Vor einigen Jahren besuchte ich die Provinz Liaoning in China, um die berühmten federbedeckten Dinosaurierfossilien der Region zu studieren. Eines Tages, nachdem ich viele Stunden in einem Museum Knochen vermessen und Federn fotografiert hatte, brauchte ich eine Pause.
Meine chinesischen Kollegen wechselten ein paar gedämpfte Worte in Mandarin und bedeuteten mir, ihnen zu folgen. „Wir haben Ihnen etwas Geheimnisvolles zu zeigen“, sagte einer von ihnen. „Und es ist kein Dinosaurier.“
Wir verließen das Museum, stiegen in ein Auto und schlängelten uns durch die engen Gassen der Stadt Beipiao, die mit Fahrrädern und Nudelverkäufern verstopft waren. Wir bogen in eine Gasse ein, die sich in einen kleinen Hof öffnete. Wir wagten uns in eine dunkle Wohnung und wichen einem Durcheinander von Kisten und Holzkisten aus.
Einer meiner Kollegen duckte sich in einen Nebenraum und kam mit zwei Felsplatten heraus, die wie ein Puzzle zusammenpassten. Auf der Oberfläche war ein brauner Fleck, ungefähr so groß wie ein Apfel.
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Eine überraschende Entdeckung
Ich sah genauer hin. Das braune Zeug waren Haare, und in der Mitte verlief eine Wirbelsäule. Da verstand ich:Ich betrachtete ein fossiles Säugetier – einen entfernten Cousin von uns, das im Mesozoikum vor mehr als 125 Millionen Jahren an der Seite der gefiederten Dinosaurier lebte. (Das Mesozoikum dauerte vor etwa 252 bis 66 Millionen Jahren und umfasst die Trias-, Jura- und Kreidezeit.)
Dieses besondere Fossil muss noch beschrieben werden, und soweit ich weiß, sammelt es immer noch Staub in dieser unscheinbaren Wohnung in Beipiao. Vielleicht ist es eine neue Art oder auch nicht, denn in den letzten 25 Jahren wurden mehr als zwei Dutzend fossile Säugetierarten in den Gesteinen der Jura- und Kreidezeit in China gefunden.
Wie die gefiederten Dinosaurier wurden sie von Vulkanasche und Schlamm begraben, daher ihre Fülle und makellose Erhaltung. Und wie die gefiederten Dinosaurier helfen sie Paläontologen zu verstehen, wie eine große Gruppe moderner Tiere – unsere eigene Gruppe – entstanden und sich entwickelt hat.
Wie die Evolution das Säugetier erschaffen hat
Säugetiere sind einzigartig unter den modernen Tieren. Unter anderem haben alle Säugetiere – vom Hamster bis zum Menschen – Haare, große Gehirne, einen ausgeprägten Geruchs- und Gehörsinn und differenzierte Zähne (Schneidezähne, Eckzähne, Prämolaren und Backenzähne).
Wir ernähren unsere Jungen mit Milch, sind warmblütig, wachsen schnell, gehen aufrecht mit unseren Gliedmaßen unter unserem Körper, kauen unser Essen mit unseren komplexen Backenzähnen und sind Zauberer darin, hochfrequente Töne über unsere Kette aus winzigen Mittelohrknochen und zu hören gewickelte Cochlea.
Diese Merkmale, die zusammen den „Körperbauplan“ der Säugetiere definieren, haben sich nicht auf einmal entwickelt. Stattdessen entwickelten sie sich Stück für Stück über zig Millionen Jahre, beginnend vor etwa 325 Millionen Jahren, als sich die Säugetierlinie von den Reptilien trennte. Die Säugetierlinie – bekannt als Synapsiden – dominierte die Perm-Periode (vor 299–252 Millionen Jahren), als alles Land mit dem Superkontinent Pangaea verbunden wurde.
Während einige Synapsiden wie die räuberischen Gorgonopsier die Nahrungskette anführten, wurde eine andere Synapsidengruppe, die sogenannten Cynodonten, kleiner, trat in den Schatten und schaffte es, das schreckliche Aussterben am Ende des Perm zu überstehen, das bis zu 95 Prozent allen Lebens auslöschte . Diese Cynodonten wurden die unmittelbaren Vorfahren der Säugetiere.
Neue Fossilien, kombiniert mit modernsten Analysetechniken, enthüllen, wie Säugetiere während der darauffolgenden Trias aus ihren Cynodonten-Vorfahren hervorgegangen sind. Anfangs waren diese Beinahe-Säugetiere in ihrer Biologie und ihrem Verhalten noch recht reptilienhaft.
