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380 Millionen Jahre alte Fossilien enthüllen, warum wir einen Hals haben
Ein abgesetzter Hals galt lange als Anpassung, mit der die Vorfahren der Landwirbeltiere ihren Kopf unabhängig vom Rumpf bewegen konnten. Doch biomechanische Berechnungen sprechen dagegen, weil die meisten untersuchten frühen Vierfüßer ihren Kopf kaum drehen oder anheben konnten. Die Trennung von Schädel und Schultergürtel könnte vielmehr eine Folge der zunehmenden Fortbewegung mit Vordergliedmaßen gewesen sein.
University Park (U.S.A.). Bei heutigen Landwirbeltieren lässt sich der Kopf bewegen, ohne den ganzen Rumpf mitzudrehen. Bei den meisten Fischen ist dies anders, weil ihr Schultergürtel unmittelbar mit dem Schädel verbunden ist. Als diese Verbindung bei den Vorfahren der Vierfüßer im Devon vor rund 380 Millionen Jahren verschwand, entstand erstmals ein vom Rumpf abgegrenzter Hals.
Bisher galt diese Veränderung als wichtiger Schritt zu einer freieren Kopfbewegung, die bei der Nahrungssuche und Orientierung in flachem Wasser oder an Land nützlich gewesen sein könnte. Auch Übergangsformen wie der etwa 375 Millionen Jahre alte Fossilfisch Tiktaalik besitzen bereits einen vom Schultergürtel getrennten Schädel. Ob sich sein Kopf deshalb tatsächlich frei bewegen ließ, war jedoch bislang nicht biomechanisch überprüft worden.
Forscher der Uppsala University (UU) um Dr. Dana E. Korneisel haben nun den Bewegungsumfang früher Vierfüßer und ihrer fischartigen Verwandten rekonstruiert. Dazu kombinierten sie mechanische Messungen an heutigen Stören mit anatomischen Daten von sechs ausgestorbenen Wirbeltierarten. Die Berechnungen sollten klären, ob die Entstehung des Halses tatsächlich mit einer deutlich größeren Beweglichkeit verbunden war.
„Ich habe diese Studie begonnen, um herauszufinden, welchen Unterschied diese anatomische Veränderung für die Tiere machte“, erklärt Dr. Dana E. Korneisel.
Die frühen Vierfüßer besaßen eine ungewöhnliche Wirbelsäule. Ihre knöchernen Wirbelelemente lagen um die Chorda dorsalis, einen langen Stab aus Weichgewebe, der bei diesen Tieren noch im Erwachsenenalter den Rücken stützte. Da dieses Weichgewebe nur selten fossil überliefert ist, konnte die Steifigkeit ihrer Wirbelsäule bisher kaum direkt abgeschätzt werden.
Bei heutigen Seestören bleibt eine vergleichbar aufgebaute Chorda dorsalis ebenfalls erhalten. Das Team hat deshalb die Wirbelsäulen von zehn jungen Stören präpariert und ihre Widerstandskraft beim seitlichen Biegen, beim Strecken und beim Verdrehen gemessen. Anschließend übertrugen die Forscher diese Materialwerte auf die aus Fossilien rekonstruierten Halsbereiche der ausgestorbenen Arten.
Zu den untersuchten Fossilien gehörte auch Tiktaalik, dessen Körperbau mehrere Übergangsmerkmale zwischen Fischen und frühen Vierfüßern vereint. Das Tier besaß kräftige Vorderflossen, mit denen es sich wahrscheinlich am Gewässergrund abstützen konnte.
„Tiktaalik ist einer dieser fossilen Fische und wurde 2006 erstmals beschrieben“, sagt Thomas A. Stewart von Penn State.
Die Modelle ergaben für Tiktaalik eine maximale seitliche Halsbeugung von rund 5,5 Grad. Bei Acanthostega, Greererpeton und Trimerorhachis lagen die entsprechenden Werte sogar unter drei Grad, während sich der Kopf nach oben um weniger als 1,5 Grad anheben ließ. Eine unabhängige Drehung des Kopfes, etwa wie beim Kopfschütteln, wäre nach den berechneten mechanischen Belastungen kaum möglich gewesen.