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Die ersten Fische mit Kiefern

vor etwa 440 Millionen Jahren Meere des Silurs

Kurz gesagt

In den Meeren des Silurs breiteten sich Fische mit Kiefern aus, die sich öffnen und schließen konnten. Die Kiefer entstanden wahrscheinlich aus Bögen, die die Kiemen stützten. Futter zu packen und zuzubeißen eröffnete neue Möglichkeiten gegenüber dem bloßen Filtern von Wasser. In China wurden vollständige Kieferfische von etwa 436 Millionen Jahren gefunden.

Warum das wichtig ist Diese Neuerung veränderte die Nahrungsketten im Meer und prägt fast alle heutigen Wirbeltiere.

Quelle: Nature, 2022, „The oldest complete jawed vertebrates from the early Silurian of China“

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Bild: Die ersten Fische mit Kiefern (Meere des Silurs) — Bild, mit KI für Storiascopio erstellt

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Die Geschichte

Fische ohne Kiefer

Wenn du in die Meere von vor 450 Millionen Jahren zurückkehren könntest, fändest du Fische, die ganz anders sind als die heutigen. Fast alle Wirbeltiere von damals, also die Tiere mit Wirbelsäule, waren Fische ohne Kiefer. Sie hatten einen runden Mund, eine immer offene Öffnung, die dazu diente, Wasser einzusaugen und die Nahrung zu filtern oder die Beute auszusaugen. Oft waren sie mit Knochenplatten bedeckt, wie kleine Rüstungen. Ihre lebenden Nachkommen sind wenige: die Neunaugen und die Schleimaale, schmale, längliche Tiere ohne Kiefer.

Dann, im Silur, also vor etwa 443 bis 419 Millionen Jahren, erschien eine Neuerung, die die Geschichte der Wirbeltiere verändern sollte: der Kiefer. Ein Kiefer ist ein beweglicher, gelenkig verbundener Knochen des Mundes, der sich kräftig öffnet und schließt. Damit kann ein Tier packen, beißen, schneiden und zermalmen. Von da an waren die Fische nicht mehr bloße Filtrierer, sondern konnten zu großen Jägern werden.

Die chinesischen Fossilien

In den letzten Jahren haben Funde in China das Datum der ersten Fische mit Kiefern weiter zurückverlegt. Im Jahr 2022 beschrieb eine Gruppe von Paläontologen unter Min Zhu von der Chinesischen Akademie der Wissenschaften Fossilien von Kieferfischen, die nahe der Stadt Chongqing in Gesteinen von etwa 436 Millionen Jahren gefunden wurden. Es sind gepanzerte Fische mit Knochenplatten auf Körper und Kopf, Placodermen genannt, und einige wurden vollständig gefunden, mit erhaltener Körperform.

Im selben Jahr beschrieb eine andere Gruppe unter Plamen Andreev von der Queen Mary University of London Qianodus duplicis, einen Fisch, von dem nur winzige Zähne gefunden wurden, etwa 439 Millionen Jahre alt, in China. Die Zähne stehen in Reihen, wie bei Haien, und gelten deshalb als der älteste Beweis, dass es Fische mit Kiefern gab. Wie immer in der Paläontologie können neue Entdeckungen das Datum noch verschieben: Deshalb spricht der Zeitstrahl von etwa 440 Millionen Jahren vor heute.

Wie der Kiefer entstand

Woher kommt ein so wichtiger Knochen? Die Antwort lag in diesem Fall lange in der Anatomie der lebenden Tiere verborgen. Die kieferlosen Fische haben Knorpelspangen, die die Kiemen stützen, die Kiemenbögen genannt werden. Die Forschenden denken, dass bei den Kieferfischen die ersten Bögen größer wurden und sich nach vorn verschoben und zu den Kiefern wurden. Mit anderen Worten: Die Kiefer sind umgewandelte Kiemenbögen, als wäre ein Teil eines Werkzeugs für eine neue Aufgabe wiederverwendet worden. Ein solcher Vorgang, bei dem eine Struktur ihre Funktion ändert, ist in der Evolution häufig.

Ein Beweis kommt aus der Entwicklung der Embryonen: Kiefer und Kiemenbögen bilden sich auf ähnliche Weise, aus derselben Art von Zellen. Ein weiterer Beweis kommt von Zwischenfossilien wie Entelognathus, einem Fisch von etwa 419 Millionen Jahren, 2013 in China entdeckt, der Merkmale von Panzerfischen und Knochenfischen verbindet.

