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Evolution: Eine verfeinerte Nase ließ einst Säugerhirne wachsen

Schädelausguss von <i>Hadrocodium</i>
In Relation zu ihrem Körpergewicht verfügen Säugetiere über Gehirne der Sonderklasse – jedenfalls im Vergleich zu Reptilien oder Vögeln. Warum aber die Evolution gerade diesen Weg einschlug, ist offen. Mit computererzeugten Schädelausgüssen fossiler Frühsäugerköpfe wollen Forscher nun eine Antwort geben: Der stark verbesserte Riechsinn unserer Vorfahren erforderte mehr Rechenkapazität – und infolgedessen auch mehr Hirn.

Hadrocodium im Vergleich mit einer Büroklammer | Auch Hadrocodium, hier in einer Lebendrekonstruktion zu sehen, gehörte zu den ersten Säugetieren – den Mammaliaformes. Es dürfte kaum mehr als zwei Gramm gewogen haben, hüllte sich aber bereits in ein Fellkleid. Auch die vielen Sinnesreize der neuen Haare mussten verarbeitet werden, was dem Forscherteam zufolge das Gehirnwachstum antrieb.
Das schließen Timothy Rowe von der University of Texas in Austin und Team aus der mittels Computertomografie rekonstruierten Hirnform verschiedener Tiere aus dem Frühen Jura (vor 199 bis 175 Millionen Jahren) [1]. Zur Untersuchung kamen das spitzmausähnliche Morganucodon oehleri und das winzige Hadrocodium wui, beides Vertreter der Säugetierartigen (Mammaliaformes). Die 3-D-Rekonstruktionstechnik erlaubte dem Wissenschaftlerteam, in die Köpfe der Tiere zu spähen, ohne dabei die Fossilien zu zerstören.

Der Vergleich mit ihren Vorläufern, den früher lebenden Cynodonten, und heutigen Säugetieren ergab, dass die Hirnentwicklung offenbar drei Schritte machte. In einem ersten wuchsen Riechkolben und entsprechende Verarbeitungszentren im Großhirn. Auch das Kleinhirn, das für die Integration sensorischer und motorischer Reize zuständig ist, expandierte. Einen weiteren treibenden Faktor sehen die Forscher im Fellwachstum. Die Haare lieferten den Tieren zusätzliche Informationen über ihre Umgebung, die in neuen Hirnregionen verarbeitet werden mussten.
Schädelausguss von Hadrocodium | Die Forscher um Rowe rekonstruierten die Form des Gehirns anhand versteinerter Schädel. Hadrocodium hatte bereits deutlich vergrößerte Riechkolben (vorderer Hirnabschnitt) im Vergleich zu seinen reptilienhaften Vorläufern.
Morganucodon oehleri entwickelte im Verlauf dieses Prozesses ein Gehirn, das bereits um 50 Prozent größer war als das der Cynodonten.

Im zweiten Schritt wuchs das Gehirn dann auf die unter heutigen Säugetieren übliche Größe, was bereits bei Hadrocodium zu beobachten war.
Vergleich von Säugetier, Vogel und Reptil | Große Hirne entwickelten landlebende Wirbeltiere zweimal: Sowohl bei Vögeln als auch bei Säugetieren wuchs das Gehirn an – um einen Faktor 10 im Vergleich zu heutigen Reptilien.
Das Ergebnis des dritten Schritts wurde laut Rowe und Kollegen erst bei lebenden Säugetieren offenbar: Er ist durch eine weitere Verbesserung der Riechfähigkeit gekennzeichnet und ging mit einer Vergrößerung der Riechschleimhaut einher, die einer Vielzahl von Geruchsrezeptoren Platz bot. Die rekonstruierten "Schädelausgüsse von Morganucodon und Hadrocodium bieten zum ersten Mal solide Hinweise auf den Ablauf der Hirnevolution bei Säugetieren", urteilt Glenn Northcutt von der University of California in San Diego in einem begleitenden Kommentar [2]. (jd)

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  • Quellen
[1] Science 332, S. 955–957, 2011
[2] Science 332, S. 926–927, 2011

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