Brasilianisches Fossil zeigt, wie die frühesten Schlangen entstanden

Ein aussergewöhnlich gut erhaltener Fossilfund aus Brasilien verschafft Forschenden einen der bislang klarsten Einblicke darin, wie sich die frühesten Schlangen entwickelt haben.

Das dreidimensional erhaltene Skelett deutet darauf hin, dass sich einige urzeitliche Schlangen lange vor dem Auftreten moderner Arten an ein Leben unter der Erde anpassten.

Zugleich legt das Fossil nahe, dass die ersten Schlangen eine grössere Bandbreite an Lebensräumen nutzten, als Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler bisher angenommen hatten.

Demnach wurde der Ursprung der Schlangen durch mehrere, voneinander unabhängige Lebensweisen geprägt – und nicht durch ein einziges auslösendes Ereignis, wie man früher vermutet hatte.

„Schlangen sind einfach erstaunlich darin, wie sie ihren Körperbau immer wieder verändert haben“, sagte Nicolas Di-Poï, Professor an der Universität Helsinki, gegenüber Earth.com.

„Schlangen folgten nicht nur einem einzigen Weg; sie experimentierten bereits, um verschiedene Bereiche auszuprobieren.“

Die Evolutionsdebatte

Schlangen zählen zu den erfolgreichsten und vielfältigsten Gruppen der Wirbeltiere; weltweit sind mehr als 4.000 Arten bekannt.

Paläontologinnen und Paläontologen gehen davon aus, dass Schlangen im Mitteljura vor rund 160 Millionen Jahren entstanden und sich in der Kreidezeit stark diversifizierten.

Doch weil moderne Schlangen einen stark umgebauten Körperbau besitzen und gut erhaltene Fossilien selten sind, wird über ihren Ursprung bis heute intensiv diskutiert.

Bisher wurden lediglich 10 Schlangenfossilien aus dem Mesozoikum gefunden, und nur drei davon sind dreidimensional konserviert.

Diese wenigen Funde bilden die Grundlage für weite Teile unseres Wissens zur Schlangenevolution – etwa zur Körperverlängerung und zur Reduktion der Gliedmassen.

Gerade die dünne Datenlage lässt jedoch eine zentrale Frage offen: Entstanden Schlangen ursprünglich im Meer, als grabende Tiere im Boden oder in Lebensräumen an der Oberfläche?

Die Entdeckung der frühesten Schlange

Professor Di-Poï und sein Team beschrieben eine neue Schlangenart aus der späten Kreidezeit: Tametara mirim. Der Name bedeutet sinngemäss „geschmückt“ und „klein“.

Di-Poï erklärte gegenüber Earth.com, das Exemplar sei 2020 entdeckt worden, habe der Forschung jedoch erst vor einem Jahr für die Untersuchung zur Verfügung gestanden.

„Weil das führende Team, das das Fossil entdeckt hat, eine Gruppe mit Expertise in der Gehirnmorphologie wollte – insbesondere darin, wie man Gehirnmerkmale quantifiziert“, merkte er an.

„Bisher gab es nicht so viele Fossilien, und die meisten waren nur Knochenfragmente, etwa Teile des Schädels. Drei Hauptschlangen wurden bisher überhaupt als Fossilien gefunden, aber dieses hier ist am besten erhalten – einschliesslich Schädel und Brustkorb.“

Eine frühe grabende Schlange

Um zu rekonstruieren, wie Tametara mirim vor etwa 85 Millionen Jahren gelebt haben könnte, untersuchte das Team die Form einer Hirnregion, die als Telencephalon bezeichnet wird.

In der Regel zeigen Schlangen oder Echsen, die dauerhaft unterirdisch leben, eine charakteristische Gehirnform.

Der vordere Abschnitt, der Sehen und Riechen verarbeitet, wölbt sich dabei nicht so deutlich vom mittleren Bereich ab, der visuelle Informationen verarbeitet – anders als bei Schlangen, die oberirdisch leben.

Als die Forschenden die Form der Gehirnhöhle des Fossils rekonstruierten, zeigten CT-Scans, dass Tametara eine Hirnmorphologie besitzt, die sich klar sowohl von heutigen Schlangen als auch von anderen bekannten Stamm-Schlangen unterscheidet.

„Es gibt verschiedene Merkmale, die wirklich spezifisch für Schlangen sind“, sagt Di-Poï.

Die Auswertungen ergaben ausserdem, dass die für das Sehen genutzten Hirnanteile (das Tectum opticum) deutlich verkleinert waren.

Ein ähnliches Muster findet man bei Tieren, die unterirdisch leben und sich weniger auf das Sehvermögen verlassen – bei ihnen sind solche Strukturen oft abgeschwächt.

Hinweise in den Schädelknochen

Damit Tiere sich durch Erde graben und eine fossoriale Lebensweise führen können, benötigen sie Schädel mit dickeren, dichteren Knochen, die der mechanischen Belastung beim Durchdrücken von Boden standhalten.

Die Scans zeigten, dass die Knochen im Schädel von Tametara stark verdichtet, dick und verlängert waren. Ein solches Merkmal wurde auch bei mehreren Echsen aus grabenden Entwicklungslinien beobachtet.

Ein weiterer Hinweis auf ein Leben unter der Erde findet sich in vereinfachten Ohren.

Bei Tametara mirim war das Kanalsystem des Innenohrs stark vereinfacht. Tiere, die an der Oberfläche leben oder in Bäumen klettern, benötigen sehr komplexe Innenohren – grabende Tiere hingegen nicht.

Warum ein unterirdischer Lebensstil?

Professor Di-Poï sagte gegenüber Earth.com, die frühen Bedingungen seien komplex gewesen und „Schlangen waren einfach anders“.

Welche evolutiven Kräfte Tametara mirim konkret an das Graben angepasst haben, lässt sich nicht mit Sicherheit bestimmen. Di-Poï vermutet jedoch, dass das Leben im Boden eine Strategie gewesen sein könnte, um Fressfeinde abzuschrecken.

Ausserdem verwies er auf die Körpergrösse als möglichen Einflussfaktor. Während einige urzeitliche Schlangen gross wurden und aquatische oder terrestrische Lebensräume besetzten, hätten sich nur kleinere Arten durch Bodenmaterial vorarbeiten können.

„Um unterirdisch Tunnel zu bauen, ist es, denke ich, einfacher, wenn man klein ist“, schloss Professor Di-Poï.

Die Studie wurde in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht.