Fossilien können Evolution erstaunlich geradlinig wirken lassen – vor allem dann, wenn sie aus einem einzigen Gebiet stammen und sich scheinbar sauber in zeitlicher Reihenfolge aneinanderreihen.
Ein neu beschriebener Primat aus dem Süden Wyomings zeigt jedoch, wie schnell dieses Bild ins Wanken gerät, sobald Paläontologinnen und Paläontologen Funde aus einem grösseren geografischen Rahmen einbeziehen.
Das Tier trägt den Namen Tetonius varleyorum und lebte im frühen Eozän vor etwa 55 Millionen Jahren.
Seine Zähne deuten darauf hin, dass die frühe Primatenevolution sowohl durch allmähliche Veränderungen als auch durch Aufspaltungen von Populationen in getrennte Linien geprägt war.
Frühe Primaten waren weit verbreitet
Das Eozän war eine warme Erdphase, in der sich Säugetiere in viele neue Formen ausdifferenzierten. Kleine Primaten kamen in Nordamerika, Europa und Asien vor.
Eine zentrale Gruppe innerhalb dieser frühen Primaten waren die Omomyiden – eine ausgestorbene Familie echter Primaten.
Wo genau sie im Stammbaum der Primaten einzuordnen sind, ist weiterhin umstritten. Klar ist jedoch, dass sie nahe bei den frühen Verzweigungen lebten, aus denen später die grossen Primatengruppen hervorgingen.
Omomyiden lebten in Bäumen
Viele Omomyiden wogen weniger als 100 Gramm (etwa 3,5 Unzen). Wahrscheinlich lebten sie in Bäumen und bewegten sich durch Klettern und Springen fort.
Der Hauptautor der Studie, Parker Rhinehart, promoviert am Biodiversity Institute der University of Kansas.
„Der Artikel handelt von einer neuen Art eines omomyiden Primaten, einer Primatenfamilie, die nahe an der Spitze des Stammbaums moderner Primaten steht – mit Lemuren auf der einen Seite und Menschenaffen, Menschen und Affen auf der anderen“, sagte Rhinehart.
„Der Verzweigungspunkt, an dem sie oben zusammentreffen, ist der Bereich, in den die Omomyiden fallen. Es sind echte Primaten, aber sie sind ausgestorben. Sie tauchen vor etwa 55 oder 56 Millionen Jahren über die gesamte Nordhalbkugel hinweg auf.“
Winzige Zähne bewahren entscheidende Hinweise
Die Fossilien stammen aus Smiley Draw im Great Divide Basin im Süden Wyomings. Die meisten Stücke wurden aus einer Sandsteinlage geborgen, die „Tim’s Confession“ genannt wird.
An diesem Fundort kamen nahezu 1.000 Fragmente von Ober- und Unterkiefern mit Zähnen zutage. Dort liessen sich vier verschiedene Omomyiden-Arten nachweisen – eine für einen einzelnen Fundplatz aus dieser Zeit ungewöhnlich hohe Zahl.
Knochen kleiner Primaten überdauern über Millionen Jahre nur selten, weil sie leicht zerbrechen und sich rasch zersetzen. Zähne und Kieferfragmente bleiben deutlich häufiger erhalten, da Zahnschmelz extrem hart ist.
Das Team untersuchte die Fossilien mit präzisen Vermessungen und detaillierten dreidimensionalen Scans. Anschliessend verglichen sie Form, Grösse, Anzahl und Lage der Zähne mit denen verwandter Primaten.
Neue Art zeigt ein gemischtes Merkmalsbild
Tetonius varleyorum war ungefähr so gross wie ein heutiger Mausmaki. Er besass einen kurzen vorderen Abschnitt des Unterkiefers sowie einen vergrösserten ersten Schneidezahn – also einen Zahn im vorderen Bereich des Mauls.
Das Tier hatte einen unteren Prämolaren verloren, also einen Zahn zwischen Eckzahn und Backenzähnen. Ein weiterer kleiner Schneidezahn war in Richtung Lippe verschoben, sodass die übrigen Vorderzähne enger zusammenrücken konnten.
Gleichzeitig behielt die Art einen Prämolaren mit zwei getrennten Wurzeln. Dieses Merkmal war bei früheren Vertretern der Gruppe verbreitet – dadurch ergibt sich eine ungewöhnliche Kombination aus älteren und späteren Eigenschaften.
„Wir haben sie Tetonius varleyorum genannt“, sagte Rhinehart. „Varley ist der Name einer Familie, die eine Raststätte nahe dem Campingplatz betreibt, auf dem wir während der Fossilsuche unterkommen, und sie haben uns grossartig unterstützt.“
Die Familie Varley fördert die Fossilarbeit in der Region seit vielen Jahren. Bislang ist die Art ausschliesslich aus Smiley Draw bekannt.
Ein Becken prägte die bisherigen Vorstellungen
Ein grosser Teil des bisherigen Wissens über diese Primaten stammte aus dem Bighorn Basin im Nordwesten Wyomings.
Dort wurden über Jahrzehnte hinweg Fossilien gesammelt, wodurch ein detailliertes Archiv aus älteren und jüngeren Gesteinsschichten entstand.
