Wenn Pferde oder Geparden das Bedürfnis nach Geschwindigkeit verspüren, nehmen sie eine Gangart an, die als Galopp bekannt ist. Verknüpfte Hasen. Einige Wassertiere kriechen mit Fortbewegungsmitteln, die auf ihren Flossen ruhen, Krücken oder Ruderboote genannt. All diese Bewegungen sind etwas Besonderes – die Timings der linken und rechten Schritte oder Flossen sind nicht gleich beabstandet.
Nicht alle Tiere verlassen sich auf diese Art von Bewegungen, um sich schnell zu bewegen. Allerdings sind sogenannte asymmetrische Gangarten für Wirbeltiere nicht neu, Wissenschaftler haben berichtet am 8. März in der Zeitschrift für experimentelle Biologie. Die Forscher analysierten Beobachtungen von Bewegungen von Hunderten von Arten und kamen zu dem Schluss, dass unregelmäßige Gangarten möglicherweise erstmals bei alten fischähnlichen Tieren aufgetreten sind, noch bevor Wirbeltiere die Reise an Land antraten. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass verschiedene Tiergruppen im Laufe der Geschichte der Wirbeltiere die Fähigkeit erlangten und verloren, asymmetrische Gangarten zu verwenden.
Obwohl „mehr oder weniger“ bekannt ist, dass sich Landtiere unabhängig von diesen Bewegungen entwickelt haben, „ist die Idee, dass diese Fähigkeit für Kieferfische uralt ist, relativ neu und faszinierend“, sagte John Hutchinson, Professor für evolutionäre Biomechanik am Royal Veterinary College Hawkshead Campus in Hatfield, England, der nicht an der Forschung beteiligt war, sagte in einer E-Mail.
Wenn ein Tier geht oder trabt, bewegt es seine Gliedmaßen in einem glatten, regelmäßigen Muster, das als symmetrischer Gang bekannt ist. Um schneller zu reisen, können viele Tiere asymmetrische Gangarten annehmen, sagt Eric McElroy, Professor für Biologie am College of Charleston in South Carolina und Mitautor der Ergebnisse. Ein klassisches Beispiel ist der Galopp eines Pferdes.
Bei einem Galopp trafen alle vier Füße zu unterschiedlichen und ungleichmäßigen Zeiten auf den Boden, schrieben McElroy und sein Mitarbeiter Michael Granatosky vom New York Institute of Technology in Old Westbury in der Zeitung. Säugetiere sind nicht die einzigen Galopper; Einige Krokodile wurden auch bei dieser Gangart beobachtet.
Gazellen können eine andere Art asymmetrischer Gangart erreichen, die Pronking genannt wird, bei der sie in die Luft springen und gleichzeitig auf allen vier Füßen landen. Kröten und Kaninchen verwenden springende oder halbspringende Gangarten, bei denen beide Hinterbeine gleichzeitig den Boden berühren. Schlammspringer, Meeresschildkröten und manche Robben bewegen ihre Vorderflossen gleichzeitig in einem „Krücken“-Gang an Land ziehen. Einige Rochen und andere Fische tauchen auf und bewegen gleichzeitig ihre Beckenflossen, um sich entlang des Meeresbodens zu bewegen.
Es gibt auch Wirbeltiere, die keine asymmetrischen Gangarten zu verwenden scheinen, darunter Eidechsen, Salamander, Schnabeltiere, Igel, Loris und Elefanten.
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Um zu verstehen, wann diese Gangarten zum ersten Mal auftauchten, untersuchten McElroy und Granatosky die Verhältnisse symmetrischer und asymmetrischer Bewegungen bei 308 verschiedenen Arten von Gnathostomen oder Wirbeltieren mit Kiefern. Die überwiegende Mehrheit der modernen Wirbeltiere gehört dieser Gruppe an, mit Ausnahme von Schleimaalen und Neunaugen.
