickelt haben. Federn wurden allerdings evolutiv schon früher «erfunden». Heute gilt der kürzlich beschriebene Epidexipteryx als ältester und phylogenetisch grundlegender theropoder Dinosaurier, der zwar Balzfedern besass, aber nicht fliegen konnte. Dieser Fund aus China ist zwischen 150 und 170 Millionen Jahre alt. Das neuste Exemplar von Archaeopteryx weist eine stark dehnbare zweite Zehe wie bei den Dromaeosauriden auf, die sich durch sichelförmige, scharfe Klauen auszeichnen. Dies untermauert die Herkunft von Theropoden, verwischt aber die Unterscheidung zwischen grundlegenden troodontiden (nachtaktive Formen mit grossen Augenhöhlen) und dromaeosauriden Dinosauriern; zudem wird letztlich in Frage gestellt, ob alle Vögel von einer gemeinsamen Urform abstammen. Was mit dem Londoner Archaeopteryx seinen Lauf nahm, die grosse Debatte um Darwins Theorie, ist auch heute noch sehr aktuell. Die Fossilien sind aber mitunter so zahlreich, dass wir die Evolution trotz lückenhafter Überlieferung nachweisen können – auch wenn die Debatte um eine mögliche Verwandtschaft von Vögeln und Dinosauriern durch neue Funde immer wieder auflebt.

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