Wer war der Stammvater der Insekten?

Interview mit dem Biologen und Paläontologen Dr. Günter Bechly

Dr. Günter Bechly ist wissenschaftlicher Kurator am Staatlichen Museum für Naturkunde in Stuttgart und dort Sektionsleiter für die Bereiche Bernstein und fossile Insekten

Frage: Herr Dr. Bechly, wie, wann und wo wurde Ihr Interesse an Bernstein und fossilen Insekten geweckt?

Antwort: Mein Interesse an Insekten wurde schon in frühester Kindheit geweckt. Eines der ersten Bücher, das ich von meinen Eltern geschenkt bekam, war ein Bilderbuch über Insekten und dieses faszinierte mich offenbar so sehr, dass „Wasserfenchelrüssler“ (eine Rüsselkäferart) zu den ersten Tiernamen gehörte, die ich nach der WauWau-Phase gelernt habe. Andere prägende Kindheitserlebnisse waren z. B. der Kinofilm „Die letzten Paradiese“ von Eugen Schumacher und die eigene Suche nach Fossilien in den Holzmadener Ölschiefern sowie natürlich auch die Besuche von Museen und Zoologischen Gärten. Auch die zahlreichen Naturfilme im Fernsehen hatten einen nicht unerheblichen Einfluss auf mich. Mein Interesse an Natur im Allgemeinen und an Insekten und Fossilien im Besonderen begleitete mich somit meine ganze Jugend und war dann auch der Grund für meinen entsprechenden Studienwunsch. Im Rahmen meines Studiums an der Universität Tübingen war es eine besondere Lehrerpersönlichkeit (Dr. Gerhard Mickoleit, der inzwischen im Ruhestand weilt), die mein Interesse in wissenschaftliche Bahnen gelenkt hat und meine Begeisterung für die Erforschung der Stammesgeschichte und Evolution der Insekten geweckt hat.

Frage: Wer war der Stammvater der Insekten?

Antwort: Der eigentliche „Stammvater“ im engeren Sinne war diejenige, noch unbekannte und längst ausgestorbene Gliedertierart, aus deren Aufspaltung die beiden Hauptgruppen der heutigen Insekten in der weiteren Evolution hervorgingen. Diese Tierart lebte im Oberen Silur oder Unteren Devon vor etwa 430 Millionen Jahren und war bereits sechsfüßig, ungeflügelt und hatte nur ein Antennenpaar. Sie lebte in einem feuchten Lebensraum an Land, wo sie vermutlich schon über Tracheen atmen konnte. Es handelte sich aller Wahrscheinlichkeit nach um eine kleine, bodenlebende Gliedertierart, ähnlich den heutigen Springschwänzen, Doppelschwänzen und Felsenspringern. Diese ganzen Aussagen können wir durch einen genauen Vergleich und eine Bewertung der Merkmale der heutigen Insekten treffen, die mit den Methoden der Phylogenetischen Systematik des deutschen Zoologen Prof. Willi Hennig eine Grundplan-Rekonstruktion des hypothetischen Ahnen erlauben, selbst wenn entsprechende Fossilfunde noch völlig fehlen.

Was die weiter entfernte Herkunft der sechsfüßigen Insekten angeht, so glaubte man früher, dass diese unter landlebenden und tracheenatmenden Tausendfüßlerverwandten des Silur und Devon zu finden gewesen seien. In der Zwischenzeit hat sich jedoch durch Erbgutuntersuchungen sowie neue Erkenntnisse aus der vergleichenden Anatomie und Embryologie gezeigt, dass die nächsten Verwandten der Insekten nicht die Tausendfüßer, sondern die Krebstiere sind. Insekten sind somit landlebende, abgewandelte Krebse (ähnlich wie die Asseln, aber nicht näher mit diesen verwandt) und stammen ursprünglich (also noch vor dem Landgang) von einer meereslebenden, krebstierartigen Ahnenform ab, die vermutlich im Silur lebte. Vor einigen Jahren wurde mit Devonohexapodus bocksbergensis ein solches marines (vermeintliches) Proto-Insekt aus den unterdevonischen Hunsrückschiefern von Bundenbach beschrieben, aber nach neueren Erkenntnissen war diese Zuordnung wohl etwas verfrüht und sehr wahrscheinlich unzutreffend (zudem ist Devonohexapodus bocksbergensis wahrscheinlich identisch mit dem schon früher aus den gleichen Schichten beschriebenen Gliedertier Wingertshellicus backesi).

