Evolutionsforschung – Ein Fossil aus Texas löst ein 80-Millionen-Jahre-Rätsel

Käfer, Ameisen und Bienen: für einige jö, für andere nö. Sie alle gehören zur artenreichsten Tiergruppe der Erde – den Insekten. Doch wie und wann genau ihre Vorfahren einst vom Wasser aufs Land wechselten, war lange unklar.

Die Hexapodenlücke

Forschende sprechen von der «Hexapodenlücke»: Das älteste, unbestrittene Fossil der Hexapoden (Sechsfüsser) – zu denen auch die Insekten gehören – ist rund 405 Millionen Jahre alt.

In den folgenden rund 80 Millionen Jahre waren kaum verlässliche Fossilien bekannt. Aus dieser Zeit fehlten direkte Belege dafür, wie sich frühe Insekten schrittweise vom Leben im Wasser an ein Leben an Land anpassten und wie sich ihr Körperbau dabei veränderte.

Wie bestimmt man das Alter eines Fossils?

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Forschende kombinieren dafür meist drei Methoden:

1. Stratigraphie: Gesteinsschichten lagern sich im Lauf der Zeit übereinander ab – tiefere Schichten sind grundsätzlich älter als die darüberliegenden. Das erlaubt eine relative Einordnung, aber keine Angabe des exakten Alters in Jahren.
2. Radiometrische Datierung: Bestimmte radioaktive Elemente im Gestein zerfallen mit konstanter Geschwindigkeit in andere Elemente. Die Zeit, in der jeweils die Hälfte eines solchen Elements zerfallen ist, nennt man Halbwertszeit – sie ist für jedes Element genau bekannt. Misst man im Labor, wie viel vom ursprünglichen Element noch vorhanden ist, lässt sich daraus ein Alter ziemlich präzise berechnen.
3. Leitfossilien: Manche Arten kamen weltweit nur während eines eng begrenzten Zeitraums vor, verbreiteten sich in dieser Zeit aber über grosse Gebiete – etwa bestimmte Ammoniten. Findet man dieselbe Art an zwei weit voneinander entfernten Fundorten, lassen sich diese Gesteinsschichten zeitlich einander zuordnen, selbst ohne direkten geografischen Zusammenhang.

Erst die Kombination dieser Methoden ergibt ein verlässliches Bild davon, wie alt ein Fund tatsächlich ist.

Genau diese Wissenslücke ist nun ein Stück kleiner geworden. Ein internationales Forschungsteam untersuchte ein aussergewöhnlich gut erhaltenes Fossil aus einem Kalksteinknollen. Gefunden wurde es bereits 1985 im Westen von Texas. Es ist rund 324 Millionen Jahre alt – und befindet sich somit am Ende der Hexapodenlücke.

Jahrelang hielt man das Tier für ein Jungtier eines Krebstiers, da ein solches am selben Fundort entdeckt worden war. Zudem sahen sich die beiden Tiere oberflächlich ähnlich. Erst eine Neuuntersuchung mit einem Polarisationsmikroskop, das feinste Strukturen im Gestein sichtbar macht, zeigte: Diese Ähnlichkeiten waren trügerisch. Das Fossil gehörte in Wirklichkeit zu einer ganz neuen Art – ein flügelloses Exemplar, das nur kurz vor den ältesten bekannten geflügelten Insekten gelebt haben muss.

Ein Mischwesen aus Krebs und Insekt

Beim versteinerten Tier handelt es sich um ein Mischwesen aus Krebstier und Insekt. Die Forschenden tauften es Chosha praecursor, was so viel wie «Insekten-Vorläufer» bedeutet. Das Fossil zeigt ein erwachsenes, flügelloses Weibchen: gut 3 Zentimeter lang, mit Endfilament (ein dünner, fadenförmiger Fortsatz am unteren Ende des Rückenmarks) und den zwei Schwanzfäden knapp 5 Zentimeter. Es zeigt typische Insektenmerkmale wie einen Legestachel und sechs Beine.

Gleichzeitig besitzt es etwas, das kein heute lebendes Insekt mehr hat: einen krebsartigen Hinterleib. An neun der elf Hinterleibssegmente sitzen paddelartige Anhängsel, wie sie bei Krebstieren üblich sind. Diese könnten einst zum Schwimmen oder gar als Kiemen gedient haben.

Paddelartige Hinterleibsanhängsel

Zusammen mit zwei weiteren, bislang rätselhaften Fossilien ordnet das Team Chosha praecursor nun als frühestes bekanntes Stammgruppen-Insekt ein. Deren paddelartige Hinterleibsanhängsel sind nicht vollständig verschwunden, sondern nur halb zurückgebildet – ein Zwischenstadium.

Weil die Anhängsel an Land nicht mehr gebraucht wurden, degenerierten sie. Der Übergang vom Wasser aufs Land war demnach kein evolutionär abrupter Sprung wie lange angenommen. Vielmehr war es eine lange, amphibische Zwischenphase – frühe Insekten lebten somit über Jahrmillionen hinweg zwischen feuchten Uferzonen und flachen Gewässern.

Damit liefert Chosha praecursor nicht nur ein fehlendes Puzzleteil im Stammbaum der Insekten, sondern auch weitere Einsichten, wie aus den vielbeinigen Schwimmern der Urzeit die sechsbeinigen Landbewohner wurden, die heute jeden Winkel der Erde besiedeln.