Wenn Walnasen blasen 5

Meine kleine Tochter hat einen Wal geschenkt bekommen. Sie sagt „Fiiisch“ dazu, aber meine Leser wissen es natürlich besser. Wie ein echter großer Wal spritzt er in regelmässigen Abständen eine Fontäne in den Himmel und das hat mich so begeistert, dass ich eine Naturdoku aus dem Wohnzimmer erstellt habe. Heinz Sielmann hätte es besser gemacht, aber ich hoffe, ihr erkennt den Wasserstrahl. Ich habe das Tier jedenfalls für wissenschaftliche Zwecke beschlagnahmt.

 

Wer sich mit Evolutionsbiologie beschäftigt, wird dem Wal nicht ausweichen können. Meist erwähnen ihn die Lehrbücher wegen seiner winzigen Beckenknochen, ein Parade-Beispiel für eine rudimentäre Struktur. Rudimente waren in der Stammesgeschichte eines Lebewesens einmal wichtig, aber sind im heute lebenden Organismus quasi nutzlos; der Wal braucht keine Beckenknochen mehr, da er keine Beine hat, aber kleine Reste davon sind immer noch da, sie verweisen auf die Verwandtschaft des Wals mit den vierbeinigen Landsäugetieren.

Heute geht es aber um das Alleinstellungsmerkmal dieses Badewannenspielzeugs. Wieso macht der Wal eine Fontäne? Der Wasserstrahl, den Whalewatcher so bewundern, ist ein Atemstoss – und oft das Einzige, was sie von den Meeresriesen sehen. Anders als Fische haben Wale keine Kiemen, sondern ursprünglich für das Leben an Land optimierte Lungen. Wale müssen regelmässig an die Oberfläche, um verbrauchte Atemluft auszustossen und neue, sauerstoffreiche Luft einzusaugen. Das Blasloch ist verschliessbar und mit voller Lunge kann das Tier wieder einige Zeit abtauchen. Bemerkung am Rande: Ein hypothetischer Schöpfer müsste schon einen eigenwilligen Sinn für Humor haben, hätte er den Walen absichtlich Säugerlungen verpasst. Oder ging es im Schöpfungsplan allein um die Schönheit der Fontäne aus dem Blasloch? Beim Ausatmen spritzen jedenfalls Kondenswasser und feuchte Luft in die Höhe; durch 2 getrennte Nasenlöcher bei Bartenwalen und ein einzelnes Loch bei Zahnwalen.

Eubalaena glacialis
Foto via Wikimedia

Anders als beim Menschen und anderen Säugern gibt es bei Walen keine Verbindung zwischen Luft- und Speiseröhre. „Finding Nemo“ -Fans muss ich jetzt enttäuschen: Die Macher des Films, sonst auf realistische Darstellung der Meereswelt bedacht, haben sich eine gute Portion künstlerische Freiheit genehmigt, als sie Nemo und seine Begleiterin aus dem Walmagen über das Blasloch zurück ins Meer sausen liessen (Disney darf das, es war dramaturgisch einfach notwendig und wird wettgemacht durch die vielen anderen, beeindruckend realistischen Unterwasserszenen des Films).

Wie verwandelt sich eine gewöhnlichen Nase in ein hochspezialisiertes Blasloch? Die landlebenden Vorfahren der heutigen Wale waren nahe Verwandte der Vorfahren unserer heutigen Paarhufer, wir müssen sie uns in etwa vorstellen wie ein nasse Kuh (In der Tat gibt es Hinweise, dass womöglich das Nilpferd der nächste lebenden Verwandte der Wale ist). Nach und nach hat die Abstammungslinie, die zu den Walen führte, Anpassungen an das Leben im Wasser erworben. Die Vorfahren der Wale hatten ihre Nase da, wo sie Kühe heute noch haben, nämlich mitten im Gesicht. Die Vorfahren der Meeressäuger haben sich viel im Wasser aufgehalten, auch Nahrung unter Wasser gesucht. Unpraktisch, wenn man zum Luftholen jedes Mal das Maul über die Wasseroberfläche halten muss.

