Schiefe Schädel: Die Evolution verändert Zahnwalschädel

von | NHM | London | 11. Juli 2020

Forscher, unter anderem aus dem Natural History Museum in London, haben festgestellt, dass die Schädel von Zahnwalen im Laufe der Zeit immer asymmetrischer geworden sind. Die frühen Vorfahren lebender Wale zeigen dagegen eine deutlichere Ähnlichkeit der Schädelhälften. Die Wissenschaftler nehmen an, dass die zunehmende Schiefe mit besserer Fähigkeit zur Echolokation einhergeht.

Schädel eines Großen Tümmlers
Schädel eines Großen Tümmlers von oben. Bild aus VAN BENEDEN und GERVAIS (1868)

Für die Studie wurden die Schädel von 84 lebenden und 78 ausgestorbenen Walen, von vor 50 Millionen Jahren bis zu den heute lebenden Walen, verwendet. 34 der verwendeten Exemplare stammten aus den Sammlungen des Naturhistorischen Museums London. Das Team verwendete dreidimensionale geometrische Morphometrie und phylogenetische Vergleichsmethoden, um die Entwicklung der Asymmetrie bis hin zu lebenden Walen zu rekonstruieren. Die Forschung ist die bisher umfassendste Studie, die sich über die Evolutionsgeschichte der Wale und Delfine erstreckt.

Hauptautorin Ellen Coombs vom Natural History Museum sagte: „Es gibt zwei Unterordnungen von Walen – die Bartenwale, darunter Buckelwale, und die Zahnwale, zu denen auch Delfine gehören. Wissenschaftlern ist schon lange bekannt, dass Zahnwale einen asymmetrischen Schädel haben. Sie sind eine der wenigen Tiergruppen, die natürlicherweise einen asymmetrischen Schädel ausbilden. Der Grund dafür ist, dass sie Echolokation betreiben. Sie haben Strukturen im nicht knöchernen Gewebe im Kopf, die es ihnen erlauben, Schall für die Echolokation zu erzeugen. Während sich diese Strukturen im Laufe der Evolution entwickelt haben, kam es auch zur Anpassung des Schädels, daher die Asymmetrie“.

Bartenwale mit geringer Asymmetrie

Die Wissenschaftler fanden heraus, dass Bartenwale, Wale wie der legendäre Blauwal „Hope“ des Naturhistorischen Museums, seit ihrer Entstehung nur wenig veränderte Schädel haben. Das Niveau der Schädelasymmetrie ist gering. Wenn die Asymmetrie des Walschädels für die Fähigkeit zur Ultraschallerzeugung steht, sei es nach Ansicht der Forscher unwahrscheinlich, dass Bartenwale jemals in der Lage waren, die Echolokalisation zu nutzen.

Narwalschädel
Schädel eines männlichen (links) und weiblichen Narwals (rechts) im Zoologischen Museum Hamburg.

Je extremer das Leben, desto schiefer der Schädel

Vor etwa 30 Millionen Jahren trat die Asymmetrie in den Schädeln erstmals auf. Die Wissenschaftler stellten fest, dass Wale mit schiefen Schädeln wie Narwale, Ganges-Delfine und Pottwale eine spezielle Echolokalisation entwickelt haben, um in ihren Nischenhabitaten wie flachen oder eisigen Gewässern oder tiefen Ozeanen zu jagen und zu überleben. Ihre Fähigkeit zur Echolokalisation könnte dazu geführt haben, dass ihre Schädel noch asymmetrischer geworden sind.

UCL-Doktorandin Ellen Coombs: „Wir haben uns angesehen, was um die Zeit geschah, als sich diese großen symmetrischen Bartenwale von den asymmetrischen Zahnwalen vor etwa 39 Millionen Jahren abspalteten. Es ist bekannt, dass Urwale (Archaeoceti), die frühesten Wale vor 50 Millionen Jahren, schiefe Schnauzen hatten. Das ist möglicherweise nur eine Verformung der fossilen Fundstücke, könnte aber auch mit dem Richtungshören zusammenhängen, das ein Hören unter Wasser ermöglichen würde. Dies geht bei den frühen Neoceti verloren – dem Taxon, zu dem auch der jüngste gemeinsame Vorfahre der lebenden Wale gehört. Es war unklar, wann sich die Schädel-Asymmetrie während des Übergangs von den Archäozeten zu den modernen Walen entwickelte. Wir glauben, dass sie vor etwa 30 Millionen Jahren erstmals auftrat. Vielleicht werden die Zahnwalschädel und die darüber liegenden Gewebestrukturen mit zunehmender Spezialisierung der Echolokation auch in der Zukunft immer schiefer“.

Besprochene Veröffentlichung:

COOMBS, E. J., J. CLAVEL, T. PARK, M. CHURCHILL, und A. GOSWAMI (2020):
Wonky whales: the evolution of cranial asymmetry in cetaceans.
BMC Biol 18:86.
https://doi.org/10.1186/s12915-020-00805-4

Dies ist eine Presseinformation des Natural History Museum London

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Ein Gedanke zu „Schiefe Schädel: Die Evolution verändert Zahnwalschädel“

  1. Bei der Fachtagung Secondary Adaptation of Tetrapods to Life in Water 2014 stellten die Berliner mal die Hypothese auf, die Bartenwale hätten ihren Schädel womöglich erst sekundär wieder symmetrisiert, in Anpassung an tiefe Schallfrequenzen.

    Julia M. Fahlke, Indira S. Ritsche und Oliver Hampe:
    Did whales straighten up to hear better? Potential connection between cranial symmetry and low-frequency hearing in mysticetes (Cetacea)
    Ein Beitrag aus dem Berliner Museum für Naturkunde: Schädelasymmetrie ist bei Zahnwalen (Odontoceti) ein allgemein bekanntes Phänomen. Julia Fahlke hat 2011 als Erstautorin das Aufkommen dieser Erscheinung schon bei den Urwalen (Archaeoceti) nachgewiesen (www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1108927108). Bei Bartenwalen (Mysticeti) ist das Phänomen hingegen unbekannt. Da aber Barten- wie Zahnwale auf die Urwale zurückgehen, erscheint es denkbar, dass der Bartenwal-Schädel erst sekundär wieder symmetrisch wurde, vielleicht im Zusammenhang mit der Spezialisierung auf das Hören tiefer Töne. Bisher können die Berliner aber noch keine Zusammenhänge feststellen. Sie wollen weiter suchen.

    Andererseits wurde 2019 die Vermutung dargelegt, dass die Ultraschall-Echolokation im Bereich der Zahnwale zwei Mal entstanden sei: einmal bei den urtümlichen Xenorophidae und ein anderes Mal in der Linie, die zu den heutigen Zahnwalen führt:

    RACICOT, R. A., R. W. BOESSENECKER, S. A. F. DARROCH, und J. H. GEISLER (2019):
    Evidence for convergent evolution of ultrasonic hearing in toothed whales (Cetacea: Odontoceti).
    Biol Lett 15:20190083.
    http://dx.doi.org/10.1098/rsbl.2019.0083

    Grundlage dieser Studie ist ein Perioticum eines extrem urtümlichen Zahnwals, das noch kaum Anpassungen an die Ultraschall-Nutzung zeigt.

    Kurzum: Die wissenschaftliche Diskussion geht hin und her, wie so oft.

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