Forschung enthüllt, wie Säugetiere ihr Rückgrat an das Leben im Wasser angepasst haben
Im Laufe der Evolutionsgeschichte haben sich Säugetiere, die ursprünglich an das Leben an Land angepasst waren, mehrfach unabhängig voneinander an das Wasser angepasst, was zu verschiedenen Anpassungsgraden bei Gruppen wie Robben, Walen, Delfinen und Ottern führte. Die meisten aquatischen Arten, wie z. B. Wale, haben sich dramatisch verändert. Der für Säugetiere typische Körperbau mit vier Gliedmaßen, Händen und Füßen wurde allmählich zu einer stromlinienförmigen aquatischen Form mit Flossen umgestaltet, die für das Schwimmen optimiert ist. Gemeinsam mit diesen physischen Veränderungen hat sich die primäre Fortbewegungsart von der Bewegung mit den Gliedmaßen zum Schwimmen mit dem Körper verlagert, das durch die wellenförmige Bewegung der starken Rückenmuskeln angetrieben wird. „Trotz dieser bemerkenswerten Anpassungen wissen wir immer noch nicht, welche Rolle die Wirbelsäule bei der Vereinfachung dieses Übergangs spielt, vor allem wegen ihrer komplexen Morphologie und mangelnder Kenntnisse der Biomechanik“, kommentiert Katrina Jones, Projektkoordinatorin von Back2Sea. Im Rahmen des über die Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen finanzierten Projekts Back2Sea wurden die Veränderungen in Form und Funktion der Wirbelsäule während der Evolution des Übergangs von Land zu Wasser bei Säugetieren umfassend untersucht. „Durch den Vergleich von terrestrischen Arten mit halb-aquatischen und voll-aquatischen Arten wollten wir herausfinden, wie diese strukturellen Veränderungen diese bemerkenswerte Veränderung unterstützt haben“, fügt Jones hinzu. Diese Forschung wurde in Zusammenarbeit mit dem Museum für vergleichende Zoologie der Harvard University durchgeführt.
Säugetiere formen ihre Wirbelsäulen für das Leben im Wasser um
Für ihre umfangreiche Studie reisten die Forschenden zu mehreren Museumssammlungen weltweit. Bei ihren Besuchen nahmen sie detaillierte Messungen an den Wirbelsäulen von lebenden Säugetieren wie auch von fossilen Arten vor, die Übergangsformen darstellen. So konnten sie nachverfolgen, wie sich die Morphologie der Wirbelsäule im Zuge der Anpassung der Säugetiere von einer Lebensweise an Land zu einer Lebensweise im Wasser verändert hat. „Eine wichtige Frage lautete, ob die Organisation des Rückgrats in verschiedene Regionen durch diesen ökologischen Übergang beeinflusst wurde“, sagt Amandine Gillet, Marie-Sklodowska-Curie-Stipendiatin des Projekts. „Unsere Ergebnisse beweisen, dass Wale dazu neigen, die Schwanzregion der Wirbelsäule viel stärker zu betonen als Landsäugetiere, bei denen die Rumpfregion im Vordergrund steht. Dies ist sinnvoll, da die Fluke eine wichtige Rolle bei der Fortbewegung im Wasser spielt, im Gegensatz zur Rumpfregion, die das Laufen unterstützt.“ Um die Auswirkungen dieser morphologischen Veränderungen weiter zu erforschen, führten die Forschenden eine detaillierte experimentelle Studie durch, in der sie die Flexibilität der Wirbelsäule bei landlebenden und aquatischen Säugetieren analysierten. Die Ergebnisse belegen, dass die Beweglichkeit der Wirbelsäulengelenke bei aquatischen Säugetieren je nach taxonomischer Gruppe und Fortbewegungsart erheblich variiert. Diese Unterschiede verdeutlichen, wie das Rückgrat sich verändert hat, um den Bedürfnissen des Lebens im Wasser gerecht zu werden.
Wegweisende Forschung zum Übergang vom Land zum Wasser
Back2Sea ist die bisher umfassendste Studie über die Wirbelsäule aquatischer Säugetiere, die einen beispiellosen Einblick in deren Struktur und Funktion bietet. Biomechanische Daten über Rückgrate sind äußerst selten, und bisher war nur wenig über ihre Rolle bei aquatischen Säugetieren bekannt. Durch die Erhebung funktioneller Daten von acht Modellarten terrestrischer und aquatischer Säugetiere stellt die Back2Sea-Studie einen bedeutenden Fortschritt auf diesem Gebiet dar und bildet eine solide Datenbank, die die Form der Wirbel mit der Funktion der Wirbelsäule bei verschiedenen Säugetierarten verknüpft. „Durch die Klärung der Beziehung zwischen der physischen Struktur und der Funktion in lebenden aquatischen Säugetieren schafft unsere Studie eine solide Grundlage für das Verständnis der komplexen evolutionären Übergänge vom Land zum Wasser“, betont Gillet. „Diese Erkenntnisse sind wertvoll für die Interpretation fossiler Beweise und helfen uns, besser zu verstehen, wann und wie diese außergewöhnlichen Veränderungen stattgefunden haben. Abgesehen von den evolutionären Auswirkungen bieten unsere Erkenntnisse über die Reorganisation der Regionalisierung der Wirbelsäule wichtige Hinweise auf die molekularen Mechanismen, die die Wirbelsäulenentwicklung steuern.“
Schlüsselbegriffe
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