2024-07-17
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In der langen Geschichte der Evolution des Lebens war die Entwicklung der Schwämme immer ein faszinierendes, aber schwer zu lösendes Rätsel. Schwämme gelten als eines der frühesten mehrzelligen Tiere der Erde und sind eine wichtige Brücke zwischen einzelligen Organismen und komplexen Tieren. Allerdings besteht in der wissenschaftlichen Gemeinschaft eine große kognitive Lücke hinsichtlich des Ursprungs und der frühen Entwicklung von Schwämmen.
Bis vor kurzem gelang chinesischen Wissenschaftlern ein großer Durchbruch, der einen wichtigen Hinweis zur Lösung dieses Rätsels lieferte. Ein internationales Gemeinschaftsteam unter der Leitung des Forschers Yuan Xunlai vom Nanjing-Institut für Geologie und Paläontologie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften entdeckte vor etwa 550 Millionen Jahren in Yichang in der Provinz Hubei ein Schwammfossil, das den Namen „Spiralgitterschwamm“ erhielt.
Diese Entdeckung füllt nicht nur eine wichtige Lücke in der frühen Evolution der Schwämme, sondern bietet uns auch eine neue Perspektive, um die gesamte Evolution des Lebens neu zu untersuchen.
Bild zur Restaurierung eines Spiralgitterschwamms (Bildquelle: Referenz 2)
Schwämme, diese scheinbar einfache, aber mysteriöse Gruppe von Organismen, nehmen im Tierreich eine einzigartige Stellung ein.
Schwämme haben eine einfache Körperstruktur und keine offensichtlichen Organsysteme, aber sie verfügen über erstaunliche Überlebensfähigkeiten. Ihr Körper fungiert wie ein riesiger Filter, der Wasser aufnimmt und wieder ausstößt, um Nährstoffe und Sauerstoff zu erhalten. Diese einfache und effiziente Überlebensart hat es Schwammtieren ermöglicht, seit Hunderten von Millionen Jahren auf der Erde zu gedeihen.
In modernen Ozeanen gibt es viele Arten von Schwämmen mit unterschiedlichen Formen. Manche Schwämme ähneln zarten Vasen, andere ähneln riesigen Eimern oder Fächern. Außerdem gibt es sie in vielen verschiedenen Farben und mit allem, was Sie brauchen. Diese farbenfrohen Schwämme verleihen der Unterwasserwelt nicht nur leuchtende Farben, sondern leisten auch einen wichtigen Beitrag zum Gleichgewicht des Meeresökosystems.
Verschiedene Schwammtiere (Bildquelle: Wikipedia)
Obwohl moderne Schwämme so häufig vorkommen, „vermissten“ sie in der Erdgeschichte schon lange. Dieses Phänomen hat Wissenschaftler wie ein unlösbares Rätsel verwirrt.
Stellen Sie sich vor, Sie wären ein Paläontologe, der nach den Vorfahren der Schwämme sucht. Sie haben aufgeregt in Felsformationen unterschiedlichen geologischen Zeitalters gegraben und dabei festgestellt, dass vor dem Kambrium, also vor etwa 539 Millionen Jahren, der Fossilienbestand von Schwämmen nahezu leer war. Es ist wie eine dicke Familiengeschichte, bei der alle Seiten der ersten Kapitel fehlen.
Wissenschaftler spekulieren durch molekularbiologische Forschung und molekulare Uhren, dass Schwämme vor etwa 700 Millionen Jahren entstanden sein sollen. Im tatsächlichen Fossilienbestand tauchten bestätigte Schwammfossilien jedoch erst im Kambrium in großer Zahl auf. Dies bedeutet, dass es eine große Lücke von 160 Millionen Jahren im Fossilienbestand der Schwammtiere gibt. Diese Zeit wird von Wissenschaftlern treffend als die „verlorenen Jahre“ in der frühen Evolution der Schwämme bezeichnet.
