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Knochensplitter

Großprojekt Forscher enthüllen den Stammbaum der Vögel

Stammbaum der Vögel: Der Weg zum Verlust der Bodenhaftung Fotos
REUTERS

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Woher kommen die Vögel, welche Art ist mit welcher verwandt? Vieles davon war bisher unklar. Jetzt hat ein wissenschaftliches Großprojekt einen Vogel-Stammbaum hervorgebracht - mit teils überraschenden Ergebnissen.

Vögel sind nicht nur die artenreichste, sondern auch eine allgegenwärtige Landwirbeltierklasse*: Wir teilen uns die Erde mit fast 11.000 Vogelarten. Sie leben überall um uns herum und oft genug auch mit uns - was also soll an diesen Tieren noch rätselhaft sein?

Eine ganze Menge. Seit Jahrhunderten teilen wir die Vögel vor allem anhand äußerer Merkmale in Gruppen und Familien ein - etwa in Sing-, Raub- oder Wasservögel. Manche Verwandtschaften gelten als gesichert, andere sind eher begründete Vermutungen. Die erste breit angelegte Untersuchung des Genoms verschiedenster Vogelarten im Rahmen zahlreicher, miteinander koordinierter Studien macht nun klar: Oft lagen wir ziemlich weit daneben.

Der Blick auf den sich nun offenbarenden Stammbaum klärt auch manches Rätsel der Vogel-Evolution. In Summe, schreiben Erik Jarvis und sein Team von der Duke University, ergäben die verschiedenen, miteinander koordinierten Studien eine "Kartierung des Urknalls der Vogelentwicklung".

Tatsächlich gab es bisher keinen akzeptierten Stammbaum der Vögel, der die Verwandtschaftsverhältnisse der lebenden, geschweige denn ausgestorbenen Arten ins Verhältnis gesetzt hätte. Und vieles, was wir über Vögel zu wissen glaubten, wurde in den vergangenen zwei Jahrzehnten relativiert: Immer mehr Biologen sehen Vögel inzwischen nicht mehr als eigene Klasse der Wirbeltiere, sondern als Vertreter der Sauropsiden - eine Teilgruppe der Reptilien, wie sich das für direkte Dinosaurier-Nachfahren vielleicht gehört.

Tatsächlich sind ihre nächsten lebenden Verwandten die Krokodile. Und das gilt auch umgekehrt: Krokodile sind enger mit Vögeln verwandt als mit irgendeinem Reptil. Die Verwandtschaft ist in gemeinsamen Vorfahren begründet - beide Tiergruppen sind direkte Nachfahren der Archosauria, von denen auch die Dinosaurier abstammten.

Internationale Kooperation macht's möglich

Doch wie kam es dazu, dass sich aus Archosauriern so grundverschiedene Tiere wie Kaiman und Kolibri entwickelten?

Dass es nun gelang, etliche offene Fragen zu beantworten, liegt zum einen am enormen Aufwand, mit dem die Studien betrieben wurden, zum anderen am technologischen Fortschritt - noch vor wenigen Jahren wäre ein solches Projekt nicht möglich gewesen. Vier Jahre lang haben mehr als hundert Forscher an Instituten in China, den USA und Dänemark an der Sequenzierung und vergleichenden Analyse von Vogel- und Krokodil-Genomen gearbeitet. Die Sequenzierung beschäftigte neun Supercomputer und fraß rund 400 Jahre Prozessorzeit - das ist die Zeit, die alle involvierten Rechner insgesamt mit der Verarbeitung von Daten beschäftigt waren.

