Ein Vietnam-Veteran sammelte 66 Jahre lang Fossilien. Eines, das fälschlicherweise als „Baby-Neunauge“ bezeichnet wurde, veranlasste Paläontologen dazu, die Art und Weise zu überdenken, wie Wirbeltiere vom Wasser an Land gelangten

Es stellte sich heraus, dass es sich bei dem Fossil um das Jungtier eines krokodilähnlichen Lebewesens handelte, und einer neuen Studie zufolge deutet dies darauf hin, dass frühe Tiere keine Metamorphose nutzten, um sich zu einem Leben an Land zu entwickeln

Richard Rock – ein Vietnamkriegsveteran, Meistergärtner und begeisterter Fossiliensammler – sammelt seit 66 Jahren Steine. Sein bevorzugter Fundort ist Mazon Creek, ein fruchtbares Fossillager etwa 70 Meilen südwestlich von Chicago. Es ist nicht nur für seine Fossilien bekannt, sondern auch für die engagierte Gemeinschaft von Amateurwissenschaftlern, die der Hitze, Giftefeu und Lyme-Borreliose-Zecken trotzen, um Artefakte aus einem der größten paläontologischen Reservoire der Welt zu sammeln und zu katalogisieren.

Im Jahr 2023 fragte der Fossilienliebhaber Andrew Young Rock, ob er seine Sammlungen fotografieren dürfe. Rock „hatte im ganzen Haus Vitrinen und einen überfüllten Lagerraum in der Garage“, erinnert sich Young. „Ich ging in sein Arbeitszimmer, schaute auf die Glasregale, fing an, Proben zu entnehmen, und sah eines, auf dem ein kleines, laminiertes Etikett mit der Aufschrift ‚Baby-Neunauge‘ angebracht war.“ Und ich dachte mir: ‚Das ist kein Neunauge.‘“

Es stellte sich heraus, dass das Fossil etwas weitaus Wichtigeres war. In einer heute veröffentlichten Studie in WissenschaftDie Forscher des Field Museum, Arjan Mann und Jason Pardo, beschreiben das Exemplar als einen jungen Tetrapoden, ein Mitglied der viergliedrigen Linie, aus der alle lebenden Amphibien, Reptilien, Vögel und Säugetiere hervorgegangen sind. In Kombination mit einem ähnlichen Fossil, das sich bereits in den Archiven des Museums befindet, und mit Analysen von Dutzenden versteinerter Verwandter stellt das Jungtier die weit verbreitete Vorstellung auf den Kopf, dass Metamorphose wesentlich war, um die ersten landlebenden Wirbeltiere der Erde aus dem Wasser zu bringen.

Wahrscheinlich haben Sie in der Biologie-Schule Bilder von Tetrapoden gesehen. Es handelte sich um uralte und vage eidechsenartige Lebewesen, die den ersten Übergang der Wirbeltiere vom Wasser zum Land einleiteten. Jahrzehntelang gingen Wissenschaftler allgemein davon aus, dass Tetrapoden diesen Wandel durch Metamorphose bewältigten – sie begannen als Wasserkaulquappen, ähnlich wie moderne Frösche, und organisierten dann ihren gesamten Körperbau neu, um teilweise an Land lebende Erwachsene zu werden.

Diese Hypothese entstand teilweise, weil die modernen Tiere, die den frühen Tetrapoden am ähnlichsten sind, Salamander sind, die eine Metamorphose durchlaufen. Doch Florian Witzmann, der Kurator der Sammlung fossiler Fische und Amphibien am Berliner Naturkundemuseum, der nicht an der neuen Forschung beteiligt war, argumentiert, dass die Analogie schon immer fehlerhaft war. Es macht Sinn, sagt er, dass sich die Metamorphose möglicherweise später entwickelt hat.

