Biologie für die Hauptfächer II

Merkmale von Amphibien

Als Tetrapoden zeichnen sich die meisten Amphibien durch vier gut entwickelte Gliedmaßen aus. Bei einigen Salamanderarten sind die Hintergliedmaßen reduziert oder fehlen, aber alle Caecilianer sind (sekundär) limbless. Ein wichtiges Merkmal der vorhandenen Amphibien ist eine feuchte, durchlässige Haut, die über Schleimdrüsen erreicht wird. Das meiste Wasser wird über die Haut aufgenommen und nicht durch Trinken. Die Haut ist auch eine von drei Atmungsoberflächen, die von Amphibien verwendet werden. Die anderen beiden sind die Lunge und die Mundhöhle. Luft wird zuerst durch die Nasenlöcher in den Mund genommen und dann durch Überdruck in die Lunge gedrückt, indem der Hals angehoben und die Nasenlöcher geschlossen werden.

Alle vorhandenen erwachsenen Amphibien sind fleischfressend, und einige terrestrische Amphibien haben eine klebrige Zunge, mit der Beute gefangen wird. Amphibien haben auch mehrere kleine Zähne am Rand der Kiefer. Bei Salamandern und Caecilianern sind Zähne in beiden Kiefern vorhanden, manchmal in mehreren Reihen. Bei Fröschen und Kröten sind Zähne nur im Oberkiefer zu sehen. Zusätzliche Zähne, vomerine Zähne genannt, können im Dach des Mundes gefunden werden. Amphibienzähne sind pedicellat, was bedeutet, dass Wurzel und Krone verkalkt sind, getrennt durch eine Zone von nicht verkalktem Gewebe.

Amphibien haben bildgebende Augen und Farbsehen. Ohren sind am besten in Fröschen und Kröten entwickelt, die vokalisieren, um zu kommunizieren. Frösche verwenden separate Regionen des Innenohrs, um höhere und tiefere Geräusche zu erkennen: die Papilla amphibiorum, die empfindlich auf Frequenzen unter 10.000 Hertz reagiert und einzigartig für Amphibien ist, und die Papilla basilaris, die empfindlich auf höhere Frequenzen reagiert, einschließlich Paarungsrufe, die vom Trommelfell durch den Steigbügelknochen übertragen werden. Amphibien haben auch einen zusätzlichen Knochen im Ohr, das Operculum, das niederfrequente Schwingungen von den Vorderbeinen und Schultern zum Innenohr überträgt und zur Erkennung seismischer Signale verwendet werden kann.

Evolution der Amphibien

Der Fossilienbestand liefert Hinweise auf die ersten Tetrapoden: heute ausgestorbene Amphibienarten aus der Zeit vor fast 400 Millionen Jahren. Die Evolution von Tetrapoden aus Süßwasserfischen mit Lappenflossen (ähnlich wie Quastenflosser und Lungenfische) stellte eine signifikante Veränderung des Körperplans dar, von einem Plan, der für Organismen geeignet war, die atmeten und im Wasser schwammen, zu Organismen, die Luft atmeten und sich an Land bewegten; Diese Veränderungen traten über einen Zeitraum von 50 Millionen Jahren während der Devonzeit auf.

Abbildung 1. Die jüngste fossile Entdeckung von Tiktaalik roseea deutet auf ein Tier hin, das zwischen Finnenfischen und Tetrapoden mit Beinen liegt. (kredit: Zina Deretsky, Nationale Wissenschaftsstiftung)

Aquatische Tetrapoden der devonischen Zeit umfassen Ichthyostega und Acanthostega. Beide waren aquatisch und hatten möglicherweise sowohl Kiemen als auch Lungen. Sie hatten auch vier Gliedmaßen, mit der Skelettstruktur von Gliedmaßen, die in heutigen Tetrapoden gefunden wurden, einschließlich Amphibien. Die Gliedmaßen konnten jedoch nicht unter den Körper gezogen werden und hätten ihren Körper nicht gut aus dem Wasser gestützt. Sie lebten wahrscheinlich in flachen Süßwasserumgebungen und haben möglicherweise kurze terrestrische Ausflüge unternommen, ähnlich wie „gehende“ Welse heute in Florida. In Ichthyostega, Die Vorderbeine waren weiter entwickelt als die Hinterbeine, so könnte es sich mitgeschleppt haben, als es sich an Land wagte. Was ging Acanthostega und Ichthyostega voraus?