Die zusammengeführten Daten wurden mit eigens entwickelter Software analysiert und visualisiert. Ein vorläufiges Resultat: die vollständige Analyse der evolutionären Beziehungen zwischen 48 Vogelgenomen. Erste Erkenntnisse daraus veröffentlichen die verschiedenen Forschergruppen nun in 23 Studien, die über mehrere Journale verteilt fast zeitgleich erscheinen. Allein acht davon bilden in der aktuellen Ausgabe von "Science" einen Themenschwerpunkt. Vorgestellt wird dort etwa der Stammbaum der Vögel, die Evolution des Vogel-Genoms und wie die Vögel ihre Zähne verloren (alle Science-Studien: siehe Linkliste, linke Spalte).

An den Ergebnissen der Studien wird sich die Fachwelt wohl über Jahre reiben. Zu ihren Highlights gehören zahlreiche Überraschungen, die vermeintliche Gewissheiten konterkarieren:

  • Raubvögel mögen sich stark ähneln, doch das bedeutet nicht, dass sie auch zwangsläufig nahe Verwandte wären: Falken stehen beispielsweise den Papageien näher als irgendeinem Raubvogel. Und zu den nächsten Verwandten der Flamingos gehören nicht etwa andere langbeinig im Flachwasser nach Nahrung suchende Vögel, sondern Tauben.
  • Wasservögel sehen ähnlich aus, entstammen aber drei unabhängigen Entwicklungslinien.
  • Singvögel, Papageien, Spechte, Eulen, Adler und Falken stammen alle von einem sehr großen Raubvogel am oberen Ende der Nahrungskette ab, der auch Vorfahre der berüchtigten "Terrorvögel" gewesen sein dürfte.
  • Wie ihre direkten Verwandten, die Dinosaurier, starben auch die meisten Vogelarten vor rund 65 Millionen Jahren aus. Überlebt haben nur einige wenige Entwicklungslinien, aus denen nach der Katastrophe mit rapidem Tempo über 10.000 Arten entstanden.
  • Vögel verfügen über ein ungewöhnlich kurzes Genom, weil es - anders als etwa das von Säugern oder Reptilien - kaum wiederholte Sequenzen enthält. Sie verloren offenbar zum Zeitpunkt des großen Massensterbens einen großen Teil ihrer Gene. Die Forscher gehen davon aus, dass es dieser Verlust - und nicht etwa Zuwachs oder Mutationen - war, der den ungewöhnlich kräftigen Evolutionsschub bei der Ausprägung neuer Arten auslöste.
  • Viele Vogelmerkmale entstanden unter unterschiedlichen Bedingungen mehrmals und unabhängig voneinander. Gemeinsame Merkmale taugen deshalb wenig zur Bestimmung von Verwandtschaftsverhältnissen unter Vögeln.
  • Die Gene und Chromosome selbst scheinen bei den Vögeln über mehr als hundert Millionen Jahre ausgesprochen stabil gewesen zu sein: Ihre Mutationsrate ist deutlich geringer als bei anderen Wirbeltieren. Die Gestalt der verschiedenen Arten wird also eher durch die Zusammenstellung des Genoms definiert.
  • Das Genom der Krokodile mutiert extrem langsam. Den Forschern gelang es, daraus die Teile abzuleiten, die auf Archosaurier zurückgehen, die gemeinsamen Vorfahren von Dinosauriern, Vögeln und Krokodilen.

* Korrektur: In einer früheren Version dieses Artikels wurden Vögel als "artenreichste Wirbeltierklasse" bezeichnet. Das stimmt nicht, sie sind nur die artenreichsten an Land lebenden Wirbeltiere: Von Knochenfischen gibt es rund 29.000 Arten. Wir bitten, den Fehler zu entschuldigen.

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Zum Autor
  • Frank Patalong ist seit 1999 bei SPIEGEL ONLINE, bis 2011 als Leiter des Ressorts Netzwelt. Fossilien seiner Arbeit finden sich aber auch in den Archiven der Wissenschaft, Kultur, Politik und anderer Ressorts, denen er heute als Autor zuarbeitet. An der Paläontologie fasziniert ihn, wie sie über den Umweg der Popkultur Interesse an wissenschaftlichen Themen weckt und wachhält.
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