Frage: Aus welcher Zeit stammen die ältesten fossilen Insekten?

Antwort: Das älteste vollständig bekannte fossile Insekt ist noch immer der Springschwanz Rhyniella praecursor aus den unterdevonischen (396-407 Millionen Jahre) Hornsteinen von Rhynie in Schottland. Reste von etwas moderneren, flügellosen Insekten, wie z. B. Felsenspringern und Silberfischchen, wurden in etwas jüngeren devonischen (390 Millionen Jahre) Schichten von Gaspé Bay/Quebec in Kanada und dem Oberdevon (379 Millionen Jahre) von Gilboa/New York in Nordamerika gefunden, sind aber teilweise in ihrer Deutung noch umstritten. Auch aus den Rhynie-Hornsteinen gibt es einen weiteren Rest eines flügellosen Insektes, nämlich das Bein eines vermutlichen Felsenspringers oder Silberfisches, der Leverhulmia mariae genannt wurde.

Lange Zeit glaubte man, dass es sich bei dem Fossil Eopterum devonicum aus dem Mittel-Devon von Russland um ein Ur-Insekt mit extrem primitiven Flügeln handele, bis sich vor einigen Jahren leider herausstellte, dass es sich bei den vermeintlichen Flügeln in Wirklichkeit nur um ein isoliertes Fragment vom Schwanzfächer eines Krebses handelt. Die ältesten bekannten geflügelten Insekten sind die Palaeodictyoptere Delitzschala bitterfeldensis aus dem Unteren Namurium (etwa 324 Millionen Jahre alt) von Ostdeutschland und eine unbenannte Urheuschrecke (Archaeoptera) gleichen Alters aus der Tschechischen Republik. Es gibt allerdings ein paar renommierte Wissenschaftler, die der Auffassung sind, dass es sich bei den fragmentarischen Fossil Rhyniognatha hirsti aus den oben erwähnten Rhynie-Hornsteinen um eine Kieferkaulade (Mandibel) eines geflügelten Insektes handeln könnte und somit die Evolution der Fluginsekten sehr viel früher stattgefunden habe als gemeinhin noch angenommen wird. Andere Spezialisten sind jedoch nicht einmal davon überzeugt, dass es sich bei diesem Fossil überhaupt um den Kiefer eines Insektes handelt.

Man sieht an diesen Beispielen auch, dass es in der Wissenschaft oft weniger um „festzementiertes“ Faktenwissen geht, sondern um die kritische Diskussion unterschiedlicher Hypothesen. Solche innerwissenschaftlichen Debatten werden von den Anhängern der biblischen Schöpfungsgeschichte, die derzeit nicht nur in Amerika auf dem Vormarsch sind und einem naturalistischen Weltbild den Kampf angesagt haben, natürlich immer wieder gerne aufgegriffen, um den Evolutionsforschern die Unsicherheit ihrer Thesen vorzuwerfen. In Wahrheit ist aber gerade diese gewisse Unsicherheit die große Stärke der Naturwissenschaften gegenüber dogmatischen Glaubenssystemen, denn gerade sie gestattet es ja falsche Hypothesen früher oder später durch kritische Überprüfung zu erkennen und zu verwerfen. Noch kein Kreationist konnte aber ein vernünftiges Kriterium nennen, bei dessen Erfüllung er seinen Glauben revidieren und die Evolutionstheorie als plausiblere Erklärung akzeptieren würde, während es sehr viele theoretisch denkbare Umstände gäbe, die die Evolutionstheorie ins Wanken bringen könnten: Beispielsweise eine ungeordnete stratigraphische Verteilung von sehr einfachen und sehr komplexen fossilen Lebewesen in sehr alten und sehr jungen geologischen Ablagerungen, oder das Vorhandensein völlig unterschiedlicher Mechanismen der Vererbung bei verschiedenen Pflanzen und Tieren, oder eine völlig chaotische statt weitgehend hierarchische Verteilung der Merkmalsähnlichkeiten zwischen den Organismengruppen, etc. Alle diese Befunde wären mit der darwinschen Evolutionstheorie unvereinbar, während die biblische Schöpfungstheorie mit jeder denkbaren Beweislage gleichermaßen vereinbar wäre. Letzteres ist aber ein typisches Kennzeichen für nichtssagende Theorien, vergleichbar der humorvollen Bauernregel „Kräht der Hahn auf dem Mist, ändert sich das Wetter oder es bleibt wie es ist“.

