Tetonius varleyorum: Neue Fossilien aus Wyoming verkomplizieren die Evolution vor 55 Millionen Jahren

Fossilien lassen Evolution oft geradlinig erscheinen – besonders dann, wenn sie aus einem einzigen Gebiet stammen und sich über die Zeit in einer scheinbar sauberen Abfolge anordnen lassen.

Ein neu bestimmter Primat aus dem Süden Wyomings zeigt jedoch, wie stark sich diese Erzählung verändern kann, sobald Paläontologinnen und Paläontologen Funde aus einem grösseren geografischen Rahmen einbeziehen.

Das Tier trägt den Namen Tetonius varleyorum und lebte im frühen Eozän vor rund 55 Millionen Jahren.

Sein Gebiss deutet darauf hin, dass die frühe Primatenevolution sowohl durch allmähliche Veränderungen als auch durch das Aufspalten von Populationen in getrennte Entwicklungslinien geprägt war.

Frühe Primaten waren weit verbreitet

Das Eozän war eine warme Erdperiode, in der sich Säugetiere in viele neue Formen ausdifferenzierten. Kleine Primaten kamen damals in Nordamerika, Europa und Asien vor.

Eine bedeutende Gruppe innerhalb dieser frühen Primaten waren die Omomyiden – eine ausgestorbene Familie der echten Primaten.

Wo genau sie im Stammbaum der Primaten einzuordnen sind, ist weiterhin umstritten. Klar ist jedoch, dass sie nahe bei frühen Abzweigungen lebten, aus denen später grosse Primatengruppen hervorgingen.

Omomyiden lebten in Bäumen

Viele Omomyiden wogen weniger als 100 Gramm. Vermutlich waren sie baumlebend und bewegten sich kletternd und springend durch die Vegetation.

Der Erstautor der Studie, Parker Rhinehart, promoviert am Biodiversity Institute der University of Kansas.

„Der Artikel handelt von einer neuen Art eines omomyiden Primaten, einer Primatenfamilie nahe der Spitze des Stammbaums der modernen Primaten – mit Lemuren auf der einen Seite und Menschenaffen, Menschen und Affen auf der anderen“, sagte Rhinehart.

„Der Verzweigungspunkt, an dem sie oben zusammenlaufen, ist der Bereich, in den die Omomyiden fallen. Es sind echte Primaten, aber sie sind ausgestorben. Sie erscheinen vor etwa 55 oder 56 Millionen Jahren auf der gesamten Nordhalbkugel.“

Winzige Zähne bewahren Hinweise

Die Fossilien stammen aus Smiley Draw im Great Divide Basin im Süden Wyomings. Die meisten Exemplare wurden aus einer Sandsteinlage geborgen, die Tim’s Confession genannt wird.

Aus diesem Fundhorizont wurden nahezu 1.000 Fragmente von Ober- und Unterkiefern mit erhaltenen Zähnen gesammelt. An der Stelle konnten vier verschiedene Omomyiden-Arten nachgewiesen werden – für einen einzelnen Fundort aus dieser Zeit eine ungewöhnlich hohe Zahl.

Kleine Primatenknochen überstehen Millionen Jahre nur selten, weil sie leicht zerfallen. Zähne und Kieferstücke bleiben häufiger erhalten, da Zahnschmelz extrem hart ist.

Das Team analysierte die Stücke mithilfe präziser Vermessungen und detaillierter dreidimensionaler Scans. Anschliessend wurden Form, Grösse, Anzahl und Position der Zähne mit denen verwandter Primaten verglichen.

Neue Art zeigt gemischte Merkmale

Tetonius varleyorum war etwa so gross wie ein heutiger Mausmaki. Auffällig waren ein kurzer vorderer Abschnitt des Unterkiefers sowie ein vergrösserter erster Schneidezahn – also ein Zahn im vorderen Bereich des Mauls.

Bei dem Tier fehlte ein unterer Prämolar, ein Zahn, der zwischen Eckzahn und Backenzähnen liegt. Zudem war ein weiterer kleiner Schneidezahn in Richtung Lippe verlagert, wodurch die übrigen Vorderzähne enger zusammenrücken konnten.

Gleichzeitig behielt die Art einen Prämolaren mit zwei getrennten Wurzeln. Dieses Merkmal ist typisch für frühere Vertreter der Gruppe – dadurch ergibt sich eine ungewöhnliche Kombination aus älteren und späteren Eigenschaften.

„Wir haben ihn Tetonius varleyorum genannt“, sagte Rhinehart. „Varley ist der Name einer Familie, die einen Truckstopp in der Nähe des Campingplatzes betreibt, an dem wir wohnen, wenn wir Fossilien sammeln, und sie haben uns sehr geholfen.“

Die Familie Varley unterstützt die Fossil-Geländearbeit in der Region seit vielen Jahren. Bislang ist die Art ausschliesslich aus Smiley Draw bekannt.

Ein einziges Becken prägte die Vorstellungen

Ein grosser Teil des bisherigen Wissens über diese Primaten basierte auf dem Bighorn Basin im Nordwesten Wyomings.

Dort wurden über Jahrzehnte hinweg Fossilien geborgen, wodurch ein detailliertes Archiv aus älteren und jüngeren Gesteinsschichten entstanden ist.