Die Forscher verwendeten Computermodelle, um vier verschiedene Evolutionsszenarien zu untersuchen. In einem Fall hatte der gemeinsame Vorfahre der Gnathostomen die Fähigkeit, sich asymmetrisch zu bewegen, und seine Nachkommen konnten diese Fähigkeit verlieren, aber nicht wiedererlangen. Ein anderes Modell ging davon aus, dass das Merkmal nur erworben werden konnte, was impliziert, dass der Vorfahre des Gnatosoms keinen asymmetrischen Gang hatte.
Im dritten Modell tauchten und verschwanden asymmetrische Gangarten ungefähr gleich häufig im Stammbaum. Das vierte Modell beseitigte die Ratenbeschränkung. Dies ermöglichte den Organismen „eine sehr schnelle Entwicklung asymmetrischer Gangarten und einen sehr langsamen Verlust asymmetrischer Gangarten“, sagt McElroy. „Sie können sehr unterschiedlich in der Evolutionsgeschwindigkeit sein.“
Er und Granatosky fanden dieses vierte Szenario am wahrscheinlichsten, basierend darauf, wie asymmetrische Gangarten unter modernen Wirbeltieren verteilt sind. Sie errechneten, dass der Gnathostom-Vorfahr eine etwa 75-prozentige Chance hatte, eine Art asymmetrischen Gang zu verwenden.
Diese fischähnliche Kreatur bewohnte wahrscheinlich vor 400 bis 450 Millionen Jahren flache Küstenmeere, etwa 25 bis 100 Millionen Jahre bevor einige ihrer Nachkommen Land eroberten. Der Gnathostom-Vorfahre hat möglicherweise seine Flossen verwendet, um sich selbst zu krücken oder sich auf den Meeresboden zu werfen, sagt McElroy und stellt fest, dass viele Fossilien früher Wirbeltiere mit Kiefern heutigen Fischen ähneln, die diese Bewegungen verwenden, wie Rochen und Stachelrochen.
Das Team stellte auch fest, dass der Vorfahr der modernen Säugetiere wahrscheinlich die Fähigkeit hatte, sich asymmetrisch zu bewegen, im Gegensatz zu den Vorfahren von Amphibien und Eidechsen.
Es ist unklar, warum asymmetrische Gangarten bei einigen Wirbeltiergruppen verloren gegangen sind. Elefanten können zu groß sein, um zu galoppieren, ohne gefährlichen Druck auf ihre Knochen auszuüben. Einige Tiere, wie Loris und viele Schildkröten, bewegen sich möglicherweise nie schnell genug, um asymmetrische Gangarten zu erfordern.
Eidechsen können sehr schnell rennen, ohne ihre Gliedmaßen asymmetrisch zu bewegen. „Ich habe noch nie eine Eidechse galoppieren sehen, und es ist seltsam, dass sie das nicht tun, und das deutet auf eine Art neuromuskuläre Zurückhaltung hin“, sagt McElroy. „Ich würde mir das gerne genauer ansehen, um wirklich zu verstehen, dass Eidechsen dazu einfach nicht in der Lage sind, oder tun sie das sehr, sehr selten, oder bestimmte Gruppen von ihnen können das und haben es nicht Sie haben gerade diese Gruppen studiert?“
Die 308 lebenden Tiere, die die Forscher untersuchten, repräsentieren nur einen Bruchteil der rund 69.000 Arten von Wirbeltieren. Dies, sagte Hutchinson, könnte die Ergebnisse des Scans verzerrt haben.
Sichtungen moderner Fischarten seien relativ selten gewesen, räumt McElroy ein. „Fisch wird tendenziell eine größere Wirkung auf die haben [evolutionary] Rekonstruktionen, weil sie die ältesten Arten sind“, sagt er, und „sowohl eine Einschränkung als auch einen Bereich für zukünftige Entdeckungen darstellen“. Die Berücksichtigung der Fortbewegung ausgestorbener Wirbeltiere würde diese Schätzungen ebenfalls verbessern, aber es ist wenig darüber bekannt, wie sie sich fortbewegten.
Trotz dieser Einschränkungen, sagte Hutchinson, „ist die Studie insofern wertvoll, als sie viele Daten mit guten, skalierbaren Tools synthetisiert und weitere Untersuchungen der von ihr aufgeworfenen Fragen anregen wird.“