Frage: Wie haben manche frühe Insekten das Fliegen gelernt?

Antwort: Aus welchen Vorläuferorganen die Insektenflügel entstanden sind, und auf welche Weise das Flugvermögen der Insekten evolvierte, ist unter Fachleuten noch immer eines der umstrittensten Themen in der Evolutionsgeschichte der Insekten.

Laut der üblichen Lehrbuchauffassung sind die Flügel aus tragflächenartigen Verbreiterungen der Rückenschilder der Brustsegmente hervorgegangen und dienten anfangs nur dem Gleitflug oder dem fallschirmartigen Abbremsen von Sprüngen. Für diese These spricht insbesondere die Embryonalentwicklung heutiger Fluginsekten.

Eine alternative Theorie besagt, dass Flügel ursprünglich kiemenartige Beinanhangsstrukturen waren, wie sie heute noch am Hinterleib der wasserlebenden Eintagsfliegenlarven zu finden sind. Diese These stützt sich insbesondere auf frühe fossile Insektenlarven aus dem Erdaltertum (Karbon und Perm), deren Flügelscheiden offenbar beweglich waren und den, oft ebenfalls vorhandenen, kiemenartigen Hinterleibsanhängen verblüffend ähnelten.

Eine Entscheidung zwischen diesen beiden Theorien ist bislang noch nicht sicher möglich, da es für beide Alternativen eine ganze Reihe von Pro- und Contra-Argumenten gibt. Von einer Lösung dieser Frage hängen aber natürlich auch die Szenarien ab, die man für die Evolution des Flugvermögens entwickeln könnte. Sicher ist jedoch, dass das Flugvermögen eine ganze Reihe von Vorteilen bot: Von der leichteren Suche nach Nahrung und Geschlechtspartnern, über das erfolgreichere Fluchtvermögen vor Fressfeinden, bis hin zu besseren Durchmischung des Genpools durch höhere Mobilität, die natürlich auch die Suche nach geeigneten Lebensräumen erleichtert, wenn es zu einer Verschlechterung der Bedingungen im Heimatlebensraum kommt.

Auffällig ist übrigens auch eine enge Beziehung zwischen der Evolution des Flugvermögens bei Insekten und der Evolution und Perfektionierung des Netzbaues bei Spinnen.

Frage: Die libellenähnliche Meganeura monyi aus der Karbonzeit vor etwa 300 Millionen Jahren erreichte eine Flügelspannweite von etwa 70 Zentimeter und gilt angeblich als größtes Fluginsekt der Erde. Gibt es heute ähnlich große Insekten?

Antwort: Meganeura monyi aus der Steinkohlezeit Europas wurde in der Tat sehr groß und erreichte über 60 cm Flügelspannweite. Noch größer wurde jedoch die mit ihr verwandte Riesenlibellenart Meganeuropsis permiana aus dem Unteren Perm von Nordamerika, die mit fast 75 cm Spannweite das größte bekannte Insekt aller Zeiten war.

Die größte Flügelspannweite heutiger Insekten besitzt mit bis zu 32 cm ein Nachtschmetterling, die brasilianische Rieseneule Thysania agrippina. Nur wenig kleiner ist der Atlas-Seidenspinner mit bis zu 30 cm Flügelspannweite und der Vogelfalter Ornitoptera alexandrae aus Papua-Neuguinea, der mit bis zu 28 cm Flügelspannweite der größte Tagschmetterling der Welt ist.

