Säugetiere sind in vielerlei Hinsicht einzigartig. Wir sind im Vergleich zu unseren Reptilienverwandten warmblütig und wendig, aber es gibt noch einen weiteren Unterschied. Die Forscher Stephanie Pierce und Katrina Jones von der Harvard University vermuten, dass Säugetiere noch in einer weiteren Hinsicht einzigartig sind: in der Beschaffenheit unserer Wirbelsäule. Die Forschung wurde in der Zeitschrift Science veröffentlicht.
Laut Pierce ist die Wirbelsäule von Säugetieren im Grunde wie eine Reihe von Perlen auf einer Schnur, wobei jede Perle einen einzelnen Knochen, einen Wirbel, darstellt. „Bei den meisten vierbeinigen Tieren, etwa Eidechsen, sehen die Wirbel gleich aus und funktionieren gleich“, sagt der Forscher.
Die Stacheln von Säugetieren sind jedoch unterschiedlich. Verschiedene Abschnitte oder Regionen der Wirbelsäule, wie Hals, Brustkorb und unterer Rücken, nehmen sehr unterschiedliche Formen an. Sie funktionieren getrennt und können sich daher an unterschiedliche Lebensweisen wie Laufen, Fliegen, Graben oder Klettern anpassen.
Säugetiere: Fachkolumnen
Während die Stacheln von Säugetieren spezialisiert sind, wurde angenommen, dass die ihnen zugrunde liegenden Regionen ur alt sind und auf die frühesten Landtiere zurückgehen. Es wurde angenommen, dass Säugetiere das Beste aus vorhandenen anatomischen Bauplänen gemacht haben. Die neue Studie stellt diese Idee jedoch in Frage, indem sie sich den Fossilienbestand ansieht.
„Es gibt heute keine lebenden Tiere, die den Übergang von einem ‚eidechsenähnlichen‘ Vorfahren zu einem Säugetier dokumentieren“, sagt Jones. Um das zu erreichen, sagt er, muss man in den Fossilienbestand eintauchen und sich die ausgestorbenen Vorläufer der Säugetiere, die Synapsiden der Nichtsäugetiere, ansehen.Nicht-Säugetier-Synapsiden sind der Schlüssel zum Verständnis des Ursprungs säugetierspezifischer Merkmale, einschließlich der Wirbelsäule.
Rekonstruktion von Edaphosaurus, einem primitiven Säugetiervorfahren; seine langen Stacheln bilden auf seinem Rücken ein Segel.
Aber Fossilien zu studieren ist nicht einfach. Jones sagt in diesem Zusammenhang, dass Fossilien rar seien und dass es äußerst selten sei, ausgestorbene Tiere mit mehr als 25 Wirbeln zu finden. Um dieses Problem anzugehen, stellten Forscher weltweit Museumssammlungen zusammen, um die am besten erh altenen Fossilien von Tieren zu untersuchen, die vor etwa 320 Millionen Jahren lebten.
Eine frühe Veränderung der Wirbelsäule von Säugetieren war ein wichtiger erster Schritt in ihrer Evolution. Im Laufe der Zeit führten Veränderungen in der Wirbelsäule dazu, dass sich Säugetiere zu den unzähligen Arten entwickelten, die wir heute kennen.
Entwicklung der Wirbelsäule bei Säugetieren
Das Forscherteam untersuchte fossile Wirbelsäulen sowie mehr als 1.000 Wirbel lebender Tiere, darunter Mäuse, Alligatoren, Eidechsen und Amphibien. Sie wollten herausfinden, ob die Wirbelregionen von Säugetieren so alt waren wie angenommen oder ob Säugetiere etwas Einzigartiges taten.
„Wenn die Wirbelregionen wie vermutet im Laufe der Evolution unverändert geblieben wären, würden wir erwarten, in Synapsiden von Nicht-Säugetieren dieselben Regionen zu finden, die wir heute bei Säugetieren sehen“, sagt Pierce. Aber das scheint nicht der Fall zu sein.
Als die Forscher die Position und Form der Wirbel verglichen, fanden sie etwas Überraschendes. Die Wirbelsäule hatte im Laufe der Evolution der Säugetiere neue Regionen hinzugewonnen. Frühe Nicht-Säugetier-Synapsiden hatten weniger Regionen als lebende Säugetiere.
Vor etwa 250 Millionen Jahren entwickelte sich eine neue Region in der Nähe der Schultern und Vorderbeine. Dramatische Veränderungen traten auch in den Vorderbeinen von Tieren auf, die als Nicht-Säugetier-Peptide bekannt sind.
Wissenschaftler glauben, dass diese gleichzeitigen Ereignisse wahrscheinlich im Zusammenhang mit Veränderungen in der Art und Weise, wie die Kreaturen gingen und rannten, auftraten.
Forscher gehen davon aus, dass es während der Entwicklung zu einer Art Wechselwirkung zwischen den Geweben, aus denen die Wirbel und das Schulterblatt bestehen, kommt. Sie glauben auch, dass diese Interaktion zur Hinzufügung einer Region in der Nähe der Schulter führte, als sich die Vorderbeine unserer Vorfahren weiterentwickelten und neue Formen und Funktionen annahmen.
Später entstand eine Region in der Nähe des Beckens. Den Forschern zufolge scheint es diese letzte Region, die grenzenlose Lendenwirbelsäule, zu sein, die sich am besten an unterschiedliche Umgebungen anpassen kann.
Der letzte Schritt beim Aufbau der Wirbelsäule von Säugetieren könnte mit Veränderungen in Hox-Genen zusammenhängen, die für Regionen der Wirbelsäule zu Beginn ihrer Entwicklung wichtig sind.
In diesem Zusammenhang konnten Forscher Zusammenhänge zwischen Veränderungen in Tierskeletten und ausgestorbenen Ideen in der modernen Entwicklungsbiologie und Genetik herstellen. „Dieser kombinierte Ansatz hilft uns zu verstehen, was ein Säugetier zu einem Säugetier macht“, schließt Jones.