Wale, Robben, Delfine: Was Luftatmer zu Wassertieren macht

Wieso suchen seit 250 Millionen Jahren immer wieder Landbewohner den Weg zurück ins Meer, und warum ähneln sie sich am Ende so sehr? Die Antwort auf diese Rätsel, behauptet eine aktuelle Studie, sei auch aktuell von Relevanz.

Die Evolution, wird oft behauptet, verläuft immer anders. Tatsächlich findet sie neue Lösungen, wenn das gebraucht wird. Doch gar nicht einmal so selten wählt sie auch bewährte Pfade, wenn sich das anbietet, wie eine aktuelle im Fachblatt "Science" veröffentlichte Studie eindrucksvoll zeigt  : Diese sogenannte konvergente Evolution ist häufiger, als man vermutet. Entwicklungen laufen dabei unabhängig voneinander ab, finden aber mehr oder minder identische Lösungen.

So wie beim Myoglobin, das mit Lungen atmendenden Wirbeltieren lange Aufenthalte unter Wasser erlaubt: Es bindet Sauerstoff und gibt ihn sukzessive an das Muskelgewebe ab.

Jedes an ein Leben im oder mit dem Wasser angepasste Säugetier zeichnet sich durch erhöhte Myglobinwerte aus, zeigte schon eine 2013 in "Science" erschienene Studie . Menschliche Muskeln enthalten etwa 6 Gramm des Proteins pro Kilogramm, beim Seehund sind es 52, beim Pottwal sogar 56 Gramm. Sie brauchen den Stoff, denn in den Muskeln - und nicht in ihren Lungen - speichern die wahren Taucher unter den Säugern ihren Sauerstoffvorrat.

Und Myoglobin ist dafür offenbar eine so ideale Lösung, dass die Evolution sie nicht nur an eine Tiergruppe verschwendete: Neben Säugern entwickelten auch Reptilien und Vögel den Myoglobin-Trick. Pinguine erreichen ähnliche Messwerte wie Wale. Und selbst unterirdisch lebende Tiere, denen Frischluft fehlt, verfügen über mehr Myoglobin. Bei all diesen Tieren ist die Myoglobin-Nutzung Resultat eines Evolutionsprozesses - den sie unabhängig voneinander ausprägten.

Viele Arten, eine Lösung

Das macht den Myglobin-Trick zu einem Fall konvergenter Evolution. Die scheint vor allem unter den im Wasser lebenden Lungenatmern fast schon die Regel zu sein. Die Baupläne und Rezepte der Evolution, die Land- zu Wasserbewohnern machten, sind immer wieder dieselben.

Typisch - und als Anpassung ans Medium, in dem sie sich bewegen verständlich - ist etwa die Ausprägung eines stromlinienförmigen Körperbaus. Aber auch andere Merkmale werden von Tieren geteilt, deren Arten kaum weniger verwandt sein könnten.

Die Ichtyosaurier etwa, die vor 250 Millionen Jahren zurück ins Wasser fanden, unterschieden sich rein optisch kaum von heutigen Delfinen. Obwohl Reptilien, ähnelten sie den kleinen Walen frappant: Höchstwahrscheinlich warmblütig brachten sie sogar lebende Junge zur Welt. Ihr Körperbau war - abgesehen von der vertikal stehenden Schwanzflosse - fast identisch, ihre Beuteschemata und Lebensweisen möglicherweise auch.

Es ist, als hätte sich die Evolution mit mehr als 200 Millionen Jahren Abstand wiederholt. Als greife sie auf ein genetisches Repertoire zurück, das immer dann zum Einsatz kommt, wenn es gebraucht wird, mit ähnlichen Ergebnissen.

Sehnsucht nach Meer - oder Landflucht?