Warum gibt es eine solche Situation? Wissenschaftler haben zwei Haupthypothesen aufgestellt:
Die erste Hypothese besagt, dass der gemeinsame Vorfahre der Schwämme möglicherweise mineralisierte Spicules (die Stützstruktur des Schwamms) besaß. Allerdings ist die präkambrische Umgebung möglicherweise nicht förderlich für die Erhaltung dieser Knochennadeln, was es für uns schwierig macht, ihre Fossilien zu finden.
Die zweite Hypothese legt nahe, dass frühe Schwämme möglicherweise überhaupt keine mineralisierten Nadeln hatten, sondern aus Weichgewebe bestanden. Dies macht es einfacher, sie während des Fossilisierungsprozesses zu zerstören und es ist für uns schwieriger, sie zu identifizieren. Es ist, als würde man mit Wasser auf einen Stein malen. Es verdunstet schnell und hinterlässt keine bleibenden Spuren.
Dieses Rätsel hat Wissenschaftler bis zu dieser jüngsten Studie verwirrt, die einen wichtigen Hinweis zur Lösung dieses Rätsels liefert.
Verschiedene Arten von Nadeln moderner Kalkschwammschwämme (Bildquelle: Wikipedia)
In Yichang, Hubei, entdeckten Wissenschaftler ein aufregendes neues Fossil in der Shibantan-Biota, das etwa 550 Millionen Jahre alt ist. Das Fossil trägt den Namen „Spiral Grid Sponge“. Seine Entdeckung ist wie die Suche nach einem Verbindungspunkt in der langen Geschichte und füllt die Lücke in der frühen Evolution der Schwammtiere.
Der spiralförmige Gitterschwamm weist erstaunliche morphologische Merkmale auf. Sein Körper weist eine elegante Kegelform auf und an der Unterseite befindet sich eine scheibenartige Struktur, mit der er am Meeresboden verankert werden kann. Das Auffälligste ist, dass seine Oberflächenstruktur aus regelmäßigen Quadraten besteht, die in kleinere Quadrate unterteilt werden können, um eine komplexe und geordnete Netzwerkstruktur zu bilden.
Foto des Spiralgitterschwammfossils (a) und Laserscanning-Höhenkarte (b) (Bildquelle: Chongqing
Die Struktur erinnert an moderne sechseckige Schwämme, weist jedoch einen entscheidenden Unterschied auf: Das Geflecht des Spiralmaschenschwamms besteht aus organischem Material und nicht aus mineralisierten Nadeln.
Diese Entdeckung bietet eine neue Perspektive auf die frühe Entwicklung von Schwämmen. Es zeigt uns, dass es in der fernen späten Ediacara-Zeit bereits Schwämme ohne mineralisierte Spicules gab. Es ist, als hätten wir eine „primitive Version“ eines Schwamms entdeckt, der noch keine harten Nadeln entwickelt hat, aber bereits die grundlegenden Eigenschaften von Schwämmen aufweist.
Wissenschaftler führten detaillierte Untersuchungen und Analysen des Spiralmaschenschwamms durch. Sie verglichen das Fossil mit einer Vielzahl lebender Tiere und anderen Fossilien, erstellten eine komplexe Datenmatrix und führten strenge phylogenetische Analysen durch. Die Ergebnisse zeigen, dass der Spiralgitterschwamm zum Kronengruppenschwamm gehört und eng mit dem Sechs-Fuß-Schwamm verwandt ist. Diese Entdeckung bestätigt weiter die wichtige Rolle des Spiralgitterschwamms in der Evolution der Schwammtiere.
Eine bestimmte Art von sechsschwämmigen Tieren. Einige der nadelförmigen Ähren können sich zu einem netzartigen Skelett zusammenballen. Es gibt keine schwammartige Substanz. Daher wird diese Klasse auch Glasschwamm genannt. (Bildquelle: Wikipedia)
Die Entdeckung des Spiralgitterschwamms liefert wichtige Informationen für unser Verständnis der frühen Evolution der Tiere. Es zeigt uns, dass wir bei der Suche nach präkambrischen Schwammfossilien nicht nur moderne Schwämme als Standard verwenden können. Frühe Schwämme haben möglicherweise keine mineralisierten Nadeln und es fehlen möglicherweise einige der uns bekannten Merkmale. Diese Entdeckung erweitert unseren Horizont und weist auf neue Richtungen für die zukünftige Forschung hin.
