Ein Oktopus kann reglos im Wasser schweben, ohne aufzusteigen oder abzusinken. Forschende haben nun das bislang älteste bekannte Kopffüsser-Fossil beschrieben, das die Entstehung der Auftriebsregulierung dokumentiert.
Die Fossilien sind winzig: Die Schalen sind nur etwa 1 Millimeter lang – kleiner als ein Reiskorn. Geborgen wurden sie aus rund 520 Millionen Jahre alten Gesteinen in Südchina.
In diesen Partikeln steckt ein schlankes Röhrchen, das sich über die gesamte Schalenlänge erstreckt. Das Team argumentiert, dass es sich um den ältesten bislang nachgewiesenen Siphunculus handelt – jene Röhre, mit der Kopffüsser ihren Auftrieb steuern.
Wie ein Siphunculus funktioniert
Kopffüsser sind Weichtiere; zu ihnen zählen Oktopusse und Kalmare, Sepien sowie der Nautilus. Frühe Vertreter der Gruppe bauten gerade oder eingerollte Schalen, die in voneinander abgedichtete Kammern unterteilt waren.
Der Siphunculus ist eine feine Röhre, die sich durch diese Kammern zieht. Indem das Tier Flüssigkeit und Gas hinein- und herausverlagert, kann es die Schale leichter oder schwerer machen und so seine Position im Wasser halten.
Gemeinsam mit dem Jet-Antrieb ermöglichte dieses System den Kopffüssern, den Meeresboden zu verlassen und aktiv zu jagen. Es ist eines der Merkmale, die sie von Schnecken, Muscheln und den übrigen Weichtieren abheben.
Woher der Siphunculus ursprünglich stammt, war jedoch lange unklar. Gerade dort, wo er erstmals auftaucht, wird der Fossilbericht dünn – ein entscheidendes Kapitel der Kopffüsser-Evolution fehlt.
Ältestes Kopffüsser-Fossil
Die neu beschriebene Art heisst Eoceras shaanxiense. Sie stammt aus der Shuijingtuo-Formation in Südchina; diese Gesteine werden der Kambrium-Stufe 3 zugeordnet und auf ungefähr 520 Millionen Jahre datiert.
Ein internationales Team sammelte aus dieser Einheit 32 Exemplare. Geleitet wurde die Arbeit von Junfeng Guo (Chang’an University), Erstautor ist Zuchen Song.
Weitere Autorinnen und Autoren kommen aus China, dem Vereinigten Königreich und den USA. Dazu zählen Bing Pan vom Nanjing Institute of Geology and Palaeontology sowie Jakob Vinther von der University of Bristol.
Bislang galt Plectronoceras cambria aus dem späten Kambrium als ältester sicherer Kopffüsser-Nachweis. Eoceras shaanxiense ist etwa 30 Millionen Jahre älter.
Diese Lücke im Fossilbestand beschäftigt Forschende seit Jahren. Molekulare Uhren, die Abspaltungszeiten aus genetischen Daten abschätzen, verorten die Trennung der Kopffüsser hingegen bereits im frühen Kambrium.
Im Inneren einer 1-Millimeter-Schale
Erhalten blieben die Exemplare durch Phosphatisierung: Dabei ersetzen und überziehen Phosphatminerale die ursprüngliche Schale. So bleiben Details bis in den Bereich weniger Mikrometer sichtbar.
Die Forschenden untersuchten das Material mit Rasterelektronenmikroskopie und Mikro-Computertomographie. Mit beiden Verfahren zusammen rekonstruierten sie sowohl die Aussenseite als auch das Innere der Schale.
Eoceras shaanxiense besass eine orthokonische Schale – also einen geraden Kegel statt einer Windung. Die Öffnung war schräg angelegt, und im Inneren teilten mehrere Wände, Septen genannt, den Hohlraum.
Entlang einer Schalenflanke verlief eine segmentierte Röhre, die die Kammern über winzige Kanäle miteinander zu verbinden scheint. Diese Struktur interpretieren die Autorinnen und Autoren als primitiven Siphunculus.