Eine erstaunliche Entdeckung einer versteinerten Mutter Kayentatherium und mehr als drei Dutzend Nachkommen, die 2018 von Eva Hoffman vom American Museum of Natural History beschrieben wurden, zeigen, dass diese haarigen, hundegroßen Kreaturen immer noch große Gelege und kleine Gehirne hatten.
Mit der Zeit begannen sie jedoch schneller zu wachsen. Sie entwickelten größere Gehirne mit einer neuartigen Region namens Neokortex zur Verarbeitung sensorischer Informationen und ordneten ihre Kieferschließmuskeln für stärkere Bisse neu an.
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Inzwischen wurden diese Ur-Säugetiere sogar noch kleiner. Dies hatte tiefgreifende Auswirkungen auf ihre Biologie, wie zwei aktuelle Studien unter der Leitung von Dr. Bhart-Anjan Bhullar von der Yale University und Dr. Stephan Lautenschlager von der University of Birmingham zeigen.
Sie verwendeten Computeranimationen und Laborvergleiche, um die Unterschiede zwischen Ursäugetieren und modernen Säugetieren zu untersuchen. Als die Größe der Vorfahren von Säugetieren schrumpfte, wurde der Zahnknochen des Unterkiefers zur dominierenden Befestigungsstelle für die Kiefermuskeln.
Es scheint eine kleine Änderung zu sein, aber es hatte große Auswirkungen, indem es andere Kieferknochen befreite, um sich in Mittelohrknochen zu verwandeln, die hochfrequente Geräusche besser hören konnten, und eine neue Art von Rotationsbewegung des Kiefers für effizienteres Kauen ermöglichte. An diesem Punkt können wir sagen, dass echte Säugetiere entstanden sind.
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Wie sich Säugetiere diversifizierten und gediehen
Später im Mesozoikum, nach dem Aussterben am Ende der Trias, das die Jurazeit einleitete, kamen die Säugetiere wirklich zur Geltung. Bis vor kurzem hieß es, Säugetiere dieses Zeitalters seien alle winzige, langweilige, anspruchslose D-Listen-Darsteller in einem Dinosaurier-Blockbuster. Wir wissen jetzt, hauptsächlich dank der Fülle neuer Fossilien aus China, dass dies falsch ist.
Mesozoische Säugetiere waren klein, so viel ist wahr. Keine bekannte Art war größer als ein Dachs, wahrscheinlich weil Dinosaurier bereits die größeren Nischen dominierten. Aber die Säugetiere der Jura- und Kreidezeit wurden zu Meistern im Überleben unter den Füßen und diversifizierten sich in eine bemerkenswerte Vielfalt von Arten und Ökologien.
Es gab Baumkletterer wie Agilodocodon; Bagger wie Docofossor das ähnelte Maulwürfen; Schwimmer mit Schwimmfüßen und Biberschwänzen wie Castorocauda; und Ungeziefer wie Volaticotherium und Vilevolodon die auf ihren Flügeln aus Haut zwischen Bäumen glitten. Alle diese Säugetiere wurden in den letzten 15 Jahren entdeckt.
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Diese verschiedenen Säugetierarten aßen eine große Vielfalt an Nahrungsmitteln. Einige, wie der vielfraßgroße Repenomamus , benutzten ihre scharfen Zähne, um Baby-Dinosaurier zu verschlingen, wie eine versteinerte letzte Mahlzeit im Magen eines Skeletts zeigt. Viele andere begannen jedoch, sich auf zwei andere Nahrungsarten zu spezialisieren:Insekten und Pflanzen.
Sie nutzten einfach das aus, was die Natur zu bieten hatte. Während der Kreidezeit betraten blühende Pflanzen die Bühne und diversifizierten sich zusammen mit ihren Insektenbestäubern in einem evolutionären Walzer. Um sich an der Insektenfülle zu erfreuen, entwickelten einige Säugetiere eine neue Art von Backenzahn mit einer Reihe von Spitzen, die einen Mörser und Stößel zum Zerkleinern und Mahlen bildeten.
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Dieser besondere Zahn – ein tribosphenischer Backenzahn – ist eine Signatur zweier Säugetiergruppen, die noch heute überleben:die Beuteltiere (deren winzige Babys sich in einem Beutel entwickeln) und die Plazentatiere (unsere Gruppe, die gut entwickelte Junge lebend zur Welt bringt). Beide Gruppen, zusammen mit der dritten überlebenden Säugetierlinie (den eierlegenden Monotremen), begannen im Mesozoikum.