Schwämme und die Explosion des Lebens: Eine erneute Untersuchung des Prozesses der Lebensentwicklung
Die Entdeckung der Spiralgitterschwämme eröffnet uns auch eine neue Perspektive auf die gesamte Evolution des Lebens. Wissenschaftler glauben seit langem, dass die Biome des Präkambriums und des Kambriums sehr unterschiedlich seien.
Die Ediacara-Zeit gilt als eine Ära, die von Kreaturen mit seltsamen Formen und unbekannten Affinitäten dominiert wird. Im Kambrium tauchten plötzlich verschiedene moderne Tierkategorien in großer Zahl auf. Dies ist die berühmte „Kambrische Explosion“. Diese Sichtweise ist so, als würde man zwei völlig unterschiedliche Welten beschreiben: Die eine ist eine antike Welt voller mysteriöser Kreaturen und die andere ist der Prototyp des modernen Meeresökosystems, mit dem wir vertraut sind.
Die Entdeckung des Spiralgitterschwamms hat jedoch eine Brücke zwischen diesen beiden scheinbar getrennten Welten geschaffen. Daraus erfahren wir, dass es in der späten Ediacara-Zeit bereits Lebewesen gab, die evolutionär direkt mit modernen Tieren verwandt waren. Mit anderen Worten: In der antiken Familiengeschichte wurde ein Schlüsselfoto gefunden, das alte Vorfahren und moderne Nachkommen verbindet.
Diese Entdeckung lässt uns auch die Natur der „kambrischen Explosion“ überdenken. Vielleicht ist die Entwicklung des Lebens keine plötzliche „Explosion“, sondern ein allmählicher Prozess. Verschiedene Tierstämme haben möglicherweise schon vor dem Kambrium begonnen, sich zu diversifizieren, aber sie hatten keine harten Schalen oder Knochen entwickelt und waren daher im Fossilienbestand schwer zu bewahren.
Diese neue Entdeckung wirft auch weitere Fragen auf: Gab es vor dem Spiralgitterschwamm frühere Schwammtiere? Wie erlangten die Vorfahren der Schwämme die Fähigkeit, Knochennadeln zu mineralisieren? Die Antworten auf diese Fragen könnten in alten Felsformationen verborgen sein und darauf warten, von zukünftigen Wissenschaftlern entdeckt zu werden.
Evolutionäre Beziehungen zwischen Spiralgitterschwämmen und anderen Tieren (Bildquelle: Referenz 2)
Abschluss
Die Entwicklung der Schwämme ist wie ein Epos, das sich über Hunderte Millionen Jahre erstreckt. Von der anfänglichen weichen Körperstruktur bis zur späteren Entwicklung komplexer mineralisierter Knochennadeln zeugt jeder Schritt vom Geheimnis der Evolution des Lebens. Die Entdeckung des spiralförmigen Gitterschwamms verleiht diesem Epos eine reichhaltige Note und ermöglicht uns einen Blick auf das geheimnisvolle Gesicht des alten Ozeans.
Mit der Weiterentwicklung der Technologie und der Anwendung neuer Methoden können wir in Zukunft möglicherweise mehr frühe Tierfossilien entdecken und das Bild der Evolution des Lebens weiter verbessern. Die Geschichten über Schwämme werden uns weiterhin dazu inspirieren, über die Natur des Lebens nachzudenken, uns dazu ermutigen, unbekannte Gebiete zu erkunden und den Geheimnissen der Lebensentwicklung nachzugehen.
Verweise:
Produziert von: Popular Science China
Autor: Li Jinjuan (Waseda-Universität)
Produzent: China Popular Science Expo
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