Bevor Rocks Fossil auftauchte, hatten Mann und Pardo mehrere Jahre damit verbracht, ein weiteres Exemplar aus den Sammlungen des Field Museum zu analysieren. Als Mann später im Labor arbeitete, bemerkte er, dass das mysteriöse Fossil ein winziges, knospendes Glied hatte. Um herauszufinden, um welches Lebewesen es sich handelte, gingen die Forscher, wie Mann es ausdrückt, „eine Liste von Kandidatentieren aus dieser Zeit anhand der Morphologie durch und eliminierten nach und nach diejenigen, die auf anatomischen Merkmalen basierten, wodurch diese Gruppen ausgeschlossen wurden, bis wir bei unserer Diagnose landeten.“

Mithilfe von Bildern mit einem Rasterelektronenmikroskop konnten die Wissenschaftler das Tier schließlich als Embolomer identifizieren: ein krokodilähnliches Raubtier, das vor 280 bis 350 Millionen Jahren Ökosysteme dominierte. Das Fossil von Rock schien von derselben Art zu stammen. „Seine Probe zeigt mehr von der Außenseite des Körpers in einem jüngeren Zustand“, sagt Mann. „Es hat also die Geschichte erheblich bereichert.“

Wichtig ist, dass diese beiden Jungtiere keine Anzeichen dafür zeigten, dass sie sich in einer kaulquappenähnlichen Lebensphase befanden. Das von Rocks Fossil konservierte Embolomer hat beispielsweise Miniaturbeine und es fehlen äußere Kiemen – die gefiederten Fortsätze, mit denen Salamanderlarven unter Wasser atmen, bevor sie sie bei der Metamorphose wieder aufnehmen. Diese beiden Fossilien „sind im Grunde miniaturisierte Versionen“ der Erwachsenen, erklärt Mann. „Sie werden einfach immer größer und größer, bis man ein riesiges Tier in Alligatorgröße bekommt.“

Das ist das Kennzeichen der direkten Entwicklung – der gleichen Wachstumsstrategie, die heute Säugetiere, Vögel, Reptilien und sogar viele Amphibien anwenden. Die Studie legt nahe, dass die frühen Tetrapoden eher diesem Plan als einer Metamorphose folgten, sodass der Übergang vom Wasser zum Land zunächst einen anderen Weg eingeschlagen haben muss. Laut Nadia Fröbisch, einer Evolutionsbiologin am Berliner Naturkundemuseum, die nicht an der Forschung beteiligt war, hatten einige Tetrapodenexperten erwartet, dass ein Jungfossil mit den Merkmalen einer direkten Entwicklung auftauchen würde. „Wir haben irgendwie alle darauf gewartet“, sagt sie. „Wir hatten nie direkte Beweise, und jetzt haben Arjan Mann und Jason Pardo die direkten Beweise gefunden.“

Dennoch schlossen diese beiden Fossilien allein eine Metamorphose über Tetrapoden nicht aus. Vielleicht waren die Embolomere ein Zweig, der sich zufällig in Richtung einer direkten Entwicklung entwickelte. Aber Mann und Pardo untersuchten Tausende von Jungfossilien anderer früher Verwandter der Tetrapoden und fanden in keinem von ihnen Hinweise auf eine Metamorphose. „Es handelt sich nicht um eine Art“, sagt Pardo. „Wir können zu jedem Stammgruppen-Tetrapoden gehen, zu jedem Tier, das Teil dieses Übergangs von der Flosse zu den Gliedmaßen ist – jedem Tier, das wir in der Mazon Creek-Gruppe finden, das in diese Kategorie fällt, fehlt alles, was auf Metamorphose hinweisen würde.“

Fröbisch meint, dass es über die Schlussfolgerung von Mann und Pardo wenig zu diskutieren gibt. „Mir fällt niemand ein, der das sagen würde … passt überhaupt nicht in das evolutionäre Bild“, sagt sie. Witzmann stimmt zu. „Die Fossilien sind sehr schön“, sagt er. „Bei Ihnen sind so viele Weichteile erhalten – Knorpel, Knochen, Haut. Ich würde die gleiche Interpretation vertreten.“

Diese makellose Erhaltung ist ein seltenes Merkmal der in Mazon Creek gefundenen Fossilien. An den meisten anderen Orten ist es schwierig oder unmöglich, Exemplare geschlüpfter Tiere zu finden. Babys sind klein und ihre Skelette bestehen teilweise aus Knorpel, der nach dem Tod schnell abgebaut wird. Um die winzigen Weichteilpakete, die Jungtiere zurücklassen, zu erhalten, sind bestimmte Bedingungen erforderlich.

