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Stammbaum der Gliedertiere: Das Hirn der ältesten Jäger

Ein gut erhaltenes Fossil aus dem Kambrium beweist: Die ersten Jäger der Erde haben zwar ein primitives Hirn gehabt - aber vielleicht auch heute noch Nachkommen.
Auf der Jagd im Kambrium

Die ältesten Jäger der Erde waren ziemlich bizarre Wesen: Im Kambrium vor rund 520 Millionen Jahren schwammen sie im Urozean und schnappten sich lebendiges, zu langsames Futter mit ihren dornenbewehrten Fangzangen, die aus der Vorderseite ihres Kopfes wuchsen. Derlei wie die "Anomalocarididen", so der Fachbegriff der Kambrium-Prädatoren, gibt es heute nicht mehr: Die Tiere kennt man nur noch als fossile Gesteinsabdrücke, aus denen Forscher mit viel Mühe und ein wenig Fantasie Aussehen und Biologie mühsam ableiten. Irgendwann verschwanden die Kambriumjäger dann aus der Welt, ohne Nachkommen zu hinterlassen. Oder nicht?

Auf der Jagd im Kambrium | Im Kambrium gingen Anomalocarididen mit ihren eindrucksvollen Tentakelfangarmen auf die Jagd – vielleicht nach Fischen, von denen es damals auch schon erste Exemplare gab. Manche Vertreter der Anomalocarididen brachten es womöglich auf knapp einen Meter Länge, der gerade neu entdeckte Lyrarapax war allerdings deutlich kleiner.

Ganz eindeutig konnte das nicht beantwortet werden. Seit geraumer Zeit streitet sich die Fossilforschergemeinde nämlich heftig über Verwandtschaftsverhältnisse: Wohin im Stammbaum des Lebens soll man die Anomalocarididen genau platzieren? Sind sie wirklich nur eine Seitenlinie, die im Nichts endete? Klar ist, dass die Tiere irgendwie vage mit den heute lebenden Gliedertieren verwandt sind, also mit Insekten, Krebsen und Spinnentieren. Aber wie eng ist die Verwandtschaft? Das, freuen sich jetzt Forscher um Nicholas Strausfeld von der University of Arizona, kann man auch heute noch herausfinden – dank moderner Untersuchungsmethoden und dem Glück, in China ein bis dato unerreicht gut erhaltenes Fossilexemplar gefunden zu haben [1].

Gut erhaltenes Fossil aus dem Kambrium

Das neue, vom Team nun untersuchte Fossil ist eines von drei nahezu vollständig erhaltenen Exemplaren der Art Lyrarapax unguispinus – grob übersetzt "lyraförmiger Räuber mit den Dornenkrallen", was das äußere Erscheinungsbild des Tieres recht gut beschreibt. Lyrarapax war mit seinen acht Zentimetern Körperlänge dabei ein eher unauffälliger Vertreter der Anomalocarididen: Die Tiergruppe, die trotz ihres hohen Alters durch einige verschiedene Arten erstaunlich gut dokumentiert ist, brachte es auch auf Vertreter von womöglich fast einem Meter Länge, wie ein australischer Fund belegt. Räuber dieser Größe müssen schon recht effizient gewesen sein, um ihren Stoffwechsel auf Trab halten zu können.

Ein übermäßig leistungsfähiges Gehirn brauchten sie damals aber offensichtlich noch nicht, erkannten nun Strausfeld und Kollegen: Der gute Zustand des Lyrarapax-Funds ermöglichte es ihnen, erstmals den Verlauf von Nervensträngen und die Lage der Nervenknoten im Kopf der Kambriumtiere zu bestimmen. Dieses Urhirn war zunächst einmal recht primitiv. Der Rüstungswettlauf hin zu immer größeren und leistungsfähigen Gehirnen von Jägern und Beute begann womöglich im Kambrium gerade erst, spekulieren die Zoologen.