Ein vorgeschlagener Weg zur Auftriebssteuerung
Das in Eoceras erhaltene Muster erlaubte es dem Team, einen möglichen Aufbauweg der Kopffüsser-Schale zu skizzieren. Sie gliedern ihn in drei Schritte.
Am Anfang stand eine gerade, gekammerte Schale, die durch Septen unterteilt war. Das Tier wuchs nach vorn in Richtung der Öffnung und verschloss den Raum hinter sich fortlaufend.
Als zweites entwickelte sich eine abgedichtete, segmentierte Röhre, die die Kammern verknüpft – jenes Stadium, das Eoceras nach Ansicht der Autorinnen und Autoren repräsentiert. Der dritte Schritt wäre dann ein „echter“ Siphunculus mit Septenhälsen und verbindenden Ringen.
Diese letzte Ausprägung nutzten spätere Kopffüsser zum Schwimmen. Ammoniten, Belemniten und auch der heute noch lebende Nautilus haben sie geerbt.
Leben am Meeresboden
Ein sehr frühes Auftriebssystem liefert kaum nennenswerten Auftrieb. Die Autorinnen und Autoren gehen daher davon aus, dass Eoceras den Grossteil seines Lebens am Meeresboden verbrachte, statt frei im offenen Wasser zu schwimmen.
Diese Deutung passt zur Grösse: Mit etwa 1 Millimeter war das Tier eher mit einem Sandkorn zu vergleichen als mit etwas, das Beute durch die Wassersäule verfolgen könnte.
Der schnelle, räuberische Lebensstil, für den die Gruppe später bekannt wurde, entstand demnach erst, als sich diese „Leitungen“ weiterentwickelt hatten. Eoceras shaanxiense zeigt den Moment davor – als die Ausstattung noch grob und unausgereift war.
Einschränkungen der Studie
Die Veröffentlichung ist bemüht, die Aussagekraft nicht zu überschätzen.
Die Forschenden bezeichnen die Röhre als Kandidaten für einen primordialen Siphunculus und ordnen Eoceras als Stamm-Kopffüsser ein – also ausserhalb der modernen Kronengruppe.
Diese Vorsicht hat Gründe: Mehrere frühere Meldungen über frühkambriumzeitliche Kopffüsser wurden später als Chimären neu interpretiert, also als Fossilien, die Teile zweier nicht verwandter Tiere kombinieren.
Zudem fehlen Eoceras Merkmale, die bei späteren Kopffüssern auftreten, und Weichteile sind nicht überliefert. In keinem Exemplar sind Arme, Trichter oder Muskulatur erhalten, die eine eindeutige Einordnung erlauben würden.
Die Autorinnen und Autoren betonen daher, dass die Frage offen bleibt. Erst weiteres Material aus dem frühen Kambrium könne die ersten Etappen der Kopffüsser-Evolution verlässlich klären.
Warum diese Entdeckung wichtig ist
Wenn die Interpretation standhält, verschiebt sich der älteste Kopffüsser-Nachweis im Fossilbericht zurück ins frühe Kambrium – und damit nahe an jene Zeit, die genetische Abschätzungen für den Ursprung der Gruppe ohnehin nahelegen.
Ausserdem würde der Beginn der Kopffüsser in die Phase fallen, in der die grosse Diversifizierung der Tiere stattfand, aus der die meisten modernen Baupläne hervorgingen. Kopffüsser wären damit Teil dieses Ereignisses und nicht erst eine spätere Entwicklung.
Der Fund verschiebt auch die Suchstrategie: „Small shelly fossils“ – millimetergrosse Schalenfragmente, die frühes kambriumzeitliches Gestein weltweit füllen – gelten nun als lohnende Zielgruppe bei der Suche nach Kopffüsser-Vorfahren.
Für eine Linie, die letztlich den Oktopus hervorbrachte, ist das ein unscheinbarer Anfang. Der Fossilbericht könnte mit etwas einsetzen, das in der Handfläche leicht verloren geht.
Bildnachweis: YANG Dinghua
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