Aber sie waren nicht gerade dominant. Sie teilten Ökosysteme mit einer Vielzahl anderer Familien, die blühten und dann ausstarben. Viele davon, wie die Buck-Toothed Multituberculates, waren außerordentlich erfolgreich.
Einige Multituberkulate entwickelten Sägeblatt-Prämolaren und komplizierte Backenzähne, um Pflanzen zu schneiden und zu zermahlen, während andere wie die rumänische Art Litovoi , das vom Paläontologen Mátyás Vremir gefunden und 2018 beschrieben wurde, schrumpfte sein Gehirn, entwickelte aber einen super scharfen Geruchssinn, um sich an seinen neuesten Lebensraum auf der Kreideinsel anzupassen.
Das Ende einer Ära (buchstäblich)
Wenn Sie vor 66 Millionen Jahren, am letzten Tag der Kreidezeit, dort gewesen wären, hätten Sie wahrscheinlich verschiedene Säugetiere durch das Unterholz huschen hören … wenn Sie nicht zu sehr darauf konzentriert gewesen wären, dem Tyrannosaurus rex auszuweichen , das heißt.
Einige dieser Säugetiere könnten primitive Plazentatiere gewesen sein, aber diese waren immer noch selten, zahlenmäßig unterlegen von Multituberkulaten und frühen Beuteltieren. Dann, in einem Moment, änderte sich alles. Ein 10 km breiter Asteroid, der schneller als ein Düsenflugzeug raste, schlug mit der Kraft von über einer Milliarde Atombomben in die Erde ein.
Sofortige Tsunamis, Waldbrände und Erdbeben wichen einem nuklearen Winter und einer längerfristigen globalen Erwärmung. Dinosaurier wie T. Rex und Triceratops konnte nicht damit fertig werden, und alle außer ein paar gefiederten und geflügelten Fliegern starben aus.
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Säugetiere gehörten zu den großen Überlebenden dieses Massensterbens. Die Geschichte ist jedoch nicht so einfach wie oft erzählt. Viele Säugetiere starben auch, darunter mehrere mesozoische Gruppen mit nicht-tribosphenischen Zähnen und die meisten Beuteltiere, die der Vernichtung gefährlich nahe kamen.
Jahrelange Feldforschung im Westen der Vereinigten Staaten unter der Leitung von Dr. William Clemens von der University of California und Dr. Gregory Wilson von der University of Washington hat aufgeklärt, was passiert ist:Größere Säugetiere und solche mit spezialisierterer Ernährung starben zusammen mit den Dinosauriern, während kleinere Säugetiere mit flexibler Allesfresser-Diät hatten bessere Überlebenschancen. Unter diesen waren die Plazentatiere.
Das Leben findet einen Weg
Innerhalb weniger hunderttausend Jahre nach der Wut des Asteroiden war die Paläogene Periode in vollem Gange. Die Ökosysteme hatten sich erholt und Plazenta-Säugetiere boomten, wobei einige Arten jetzt fast so groß wie Kühe sind.
Ich habe mit meinem Kollegen Dr. Thomas Williamson vom New Mexico Museum of Natural History und unserer ehemaligen Doktorandin Sarah Shelley, jetzt am Carnegie Museum of Natural History, mehrere Jahre damit verbracht, ihre Fossilien in den Badlands des San Juan Basin in New Mexico zu sammeln.
Diese Säugetiere wirken ein wenig seltsam:Sie sind stämmig, ihre Skelette sehen ziemlich archaisch aus, und Scans, die Anfang dieses Jahres von unserer Kollegin Dr. Ornella Bertrand von der Universität Edinburgh veröffentlicht wurden, zeigen, dass sie kleinere Gehirne hatten als die heutigen Plazentatiere.
Diese Säugetiere aus New Mexico – Arten wie Chriacus und Periptychus – waren Pioniere der Plazenta. Sie waren die Gruppen, die das Aussterben überlebten, in einer dinosaurierfreien Welt größer und vielfältiger wurden und die Grundlage für die heutigen über 6.000 Arten bereiteten.
Unter ihnen finden wir die Vorläufer von Pferden und Hirschen und von Primaten – unseren eigenen Vorfahren – die beginnen, ein Leben zu schnitzen, das sich von den Bäumen schwingt, bevor sie schließlich herunterkommen, sich auf unseren Hinterbeinen aufrichten, größere Gehirne entwickeln und in Richtung Zivilisation marschieren .
- Dieser Artikel erschien zuerst in Ausgabe 349 von BBC Science Focus