Die allergrößte heutige Insektenart ist mit maximal 36 cm Körperlänge die südostasiatische Gespenstschrecke Pharnacia kirbyi. Den ersten Platz im Wettbewerb um das schwerste lebende Insekt hält jedoch ein „schwangeres“ Weibchen der neuseeländischen Weta-Grille Deinacrida heteracantha, das nachweislich ein Körpergewicht von 71 Gramm erreicht hat, wobei „normale“ Exemplare dieser Spezies nur 19-43 Gramm wiegen. Der südamerikanische Herkuleskäfer Dynastes hercules hat eine Körperlänge von 16 cm und einer Flügelspannweite von 22 cm. Der Amazonas-Riesenbockkäfer Titanus giganteus wird mit maximal 16,7 cm manchmal sogar noch etwas länger (gelegentliche größere Angaben von über 20 cm beziehen die Fühler mit ein, während hier von mir die stets die Kopf-Rumpf-Länge verwendet wird). Das gleiche gilt für die südamerikanische Bockkäferart Macrodontia cervicornis, die über 16 cm lang werden kann und zudem riesige Larven besitzt. Auch die Larven des afrikanischen Goliathkäfers Goliathus goliathus, der als erwachsenes Tier maximal 11 cm lang wird, werden mit bis zu 13-15 cm Länge extrem groß und angeblich bis zu 100 Gramm schwer (sichere Nachweise kenne ich bis 73 Gramm). Gewichtsangaben von 70-100 Gramm, die in manchen polulärwissenschaftlichen Arbeiten für die größten Käferarten angegeben werden, konnten bislang nicht wissenschaftlich bestätigt werden und sind sehr wahrscheinlich falsch. Auch die größten Bockkäfer, Herkuleskäfer und Goliathkäfer erreichen als erwachsene Tiere (Imago) offenbar kaum ein Lebendgewicht über 45 Gramm.

Forscher konnten nachweisen, dass noch größere Insekten heute nicht mehr lebensfähig wären, da deren Maximalgröße offenbar durch die Leistungsfähigkeit des Tracheen-Atmungssystemes bei bestimmten Sauerstoffkonzentrationen begrenzt ist. Es lag daher nahe zu vermuten, dass die riesigen Libellen und anderen Gliedertiergiganten der Steinkohlewälder nur durch einen deutlich höheren Sauerstoffgehalt zur damaligen Zeit entstehen konnten, der auch geologisch nachweisbar ist (Sauerstoffkonzentrationen: Karbon 35 %, Mittel-Perm 25 %, Ober-Perm 12-15 %, Trias 18 %, heute 21 %). Sie verschwanden dann zum Oberperm, als es durch eine globale Klimakatastrophe zu einem extrem geringen Sauerstoffgehalt der Atmosphäre kam, der vor 252 Millionen Jahren zu einem der größten Massenaussterben der Erdgeschichte führte, in dessen Verlauf damals 75 % aller Landtierarten und über 90 % aller Meerestierarten ausstarben. Diese Katastrophe wurde vermutlich verursacht durch den gigantischen Vulkanismus der sibirischen Flutbasalte, welcher über den Treibhauseffekt zu einer nachhaltigen Klimaerwärmung führte, die wiederum die gefrorenen Methanhydrat-Vorkommen am Meeresboden freisetzte, welche durch Oxidation den atmosphärischen Sauerstoff verbrauchten. Unabhängig vom Problem des Sauerstoffgehaltes sind extrem große Fluginsekten aber im weiteren Verlauf der Evolution wohl auch deshalb nie wieder entstanden, weil es seit der Trias fleischfressende, fliegende Wirbeltiere (zuerst Flugsaurier, dann später Vögel und zuletzt die Fledermäuse) gab, die die Nische besetzen und die Lüfte für solche trägen Rieseninsekten viel zu unsicher machten.

Frage: In der Gegend von Solnhofen und Eichstätt schwirrten in der späten Jurazeit vor etwa 150 Millionen Jahren stattliche Libellen mit einer Flügelspannweite bis zu 21 Zentimeter durch die Gegend, in der auch Urvögel, Flugsaurier und Dinosaurier lebten. Kann sich eine jetzige Libelle mit ihnen messen?

Antwort: Nicht ganz, aber es gibt in der Tat auch heute noch recht große Libellen, die zumindest annähernd solche Flügelspannweiten erreichen. Petalura ingentissima aus Australien ist die schwerste lebende Libelle und gehört zur Unterordnung der Großlibellen (= Anisoptera). Sie erreicht jedoch „nur“ eine maximale Flügelspannweite von etwa 16 cm. Kurioserweise gehört die größte heute lebende Libelle zur Unterordnung der Kleinlibellen (Zygoptera). Es handelt sich um Megaloprepus caerulatus (Familie Pseudostigmatidae) aus den Regenwäldern von Mittelamerika und dem nördlichen Südamerika, die eine Flügelspannweite von bis zu 19 cm erreichen soll (ich selbst kenne jedoch nur nachgewiesene Größen bis zu 17,5 cm). Die lebende Libelle mit der größten Körperlänge kommt ebenfalls aus der neotropischen Familie Pseudostigmatidae. Es ist Mecistogaster linearis mit einer Kopf-Rumpf-Länge von bis zu 13,5 cm.