Aus früheren Arbeiten ergab sich das Bild, dass sich eine Art von Tetonius schrittweise in einen späteren Verwandten, Pseudotetonius ambiguus, umwandelte.

Dabei wurden die Vorderzähne zunehmend dichter gedrängt, ein Prämolar verschwand, und die Wurzeln eines weiteren Zahns sollen sich nach und nach miteinander verbunden haben.

Evolution wirkte unverzweigt

„Eine der wichtigsten Arbeiten aus diesem Becken hat eine Abbildung, die einen vorgeschlagenen evolutionären Übergang von einer frühen Form von Tetonius darstellt“, sagte Rhinehart.

„Sie gilt als hervorragendes Beispiel für einen evolutionären Übergang – als Spiegel eines echten Übergangs im Fossilbericht.“

Dieser Ablauf wird Anagenese genannt. Gemeint ist, dass sich eine Population im Verlauf der Zeit verändert, ohne sich in getrennte Arten aufzuspalten.

Neue Fossilien fügen Verzweigungen hinzu

Tetonius varleyorum lässt sich in diese geradlinige Abfolge nicht sauber einpassen. Zwar fehlte ihm – wie den späteren Formen – ein Prämolar, doch ein anderer Prämolar zeigte weiterhin die zweigeteilte Wurzelgestalt, die man von früheren Tieren kennt.

„Die Arbeit von 1987 behauptet, dass es keine Verzweigung des Baums gibt, dass es von einer intermediären Tetonius-Art zur nächsten geht, ohne Verzweigungsereignisse der Artbildung“, sagte Rhinehart.

„Evolutionsbiologen nennen das ‚Anagenese‘.“

Demgegenüber steht die Kladogenese: Dabei teilt sich eine Population in getrennte Gruppen. Diese entwickeln sich anschliessend entlang unterschiedlicher Wege weiter und können zu eigenständigen Arten werden.

Das Team verglich 39 Zahnmerkmale über 12 Gruppen verwandter Primaten hinweg. In ihrer Stammbaum-Analyse lag Tetonius varleyorum nahe bei Pseudotetonius ambiguus, jedoch auf einem eigenen Seitenast.

Ähnliche Kiefer entstanden unabhängig

Die Ergebnisse sprechen dafür, dass sich Tetonius varleyorum relativ früh von der Hauptlinie abspaltete. Nach dieser Trennung entwickelten beide Linien kürzere Kiefer und dichter stehende Vorderzähne.

Zum ähnlichen Endzustand gelangten die beiden Arten jedoch auf unterschiedlichen Wegen: Tetonius varleyorum verschob einen Schneidezahn in Richtung Lippe, während Pseudotetonius ambiguus einen anderen Zahn verkleinerte und dessen Wurzeln miteinander verschmolz.

Dieses Muster wird Parallelentwicklung genannt. Es beschreibt, dass nah verwandte Gruppen ähnliche Merkmale unabhängig voneinander ausbilden, statt sie direkt von einem unmittelbaren gemeinsamen Vorfahren zu übernehmen.

Die neuen Befunde bedeuten nicht, dass die Abfolge aus dem Bighorn Basin grundsätzlich falsch war. Es ist weiterhin möglich, dass dort tatsächlich ein gradueller Wandel stattfand, während in anderen Regionen gleichzeitig Verzweigungen auftraten.

Breiteres Probenmaterial verändert die Geschichte

„Das ist wirklich wichtig für die Tetonius-Geschichte“, sagte Rhinehart.

„Weil so viele wissenschaftliche Ideen nur wirklich die Fossilien aus dem Bighorn Basin berücksichtigen, sehen sie einfach nicht das ganze Bild.

„Eine der Sachen, auf die unsere Arbeit hinweist, ist: Sobald man Fossilien von ausserhalb des Bighorn Basin einbezieht, wird dieses Bild ein bisschen komplizierter.“

In Smiley Draw fanden sich ausserdem zwei seltene Omomyiden, Arapahovius gazini und Anemorhysis savagei. Keine der beiden war zuvor am selben Fundort wie Tetonius nachgewiesen worden.

Ihre Anwesenheit macht die zeitliche Einordnung von Smiley Draw unsicher: Einige Tiere sprechen eher für ein höheres Alter, andere werden gewöhnlich mit jüngeren Gesteinsschichten in Verbindung gebracht.

Primaten mit unterschiedlichen Evolutionswegen

Derzeit tendieren die Autorinnen und Autoren zu einem jüngeren Alter, doch die Gesteine wurden bislang nicht direkt datiert. Künftige Analysen von Mineralen im Sediment könnten die Fossilien zeitlich genauer verankern.

Diese Unsicherheit schränkt ein, wie präzise das Team angeben kann, wann genau einzelne Abspaltungen stattgefunden haben.

Trotzdem zeigen die Funde, dass ein einziges gut untersuchtes Becken nicht alle Entwicklungslinien der Geschichte einer Gruppe konservieren kann.

Tetonius varleyorum erweitert die klassische Fossilerzählung aus dem Bighorn Basin. Er macht deutlich, dass frühe Primaten in verschiedenen Teilen Wyomings mehrere evolutionäre Wege einschlugen.