Glücklicherweise war Mazon Creek dieser Aufgabe gewachsen. Vor etwa 309 Millionen Jahren war die Region ein riesiges Flussdelta, das von saisonalen Überschwemmungen heimgesucht wurde, die dicken, eisenreichen Schlamm in das Sediment zogen und viele unglückliche Pflanzen und Tiere darunter begruben. An anderen Orten hätten Bakterien diese Organismen vollständig abgebaut. Dort reagierte jedoch das gelöste Eisen im Schlamm rund um die Kadaver mit dem von Bakterien freigesetzten Kohlendioxid. Dadurch wurde der Schlamm in Siderit umgewandelt, ein Eisenkarbonatmineral. Innerhalb von Tagen oder Wochen nach dem Tod eines Organismus war dieser von einem harten Mineralknötchen umgeben, manchmal bevor weiches Gewebe Zeit hatte, zu verrotten.

Dieser geochemische Prozess hinterließ Millionen von Konkretionen: „kleine eiförmige Steine“, wie Young sie beschreibt, die Sammler zerschlagen oder einfrieren und auftauen können, um die darin enthaltenen Fossilien freizulegen. Normalerweise hätten Sammler im Boden graben müssen, um diese Kugeln zu bergen. Doch Mitte des 20. Jahrhunderts begann der Kohlebergbau mit dem Tagebau in Mazon Creek, wodurch die Konkremente im freigelegten Schiefer leicht zugänglich wurden.

In den letzten acht Jahrzehnten hat Mazon Creek die Aufmerksamkeit von Sammlern und Bürgerwissenschaftlern auf sich gezogen. „Sie haben einen Kohlebergbaustandort in der Nähe einer großen Bevölkerungsgruppe in einer Zeit, in der die Menschen durch Steintausch Kontakte knüpften und eine Vorliebe für das Sammeln von Dingen hatten“, sagt Young, der als Brücke zwischen der Bürger-Wissenschaftler-Gemeinschaft von Mazon Creek und professionellen Forschern am Field Museum fungiert. Heute besuchen einige dieser Enthusiasten Mazon Creek mehrmals pro Woche, um weitere Konkremente zu sammeln. „Das sind so kluge und gebildete Leute“, sagt Pardo. „Manchmal wissen sie besser, was sie sehen als ich.“

Seit 1960 ist Rock ein herausragendes Mitglied dieser Gemeinschaft von Bürgerwissenschaftlern. Inspiriert von fossilen Farnen auf einer Wissenschaftsmesse ging er in der Mittelschule zum ersten Mal mit seinem Vater nach Mazon Creek. Er „zeigte mir, was eine gute Konkretion ist und zeigte mir, dass man sie mit einem Hammer zerschlagen kann“, sagt Rock. „Also habe ich angefangen zu sammeln.“

Ein paar Jahre später beschloss sein Vater zu zählen, wie viele Fossilien Rock mit nach Hause gebracht hatte. „Ich musste irgendwohin“, erinnert sich Rock. „Ich kam vier oder fünf Stunden später zurück, und mein Vater saß an meinem Schreibtisch und ich sagte: ‚Na, bist du fertig?‘ Und er sagte: „Nein … ich habe bei 50.000 aufgehört.“ Und er sagte, er hätte ein Monster erschaffen.“

Rock kann sich nicht erinnern, das Tetrapodenbaby hochgehoben zu haben. Aber als er Manns und Pardos Gedanken zu dem Exemplar gehört hatte, wusste er, dass er es dem Museum spenden musste. „Mir wurde sehr schnell klar, dass es sich um ein äußerst wichtiges Fossil handelte“, sagt Rock. In den Sammlungen des Museums und nicht in seinen eigenen, fügt er hinzu, könnte das Objekt „uns helfen, etwas über die Vergangenheit zu erfahren, das wir nicht wissen.“

Wenn die Metamorphose nicht die evolutionäre Brücke vom Wasser zum Land bildete, dann müssen andere Merkmale die Aufgabe erfüllt haben. Im Moment kennt niemand die vollständige Geschichte. „Manchmal muss man zerstören, um etwas zu erschaffen“, sagt Mann. „Wir haben gerade eine langjährige Hypothese widerlegt. Jetzt müssen wir bei Null anfangen.“

Rock freut sich, dass er mit seiner 66-jährigen Sammeltätigkeit etwas zum Unternehmen beitragen konnte. Das von ihm gefundene Fossil habe „die Größe eines Zehncentstücks“, erinnert er sich. „Meine Frau sagte: ‚Wie konntest du es überhaupt wagen, es aufzuheben?‘ Und wie ich ihr gesagt habe, nehme ich alles auf – egal, was es ist –, denn man weiß nicht, was es ist, bis man etwas Zeit hat, es sich anzusehen.“