Wer am Meeresstrand spazieren geht und eine Muschel oder Schnecke aufhebt, achtet selten darauf, ob sich ihr Gehäuse nach links oder rechts windet. In der makroskopischen Natur ist die chirale Windungsrichtung einer Art meist fest vorgegeben. Schnecken und Weichtiere wechseln ihre Ausrichtung nicht plötzlich über Nacht. In der mikroskopischen Welt der Ozeane vollzog sich jedoch ein weitaus dramatischeres Schauspiel.
In den Weltmeeren treiben unzählige planktonische Foraminiferen – einzellige Protisten, die poröse Schalen aus Calciumcarbonat ausscheiden und meist kleiner als ein Millimeter sind. Sterben diese Organismen ab, sinken ihre Gehäuse auf den Meeresgrund und lagern sich Schicht für Schicht ab. So entstand ein natürliches Klima- und Evolutionsarchiv, das über 560 Millionen Jahre Erdgeschichte umspannt.
Abbildung: Spiralige Schalen und das Phänomen der Inversion. Quelle: Quanta Magazine
Wie die Wassertemperatur die Wissenschaft ein halbes Jahrhundert lang täuschte
Bereits Anfang der 1950er-Jahre untersuchte der Schweizer Mikropaläontologe Hans Bolli solche Tiefsee-Sedimentkerne. Er stellte fest, dass bestimmte Foraminiferen-Arten eine ausgeprägte Präferenz für eine bestimmte Windungsrichtung aufwiesen: mitunter rollten sich bis zu 97 % der Individuen einer Population in dieselbe Richtung ein. Noch verblüffender war, dass diese Ausrichtung in den geologischen Schichten keineswegs unveränderlich blieb. Alle paar tausend Jahre kippte die Windungsrichtung im globalen Gleichschritt um.
Wissenschaftler hielten diese Umkehrung zunächst für ein ideales Paläothermometer. Der Geologe David Ericson formulierte 1959 die einleuchtende Hypothese, dass die Wassertemperatur über die Drehrichtung entscheide: In eiszeitlichen Kältephasen wanden sich die Schalen nach links, in warmen Zwischeneiszeiten nach rechts. Diese Erklärung klang so bestechend logisch, dass Paläoklimatologen über ein halbes Jahrhundert lang die Windungsquoten fossiler Schalen nutzten, um prähistorische Temperaturen der Erde zu rekonstruieren.
Abbildung: Exemplare mit links- und rechtsgewundenen Schalen. Quelle: Quanta Magazine
Genomanalysen widerlegen die Paläothermometer-Hypothese
Ein Regelwerk, das rein auf äußerer Morphologie aufgebaut war, geriet schließlich mit Einzug der Molekularbiologie ins Wanken. Im Jahr 2006 wies die Genetikerin Kate Darling nach, dass es sich bei links- und rechtswindenden Varianten von Neogloboquadrina pachyderma keineswegs um klimaabhängige Morphen handelte, sondern um zwei genetisch vollkommen getrennte Arten unter demselben äußeren Erscheinungsbild. Im Jahr 2013 versetzte die Paläobiologin Yurika Ujiié der Temperaturhypothese den finalen Stoß.
Durch Analysen von Proben aus verschiedenen Ozeanbecken bewies Ujiié, dass die Chiralität der Schalen schlichtweg nicht mit den vorherrschenden Wassertemperaturen übereinstimmte. Die Temperaturhypothese war endgültig widerlegt.
Fossilienschichten entlarven sprunghafte Evolutionsschübe
Ein Forschungsteam um Bridget Wade vom University College London analysierte unlängst Sedimentdaten der vergangenen 56 Millionen Jahre. Die Forscher entdeckten, dass die Art Paragloborotalia siakensis vor 15 Millionen Jahren schlagartig von einer gemischten Population zu einer rein linksgewundenen überging. Diese Wechsel vollzogen sich über mehrere Ozeanbecken und Breitengrade hinweg in verblüffender Gleichzeitigkeit.
Klassische Modelle einer allmählichen, graduellen Anpassung können eine derart synchrone und weltumspannende Umstellung nicht erklären.
Abbildung: 30 lebende Foraminiferen-Arten im Raster, alle unter 1 Millimeter groß. Quelle: Quanta Magazine
Kryptische Arten erobern die Weltmeere
Wenn nicht das Klima diese Umkehrung erzwungen hatte, musste der Schlüssel in den Genen liegen. Ein bahnbrechender Erklärungsansatz gewann an Kontur: Das synchrone weltweite Umklappen ist die Reifenspur sogenannter „kryptischer Arten“ – Organismen, die äußerlich identisch aussehen, sich genetisch jedoch grundlegend unterscheiden und in rascher Folge die Weltmeere eroberten.
Man kann sich diesen Vorgang wie die Ausbreitung dominanter Virusvarianten während einer Pandemie vorstellen: Entsteht in einem Meeresgebiet eine Subpopulation mit einem entscheidenden Selektionsvorteil, wird sie von den Meeresströmungen erfasst und fegt wie eine Welle durch sämtliche Ozeanbecken. Auf ihrem Siegeszug verdrängt sie die alteingesessenen Populationen und etabliert ihre eigene, einheitliche Windungsrichtung rund um den Globus.
Aus geologischer Sicht vollzieht sich eine solche Verdrängung im Handumdrehen. Das weltweite ozeanische Förderband benötigt für eine vollständige Umwälzung der Wassermassen lediglich rund 1.000 Jahre. Dass eine überlegene Linie innerhalb eines Jahrtausends die globale Vorherrschaft erringt, wirkt in den Gesteinsschichten wie ein flüchtiger Wimpernschlag.
Die synchrone Umkehrung der Foraminiferen-Spiralen hinterließ so ein unübersehbares Lesezeichen in den Tiefseesedimenten. Zum ersten Mal wird für die Forschung greifbar, wie eine evolutionäre Welle, getragen von vorteilhaften Genen kryptischer Arten, den gesamten Planeten in geologischer Rekordzeit überrollen kann.
Referenz-Links:
- Quanta Magazine-Bericht
- PNAS-Studie