Frage: Ist bekannt, wie viele Gattungen oder Arten fossiler Libellen bisher in den berühmten Solnhofener Plattenkalken entdeckt wurden?

Antwort: Ja, ich führe dazu eine inoffizielle Checkliste, die ich auf meiner Website (Internetadresse siehe unten) allgemein verfügbar gemacht habe. Insgesamt sind bislang 56 Arten fossiler Libellen aus den Solnhofener Plattenkalken bekannt, von denen jedoch sechs Arten noch unbeschrieben und unbenannt sind. Ein knappes Dutzend der beschriebenen Arten wurde zwar wissenschaftlich benannt, ist aber von recht zweifelhaftem Status (Nomen dubium), da die alten Originalbeschreibungen unvollständig sind und das zu Grunde liegende Fossilmaterial nicht mehr auffindbar ist.

Frage: Fragen häufig Sammler bei Ihnen an, ob Sie fossile Insekten identifizieren können und ist dabei schon eine überraschende Entdeckung gelungen?

Antwort: Solche Anfragen gibt es natürlich regelmäßig. Meist handelt es sich um bekannte und häufige fossile Arten, aber in ein paar Fällen waren durchaus schon neue Arten dabei. Eine wissenschaftliche Beschreibung ist jedoch nur dann möglich, wenn das Typusexemplar, also dasjenige Fossil, auf dem die Beschreibung beruht und das quasi als „Eichmaß“ für die Artzugehörigkeit anderer Fossilien dient, in einem öffentlichen Museum verwahrt wird. Ich habe allerdings die Erfahrung gemacht, dass viele Privatsammler durchaus bereit sind solche wissenschaftlich wertvollen Stücke einem Museum zu stiften, wenn z.B. im Gegenzug die neue Art als „kleines Dankeschön“ nach ihnen benannt wird.

Frage: Das Staatliche Museum für Naturkunde in Stuttgart besitzt eine sehr umfangreiche Bernsteinsammlung. Enthalten viele dieser Bernsteine wissenschaftlich wertvolle fossile Insekten?

Antwort: Ja, denn für unsere Sammlung wurden natürlich insbesondere Stücke erworben, die bemerkenswerte Einschlüsse enthalten. Daher ist der Anteil wissenschaftlich wertvoller Insekteneinschlüsse in Museensammlung in der Regel überdurchschnittlich hoch. Wenn Sie jedoch selbst, z. B. am Ostseestrand, Bernstein suchen, so müssen sie unter Umständen Hunderte von Stücken finden, bevor sie einen gut erhaltenen Insekteneinschluss entdecken, und bei diesem wird es sich dann in 90 % der Fälle „nur“ um eine kleine Mücke, eine Ameise, eine Blattlaus oder eine parasitische Wespe handeln, die die Mehrzahl aller Einschlüsse stellen. Alle anderen Insektengruppen sind ausgesprochene Raritäten. Leider erlaubt die angespannte Etatlage in den Museen heute kaum noch den Ankauf besonderer Bernsteinstücke, so dass sehr viel wissenschaftlich wertvolles Material für immer in privaten Sammlungen verschwindet.

Frage: Wie oft konnten Sie bisher unbekannte fossile oder rezente Insektenarten identifizieren?

Antwort: Oje, diese Frage habe ich befürchtet und muss gestehen, dass ich darüber nie genau Buch geführt hatte. Zum Glück gibt es aber heute einschlägige Datenbanken im Internet (z. B. EDNA), die mir bei der Recherche zur Beantwortung dieser Frage sehr halfen. Insgesamt wurden von mir als Autor oder Co-Autor bislang etwa 120 fossile Insektenarten beschrieben, vor allem aus den mesozoischen Plattenkalken von Solnhofen, Nusplingen, Crato und Liaoning sowie von tertiären Bernsteininklusen. Hinzu kommen noch ein fossiler Eichelwurm aus dem Solnhofener Plattenkalk sowie zahlreiche höhere Taxa auf Familiengruppenniveau oder darüber.

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