Fische als Jäger

Nach dem Silur spalteten sich die Kieferfische schnell auf. Das Devon, der folgende Zeitabschnitt, heißt „Zeitalter der Fische“. Es erschienen die Haie und ihre Verwandten mit Knorpelskelett, die Knochenfische und die großen Placodermen. Der berühmteste ist Dunkleosteus, der etwa 3 bis 4 Meter lang wurde und einer der größten Räuber der Meere seiner Zeit war. Er hatte keine Zähne, sondern scharfe Knochenklingen an den Kiefern, mit einem sehr starken Biss.

Die kieferlosen Fische gingen zurück. Sie verschwanden nicht ganz, aber der größte Teil starb aus, erdrückt von der Konkurrenz und den neuen Räubern.

Warum es geschah

Warum entstanden die Kiefer? Wir wissen es nicht sicher, aber es gibt Hypothesen. Eine sagt, dass die vergrößerten Kiemenbögen auch dazu dienten, besser zu atmen: mehr Wasser über die Kiemen zu pumpen. Erst danach hätten sich diese Bögen als nützlich zum Packen von Nahrung erwiesen. Eine andere erklärt den Übergang mit dem Bedürfnis, größere und aktivere Beute zu fressen, in einer Welt, die nun voller Tiere mit Schalen und Panzern war.

Die Gene spielten eine wichtige Rolle: Die, die den Zellen sagen, wo sie das Gesicht und die Kiemen bilden sollen, haben sich verändert und erlaubten es, eine neue Struktur zu bauen. Das untersucht man, indem man die DNA von Neunaugen und von Kieferfischen vergleicht.

Die Forschung geht weiter: Die Entdeckung der Zähne von Qianodus und der Fische von Chongqing hat gezeigt, dass der Ursprung älter und komplexer ist, als man glaubte.

Was sich veränderte

Mit den Kiefern konnten die Wirbeltiere alles fressen: andere Tiere, Pflanzen, Beute mit hartem Panzer. Das erweiterte die Zahl der Lebensweisen enorm und öffnete den Weg zu Haien, Knochenfischen, Amphibien, Reptilien, Vögeln und Säugetieren. Fast alle heutigen Wirbeltiere, also mehr als 99 Prozent der Arten, haben einen Kiefer.

Die Kiefer haben eine Geschichte, die bis zu uns reicht. Die Kieferknochen unserer fernen Reptilienvorfahren wurden kleiner und verschoben sich: Drei Gehörknöchelchen im Mittelohr der Säugetiere, Hammer, Amboss und Steigbügel, stammen von Knochen des Kiefers und der Kiemenbögen von Tieren der Vergangenheit ab. Wenn du einen Ton hörst, benutzt du Knochen, die für einen fernen Vorfahren zum Kauen dienten.

Von den Kiefern und Kiemenbögen stammen zum Teil auch Dinge ab, die wir jeden Tag tun: beißen, kauen, sprechen, singen. Sie sind ein gutes Beispiel dafür, wie die Evolution schon vorhandene Teile wiederverwendet.

Wichtige Menschen und Orte

Menschen

Min Zhu: Chinesischer Paläontologe der Chinesischen Akademie der Wissenschaften. Er leitet die Erforschung der ältesten in China gefundenen Kieferfische.
Plamen Andreev: Paläontologe der Queen Mary University of London. 2022 beschrieb er Qianodus, die ältesten Zähne eines Kieferfisches.
Carl Gegenbaur: Deutscher Anatom (1826-1903). Im 19. Jahrhundert schlug er vor, dass die Kiefer von den Kiemenbögen abstammen.

Orte

Chongqing, China: Region in Südchina, wo die Kieferfische von etwa 436 Millionen Jahren gefunden wurden.
Guizhou, China: Chinesische Provinz, in der die Zähne von Qianodus gefunden wurden, etwa 439 Millionen Jahre alt.
Meere des Silurs: Warme, flache Meere, reich an Korallen und Tieren mit Schalen, in denen die ersten Kieferfische zu jagen begannen.

Gut zu wissen

Die Neunaugen, noch lebende Fische ohne Kiefer, haben einen Saugmund voller Zähne und gehören zu den ältesten Arten unter den heutigen Wirbeltieren.
Haie haben keine Knochen: Ihr Skelett besteht aus Knorpel, demselben Stoff, den du in der Nase und in den Ohren hast.
Der Biss von Dunkleosteus wurde auf 4000 bis 7000 Newton geschätzt, eine enorme Kraft für einen Fisch, der vor etwa 380 Millionen Jahren lebte.
Hammer, Amboss und Steigbügel, die drei Gehörknöchelchen, sind die kleinsten Knochen des menschlichen Körpers und stammen von Kieferknochen alter Tiere ab.
Heute gibt es etwa 65.000 Wirbeltierarten: Alle, bis auf etwa hundert Neunaugen und Schleimaale, haben einen Kiefer.