Fossil aus dem Kambrium: Lyrarapax unguispinus | Ein besonders gut erhaltenes Fossil aus dem Kambrium: der Anomalocaridide Lyrarapax unguispinus, der derzeit älteste bekannte Jäger der Welt (links gezeichnet, rechts fotografiert). Man erkennt die fossilisierten Reste des Gehirns, die X-förmig hervorgehobene Struktur im Kopfbereich. Die beiden runden Flecken sind Spuren der optischen Nerven, die zu den Augenstilen zogen. Die etwas kleineren, mandelförmigen Regionen knapp davor sind Reste der Nerven, die wohl einmal in die Fangtentakel vorstießen. Der größte Teil der Nervenmasse liegt vor der Mundöffnung – zwei Nervenstränge verlaufen dann körperabwärts.

Besonders spannend fanden sie an der Nervenverknüpfung aber etwas anderes: Die Lage der Ganglien und ihre Verknüpfung hilft womöglich, eine uralte akademische Grundsatzfrage aller Gliederfüßerforscher zu entscheiden, jene nach der Evolution des Kopfs von Insekt, Spinne und Co. In Fachkreisen kennt man den Streit schon seit Mitte der 1970er Jahre als "Endlosen Disput" [2]. Er dreht sich darum, wie die verschiedenen Segmente im Kopfbereich der verschiedenen Gliedertiere und ihre Fühler- und Mundwerkzeuge zusammenhängen und sich entwickelten. Würde man diese Zusammenhänge genau kennen, so die Hoffnung, so wüsste man auch Bescheid über die Verwandtschaft der Krabbeltiere untereinander und könnte ihrer Verbindung zu anderen Organismen wie den Faden- oder Ringelwürmern sicher sein.

Die Kopfevolution der Gliedertiere

Besonders intensiv disputiert wird über den vorderen Hirnabschnitt der Gliederfüßer, das Protocerebrum, in dem die ersten von drei Paar Nervenknoten verschmolzen sind, die insgesamt den dreigliedrigen Gehirnkomplex etwa der heutigen Insekten bilden. Und genau hier liefert jetzt Analyse des fossilen Lyrarapax neue Informationen: Die Untersuchung zeigt, dass der vordere Abschnitt des Nervenbündels Ausläufer in die Tentakelfortsätze schickt, die aus demselben Segment herauswachsen. Das nun ist wichtig für die Streitfrage der Kopfevolution, denn eine der Seiten im Disput meinte bisher, das Protocerebrum sei ein umquartiertes Überbleibsel eines mittlerweile verschwundenen Segments, das nie Körperanhänge getragen hat. Nun gab es diese Situation aber schon bei den Anomalocarididen, was der anderen Seite Pluspunkte verschafft. Deren Vertreter glauben nämlich, dass das Protocerebrum einst im vordersten Kopfsegment angelegt war und zunächst Körperanhänge trug, die mittlerweile bei allen heutigen Arthropoden verloren gingen – es wurde vermutlich zum so genannten Labrum, einem der evolutionsbiologisch rätselhafteren Teile der Gliedertier-Mundwerkzeuge.

Hirnstruktur belegt Verwandtschaft | Der Vergleich belegt auffällige Ähnlichkeiten in den neuronalen Strukturen von heutigen Onychophora (grün) und dem Fossil von Lyrarapax unguispinus (grau). Lange Nervenstränge ziehen sich von den vorderen Kopfanhängen zu den paarigen Ganglien, die vor dem Sehnerv liegen und die Haupthirnmasse vor der Mundöffnung erreichen. Anomalocarididen verfügten über ein paariges Klauenwerkzeug statt der Tentakelfühler der Stummelfüßer.

Die neuronale Verknüpfung von vorderem Hirn und Fangtentakel zeigt nun, dass Anomalocarididen wie Lyrarapax durchaus in die Gliedertierverwandtschaft gehören, schlussfolgern Strausfeld und Kollegen. Allerdings scheinen sie eher Urgroßonkel als Uropa: Nahe verwandt sind sie mit den heutigen Stummelfüßern (Onychophora), die als gelenklos-weichbeinige Fangtentakelträger im Blattwerk des Dschungelbodens auf der südlichen Hemisphäre jagen – und einen ganz ähnlichen Hirnaufbau aufweisen. Sie könnten demnach durchaus Nachfahren der vermeintlich spurlos ausgestorbenen Anomalocarididen sein, vermutet Strausfeld – und so hätten dann die Linien von Insekten, Krebsen und den bizarren Kambriumjägern über 520 Millionen Jahre parallel existiert.

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