Frühere Untersuchungen legten nahe, dass sich eine Art von Tetonius schrittweise zu einem späteren Verwandten namens Pseudotetonius ambiguus wandelte.
Dabei rückten die Vorderzähne enger zusammen, ein Prämolar verschwand, und die Wurzeln eines weiteren Zahns verschmolzen nach und nach.
Evolution wirkte wie eine gerade Linie
„Eine der wichtigsten Arbeiten aus diesem Becken enthält eine Abbildung, die einen vorgeschlagenen evolutionären Übergang von einer frühen Form von Tetonius darstellt“, sagte Rhinehart.
„Sie gilt als ein hervorragendes Beispiel für einen evolutionären Übergang – als Abbild eines echten Übergangs im Fossilbericht.“
Dieser Ablauf wird Anagenese genannt. Damit ist gemeint, dass sich eine Population im Verlauf der Zeit verändert, ohne sich dabei in getrennte Arten aufzuspalten.
Neue Fossilien bringen Verzweigungen ins Bild
Tetonius varleyorum lässt sich nicht sauber in diese lineare Abfolge einpassen. Zwar fehlte – wie bei späteren Formen – ein Prämolar, doch ein anderer Prämolar zeigte weiterhin die zweigeteilte Wurzelgestalt, die man von älteren Tieren kennt.
„Die Arbeit von 1987 behauptet, dass es keine Verzweigung des Stammbaums gibt – dass man von einer intermediären Tetonius-Art zur nächsten gelangt, ohne Artaufspaltungen“, sagte Rhinehart.
„Evolutionsbiologinnen und -biologen nennen das ‚Anagenese‘.“
Ein anderer Mechanismus, die Kladogenese, tritt auf, wenn sich eine Population in getrennte Gruppen aufspaltet. Diese Gruppen entwickeln sich dann auf unterschiedlichen Wegen weiter und können zu eigenständigen Arten werden.
Das Team verglich 39 Zahnmerkmale über 12 Gruppen verwandter Primaten hinweg. In ihrer Stammbaumanalyse lag Tetonius varleyorum nahe bei Pseudotetonius ambiguus, jedoch auf einem eigenen Seitenast.
Ähnliche Kiefer entstanden unabhängig voneinander
Die Ergebnisse sprechen dafür, dass sich Tetonius varleyorum relativ früh von der Hauptlinie abtrennte. Nach dieser Trennung entwickelten beide Linien kürzere Kiefer und dichter stehende Vorderzähne.
Allerdings erreichten die beiden Arten dieses Ergebnis auf unterschiedlichen Wegen: Tetonius varleyorum verlagerte einen Schneidezahn in Richtung Lippe, während Pseudotetonius ambiguus einen anderen Zahn verkleinerte und dessen Wurzeln miteinander verschmelzen liess.
Dieses Muster wird parallele Evolution genannt. Dabei entstehen ähnliche Merkmale in verwandten Gruppen unabhängig voneinander, statt direkt von einem unmittelbar gemeinsamen Vorfahren übernommen zu werden.
Die Befunde bedeuten nicht, dass die frühere Abfolge aus dem Bighorn Basin falsch gewesen sein muss. Dort kann weiterhin ein gradueller Wandel stattgefunden haben, während es in anderen Regionen zu Verzweigungen kam.
Breitere Fundbasis verändert die Geschichte
„Das ist wirklich wichtig für die Tetonius-Geschichte“, sagte Rhinehart.
„Weil so viele wissenschaftliche Ideen im Grunde nur die Fossilien aus dem Bighorn Basin berücksichtigen, nehmen sie das Gesamtbild nicht auf.
„Eines, das unsere Arbeit zeigt, ist: Sobald man Fossilien von ausserhalb des Bighorn Basin einbezieht, wird dieses Bild etwas komplizierter.“
Smiley Draw enthielt ausserdem zwei seltene Omomyiden, Arapahovius gazini und Anemorhysis savagei. Keine dieser Arten war zuvor am selben Fundort wie Tetonius nachgewiesen worden.
Ihre Anwesenheit macht die zeitliche Einordnung von Smiley Draw unsicher: Einige Tiere sprechen eher für ein höheres Alter, andere sind typischerweise mit jüngeren Gesteinsschichten verknüpft.
Primaten mit unterschiedlichen Evolutionswegen
Derzeit tendieren die Autorinnen und Autoren zu einem jüngeren Alter, doch die Gesteine wurden bislang nicht direkt datiert. Künftige Analysen von Mineralen im Sediment könnten die Fossilien zeitlich deutlich genauer verorten.
Diese Unsicherheit begrenzt, wie präzise das Team angeben kann, wann genau die einzelnen evolutionären Aufspaltungen stattgefunden haben.
Trotzdem zeigen die Funde, dass ein einziges, gut untersuchtes Becken nicht sämtliche Äste der Geschichte einer Gruppe bewahren kann.
Tetonius varleyorum erweitert die klassische Fossilerzählung aus dem Bighorn Basin. Die Art macht deutlich, dass frühe Primaten in verschiedenen Teilen Wyomings mehrere evolutionäre Wege einschlugen.
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