Seekühe beispielsweise könnte man für Robben halten, so ähnlich sehen sie ihnen. Doch Seekühe sind mit Elefanten verwandt. Und beide stammen wohl von einem Nager-ähnlichen Tier ab, das vor 65 Millionen Jahren vermutlich semi-aquatisch am Rande des Thetys-Meeres lebte. Wenn das stimmt, wären heutige Seekühe Nachfahren von Wirbeltieren, die einst vom Wasser an Land gingen, von dort zurück ins Wasser, wieder zurück an Land und dann wieder ins Wasser - Evolution läuft nicht auf Einbahnstraßen.

Das wirft eine weitere Frage auf: Warum wechselten Tiere immer wieder in so krass andere Biotope?

Auch dieser Frage nach möglichen Ursachen und Auslösern gingen die Forscher der Smithonian Institution nun in ihrer Studie  nach. Sie analysierten zahlreiche Arbeiten der letzten Jahrzehnte auf der Suche nach Mustern, die Erklärungen liefern könnten.

Und sie wurden fündig: Nicht nur bei der Ausprägung physischer Merkmale, sondern bis hinab auf die genetische Ebene stellten sie analoge oder höchst vergleichbare Veränderungen bei verschiedensten Arten fest. Ob diese das "genetische Repertoire" für das Wasser darstellen und dann auch verantwortlich sind für konvergente Entwicklungen wie die Rückbildung von Beinen zu Flossen, oder ob da wieder andere Mechanismen wirken, ist eine offene Frage.

Klar scheint aber, dass es für die evolutionären Transformationen von Land- zu Wasserbewohnern konkrete bis katastrophale Auslöser gegeben haben dürfte - das zweite Muster, das die Forscher fanden. Sie erkennen in den Zeiten des Lebensraum-Wechsels das Echo auf starke Veränderungen der Umwelt. Klimawandel und katastrophale Ereignisse, die Veränderungen in Luft oder Wasser nach sich zogen, scheinen starke Motoren für solche evolutionären Entwicklungen gewesen zu sein.

Neil Kelley vom National Museum of Natural History in Washington, D.C., sieht genau da auch die heutige Relevanz der Studie: "Die Ozeane verändern sich weiterhin, vor allem durch menschliche Aktivitäten. Diese Studie liefert den evolutionären Kontext, um verstehen zu können, wie heute lebende Arten mariner Raubtiere sich entwickeln und an das Leben im Anthropozän anpassen werden."

Vor rund 250 Millionen Jahren passten sich landlebende Reptilien wieder an das Leben im Meer an. Für einen der effektivsten Baupläne für das Leben im Wasser steht der Ichtyosaurier: Rein äußerlich ...

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... die Seekühe: Die sehen wiederum Robben frappierend ähnlich, mit denen sie aber nichts zu tun haben - ein Fall konvergenter Evolution, die von grundverschiedenen Tieren ausgehend bei sehr ähnlichen Ergebnissen landet.

Kein Wassertier, aber auch der Wolf hat als Vertreter der Hundeartigen enge Verwandte, die sich fast völlig dem Leben im Nass angepasst haben.

Dass die Bezeichnung "Seehund" somit ein Körnchen Wahrheit enthält, ist aber wohl Zufall: Darüber war man sich bei Vergabe des Namens nicht im Klaren. Tatsächlich gehören auch Robben zu den Hundeartigen.

Kein Wasserbewohner, sondern ein Vertreter der riesigen Familie der Paarhufer: Dass man dazu unter anderem Schweine und Rinder, Flusspferde und Giraffen, Antilopen, Hirsche, Ziegen und Schafe zählt, ist noch wenig überraschend. Dass die maritim lebende Verwandtschaft aber ...

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Unterwasser-Flieger: Pinguine sind Vögel, haben aber auf genetischer und körperchemischer Seite etliche Ähnlichkeiten mit anderen Wasser-Wiederbesiedlern. Von den Formen der Gliedmaßen bis hin zur Atmung wählte die Evolution quer über die Artgrenzen konvergente Lösungen.

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