Tiere, die aufgrund vorteilhafter Genkombinationen die Nase auch nur ein kleines Stück weiter oben/hinten trugen, hatten also einen kleinen Vorteil und im Schnitt etwas mehr Nachkommen als ihre Artgenossen. Nach langer Zeit hatten daher alle Tiere die Nase etwas weiter hinten. Aber darunter waren wieder solche, die nochmal besser ans Wasserleben angepasst waren und die Atemöffnung noch mal ein Stück weiter am Hinterkopf hatten. So ging das über die Jahrmillionen immer weiter (Hinweis für Klugscheisser: Experten sagen „gerichtete Selektion“ dazu).

Für die neue Position der Nase und der Luftröhre musste Platz im Kopf gemacht werden, deshalb sieht das Gehirn der Meeressäuger morphologisch anders aus als bei Landsäugern. Parallel zur Neupositionierung der Atemöffnung erwarben die Tiere andere Anpassungen an ein immer exklusiveres Wasserleben: Beine gestalteten sich um zu Flossen, Lungenvolumen und Kreislauf passten sich an den aquatischen Lebensstil an.

Der Weg von Landsäugernase zu Blasloch ist nicht nur eine hübsche Geschichte, er ist durch Fakten aus verschiednen Fachrichtungen belegt, aus der Paläontologie, der Embryologie und der Molekularbiologie.

Rodhocetus
(wie ihn ein Künstler sieht)
Pavel Riha via Wikimedia

Paläontologen rekonstruieren Evolution mit Fossilien – ein tüftliges Geschäft. Fossilien sind unvollständig, der Forscher muss sie mühsam zeitlich zuordnen und ist auf Zufallsfunde angewiesen. Im Fall der Wale und ihrer Vorfahren hatten die Knochenjäger grosses Glück, vielleicht weil die Kadaver in den Sedimenten der Meere und Uferbereiche gute Chancen hatten, konserviert zu werden. Zwei Beispiele: Ein sehr altes Fossil namens Pakicetus hat die Nasenlöcher noch ganz konventionell vorne. Pakicetus hat vor 50 Millionen Jahren wohl noch hauptsächlich an Land gelebt, die Fossilien deuten darauf hin, dass das Tier ein Fleischfresser war. Bei Rodhocetus, der nur wenig später auftrat, aber schon aquatisch lebte, liegen die Nasenlöcher ein gutes Stück weiter hinten, aber noch nicht so weit wie bei heutigen Walen und Delphinen, die beim Atemholen fast komplett unter Wasser bleiben.

Ähnliches passiert während der Embryonalentwicklung: Die Nase wird erst da angelegt, wo sie der Biologe bei jedem Säugetier vermutet; Wal-Embryo und Hühner-Embryo sind zu einem bestimmten Stadium selbst für den Experten zum Verwechseln ähnlich. Nach diesem „typischen“ Embryonalstadium aber wandert bei den Meeressäugerföten die Nasenanlage auf den Hinterkopf. Jetzt aber Obacht: „Ontogenese ist eine Rekapitulation der Phylogenese“, hat Ernst Haeckel aus solchen Beobachtungen geschlossen. So viel Latein und griechisch in einem kurzen Satz und trotzdem falsch. Haeckel meinte, in der Embryonalentwicklung wiederhole sich die Stammesgeschichte. Für die Walnasen hiesse das: Wir sähen in der embyronalen Wanderung der Nasenposition genau nachvollzogen, was über Jahrmillionen in der Abfolge der Vorfahren der heutigen Wale mit der Nase passiert ist.

Die Idee der „Rekapitulation“ hat esoterische Untertöne und stimmt so nicht. Um zu erklären, warum die Idee nicht stimmt, und warum Haeckel trotzdem kein Depp war, müsste ich jetzt eigentlich von den „Hox“-Genen erzählen und wie sie den Bauplan des Embryos festlegen. Ich habe mir aber fest vorgenommen, nach dem komplizierten Beitrag über Genduplikation in diesem Beitrag auf Genetik weitgehend zu verzichten – nur für heute, ich hole das bei Gelegenheit nach. Nur soviel: Alle Wirbeltier-Embryonen gehen durch ein Stadium, in dem sie sich auffallend gleichen, bevor dann Art-spezifischen Modifikationen ins Spiel kommen. Insoweit hatte Haeckel recht. „Rekapitulation“ im Sinne von „Nachvollziehen der Stammesgeschichte“ ist das aber nicht. Vielmehr läuft in allen Wirbeltierembryonen zuerst ein Entwicklungsprogramm ab, das die Körperachsen, die Lage der Gliedmassen und die Position der inneren Organe festlegt. Im weiteren Verlauf der Embryonalentwickung wird dann aber oft der ursprünglich angelegte Bauplan umgestaltet und neue Dinge obendrauf gepackt. Für den Wal und sein Blasloch heisst das: die Anlage der Nasenöffnung positioniert sich im frühen Embryo erst so wie bei den Landsäugern, aber wandert später Richtung Hinterkopf – ja, das ist ein deutlicher Hinweis auf gemeinsame Verwandtschaft und die Ähnlichkeit mit den Fossilfunden ist kein Zufall. Der Wal-Fötus geht aber nicht durch ein „Kuh-Stadium“.

