Crinoide Marsupites ähnelten einem Buckyball. (Cuthill & Hunter, Paläontologie, 2020) Das Leben auf dem Meeresboden vor 80 Millionen Jahren war hart. Der Meeresspiegel war flach, Raubtiere waren ständig auf der Suche und es gab immer ein anderes schleimiges, stacheliges, hartschaliges Lebewesen, das bereit war, Ihnen den Platz zu stehlen.
Um zu überleben, haben die alten Verwandten des Seeigels ihre Anatomie so umgestaltet, dass sie zu toten Wächtern robuster organischer Moleküle aus Kohlenstoff, sogenannten Buckyballs, wurden. Es war nicht nur eine solide Entscheidung – es war ihr mathematisches Schicksal.
Fossilien von zwei primitiven Stachelhäuterarten aus der späten Kreidezeit zeigen, dass die Anordnung ihrer Schutzplatten, genannt a Kelch , ähnelten geometrisch den Polygonen von Kohlenstoffkugeln.
Der Vergleich der zugrunde liegenden Regeln, die für die Strukturen verantwortlich sind, ermöglicht es uns zu verstehen, wie sich die Körperformen der Tiere als Reaktion auf Umweltbelastungen verändern konnten, erklären Forscher in a neue Studie .
Um Hinweise auf die Art von Einschränkungen zu finden, mit denen die alten Tiere bei ihrer Anpassungsfähigkeit konfrontiert waren, verwendete ein Team der University of Western Australia (UWA) und der University of Cambridge spezielle Grafiktechniken, um die strukturellen Anordnungen von Tieren zu quantifizieren Ein Sozialarbeiter Und Schildkrötenbeutel , der zu einer Klasse von Stachelhäutern gehörte, die als bekannt sind Seelilien .
Einige Layouts hätten zu weniger stabilen Formen geführt, während andere einfach nicht möglich gewesen wären. Die Vernetzung der Topologie oder geometrischen Anordnung des Kelchs hilft Forschern, den Weg vorwärts – oder sogar zurück – in der natürlichen Selektion besser zu verstehen.
„Das Überleben war entscheidend und die kugelähnlichen Strukturen, die sehr schweren Belastungen standhalten konnten, bildeten sich um sie herum, um sie vor den Gefahren des Ozeans zu schützen und den Auftrieb zu erleichtern.“ sagt UWA-Evolutionspaläoökologe Aaron Hunter.
Auf den ersten Blick könnte man viele Seelilien leicht mit Pflanzen verwechseln, mit wedelartigen Fortsätzen, die sich in den Meeresströmungen bewegen, und einem Stiel, der ihren Kelch am Meeresboden verankert.
Diese beiden Exemplare aus der Kreidezeit widersetzten sich zufällig diesem Trend und ließen den Stamm ganz fallen, um sich im weichen Pulver des Kalksteinbodens niederzulassen, oder sie stiegen durch die Strömungen auf, um weniger tückische Weiden aufzusuchen.
Uintacrinus sp . mit seiner Struktur vernetzt. (Cuthill & Hunter, Paläontologie , 2020)
„Diese Tiere könnten sich dann auf der ganzen Welt verbreiten und wurden in Kreidefelsen von Texas (USA) bis Kalbarri (Westaustralien) gefunden.“ sagt Jäger.
„Sie könnten einen Schneeschuh bilden, um auf dem Grund der flachen Ozeane zu sitzen oder zu schwimmen und an sicherere Orte umzuziehen.“
Auch ihre nahezu kugelförmigen Blütenkelche sahen mehr oder weniger ähnlich aus. Marsupiten hatte 16 große, fünf- oder sechsseitige Platten in einer fußballähnlichen Anordnung, verglichen mit Uintacrinus zahlreiche winzige Exemplare, die jeweils aus vier bis acht Seiten bestehen.
Die Wissenschaftler fanden heraus, dass diese Anordnungen nicht nur an Kohlenstoff-Nanostrukturen erinnerten. Sie waren mathematisch gesehen eine Übereinstimmung mit Marsupiten sieht aus wie eine vergrößerte Version eines kugelförmigen Moleküls aus 30 Kohlenstoffatomen.
Das bekannteste Beispiel für solche Kohlenstoffkugeln ist das Buckminsterfulleren , nach dem 20 Th Jahrhundert amerikanischer Erfinder und Architekt, Buckminster Fuller .
Sein geodätisches Kuppeldesign – umgesetzt in berühmten Bauwerken wie dem Massiv Eden-Projekt in Cornwall, Großbritannien – vereinte die Stärke solcher Polygonanordnungen mit einer modernistischen Ästhetik.
Es scheint jedoch, dass Fuller dem Schlag um etwa 80 Millionen Jahre geschlagen wurde.
„Die Strukturen finden sich auch im Kohlenstoffmolekül Buckminsterfulleren, aber dies ist das erste Mal, dass wir eine solche Struktur in Fossilien gefunden haben.“ sagt Jäger.
„Es bleibt immer noch ein Rätsel, warum sich diese erfolgreichen Strukturen nicht erneut entwickelt haben.“
Die Frage, warum es in der Natur eine seltene Form ist, hängt angesichts seines Potenzials, dem Biss eines Raubtiers standzuhalten, weitgehend davon ab, wie leicht es überhaupt entstehen kann.
Die Zeitleisten von Uintacrinus Und Marsupiten überlappten sich damals etwa eine Million Jahre lang Dinosaurier immer noch unterwegs.
Der Zeitraum war auch zufällig am Ende einer Ära Dabei entwickelten sich neue Arten von Muscheln zermalmenden Raubtieren, die Druck auf hartschalige Lebewesen in den Tiefen des Ozeans ausübten.
Durch die Analyse der topologischen Anordnung dieser Platten als Netzwerk konnten die Forscher diese Strukturen mit allen verfügbaren möglichen Formen vergleichen und so besser verstehen, wie ihre Entwicklung stattgefunden haben könnte.
Es stellt sich heraus, dass es sich um das Crinoid handelt Marsupiten , war eine stabile Buckyball-Struktur geplant, wobei grafische Modelle begrenzte Wege zu anderen möglichen Körperplänen zeigten.
Uintacrinus hatte nicht ganz so viel Glück. Sein eigenes Layout war ein guter Versuch, aber diese kleineren, unebenen Platten hätten nicht die gleiche Steifigkeit geboten.
Diese Art der Netzwerkkartierung von Körperformen wurde in anderen Bereichen der Biologie angewendet, ist aber immer noch ein Werkzeug mit viel ungenutztem Potenzial, um zu verstehen, warum einige Evolutionszweige boomen, während andere pleite gehen.
Evolution kann sich oft wie ein wildes Glücksspiel anfühlen. Aber in vielen Fällen sind die Karten sehr gestapelt.
Für diese uralten Seeigel war es eine glückliche Hand, dass sie in einer Welt, die darauf bedacht war, sie verlieren zu sehen, eine Weile durchhielten.
Diese Forschung wurde veröffentlicht in Paläontologie .