Haeckel hin oder her, wichtig ist: wir haben Fossilien, die belegen, dass die Nase in einem Jahrmillionen dauernden Prozess auf den Hinterkopf gewandert ist und wir sehen am Embyro, dass die Nase erst spät in der Embryonalentwicklung neu positioniert wird, ausgehend von einem allen Wirbeltieren gemeinsamen Bauplan.

Die Erforschung der Walnase wurde ein Triumph für die Evolutionsbiologie: Morphologische Innovation überzeugend mit darwinischen Mechanismen erklärt. Ich muss ein paar Jahre warten, bis ich meiner Tochter das alles erzählen kann – wenn ich ihr Spielzeug bis dahin nicht kaputtgemacht habe.

 

5 thoughts on “Wenn Walnasen blasen

  1. Gerrit Jan 16, 2013 20:31

    Hallo Hans,
    danke für den tollen Beitrag! Carl Zimmer würde neidisch werden, wenn er deutsch verstehen könnte.
    Ich habe einmal einen Vortrag zur Evolution der Wale gehalten, an einer Diözese bei einem Seminar über Religion und Evolution. Eine skeptische Zuhörerin hing bis zur Hälfte an meinen Lippen, nur um mir später zu gestehen, dass sie mir ab dem Punkt nicht mehr geglaubt hat, als ich behauptet hatte, Wale seien aus Wölfen evolviert. Ich hatte ein Bild von so einer “nassen Kuh” gezeigt, wo ein wolfsähnliches Huftier mit langen Beinen durchs Wasser watet. Tja, so schnell kann man seine Glaubwürdigkeit als Wissenschaftler verlieren.
    Grüße, Gerrit

    • HansZ Jan 16, 2013 21:00

      Hi Gerrit,

      Danke für den Besuch, du wirst ja zum Wiederholungstäter!
      Ich kann deine Zuhörerin gut verstehen, es klingt ja auch erst mal verrückt. Das Problem ist wahrscheinlich, sich klarzumachen wie unglaublich lange 50 Millionen Jahre sind.

  2. awmrkl Jan 24, 2013 09:08

    Auch ich Wiederholungstäter! :-)

    Ich find es einfach gut, wie ausführlich und dennoch stringent Du Dein Thema darlegst. Respekt, oder wie in der Stammkneipe: Prospekt!

    Dennoch, der Unterschied zwischen Haeckels Position und der “modernen”, der würd mich sehr interessieren, denn der ist (so im Hinterkopf) auch der, den ich (+/-) präsent habe. Aber Du hast ja genau dazu einen Beitrag versprochen *gg*

    • HansZ Jan 24, 2013 09:55

      Danke für das Lob!

      Ja, für den Haeckel brauche ich einen eigenen Beitrag, sonst geht’s durcheinander. Vor allem, weil man da achtgeben muss, dass unsere kreationistischen Mitbürger das auch alles richtig verstehen. Schnell heisst es sonst, “Der Große Evolutionsbiologe Haeckel hat sich geirrt, gefälschte Abbildungen hat er auch gezeigt, ergo Schöpfer”.

      Die Wirklichkeit ist aber schwieriger und gerade in diesem Fall eben nicht schwarz/weiss. Haeckel hat etwas Interessantes gefunden, dann aber nicht richtig zu Ende gedacht. Ich werde versuchen, bald mal dazu zu schreiben!

  3. Dietmar Feb 22, 2013 11:58

    Klasse! Informativ, aufklärend, humorvoll, grundsympathisch.

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