Im Jahr 2006 veröffentlichten Forscher Nachrichten über ihre Entdeckung eines Fossils eines „tetrapodenähnlichen Fisches“, Tiktaalik roseea, das eine morphologisch „Zwischenform“ zwischen sarkopterygischen Fischen mit fußähnlichen Flossen und frühen Tetrapoden mit echten Gliedmaßen zu sein scheint (Abbildung 1). Tiktaalik lebte wahrscheinlich vor etwa 375 Millionen Jahren in einer flachen Wasserumgebung. Tiktaalik hatte auch Kiemen und Lungen, aber der Verlust einiger Kiemenelemente gab ihm einen Hals, der es seinem Kopf ermöglicht hätte, sich zum Füttern seitwärts zu bewegen. Die Augen waren oben auf dem Kopf. Es hatte Flossen, aber die Befestigung der Flossenknochen an der Schulter deutete darauf hin, dass sie belastend sein könnten. Tiktaalik ging Acanthostega und Ichthyostega mit ihren vier Gliedmaßen um etwa 10 Millionen Jahre voraus und gilt als echte Zwischengruppe zwischen Fischen und Amphibien.

Die frühen Tetrapoden, die an Land zogen, hatten Zugang zu neuen Nährstoffquellen und relativ wenigen Raubtieren. Dies führte zur weit verbreiteten Verbreitung von Tetrapoden während der frühen Karbonzeit, Eine Periode, die manchmal als „Zeitalter der Amphibien“ bezeichnet wird.“

Das Paläozoikum und die Evolution der Wirbeltiere

Als die Wirbeltiere während des Paläozoikums (542 bis 251 MYA) entstanden, war das Klima und die Geographie der Erde sehr unterschiedlich. Die Verteilung der Landmassen auf der Erde unterschied sich ebenfalls stark von der heutigen. In der Nähe des Äquators befanden sich zwei große Superkontinente, Laurentia und Gondwana, die die meisten heutigen Kontinente umfassten, jedoch in einer radikal anderen Konfiguration (Abbildung 2). Zu dieser Zeit war der Meeresspiegel sehr hoch, wahrscheinlich auf einem Niveau, das seitdem nicht mehr erreicht wurde. Mit fortschreitendem Paläozoikum schufen die Vereisungen ein kühles globales Klima, aber die Bedingungen erwärmten sich gegen Ende der ersten Hälfte des Paläozoikums. Während der zweiten Hälfte des Paläozoikums, Die Landmassen begannen sich zusammen zu bewegen, mit der anfänglichen Bildung eines großen nördlichen Blocks namens Laurasia, die Teile des heutigen Nordamerikas enthielten, zusammen mit Grönland, Teile Europas, und Sibirien. Schließlich, ein einziger Superkontinent, genannt Pangaea, wurde gebildet, beginnend im letzten Drittel des Paläozoikums. Vereisungen begannen dann, das Klima von Pangaea und die Verteilung des Wirbeltierlebens zu beeinflussen.

Abbildung 2. Paläozoische Kontinente. Während des Paläozoikums, vor etwa 550 Millionen Jahren, bildete sich der Kontinent Gondwana. Sowohl Gondwana als auch der Kontinent Laurentia befanden sich in der Nähe des Äquators.

Während des frühen Paläozoikums war die Menge an Kohlendioxid in der Atmosphäre viel größer als heute. Dies könnte sich später geändert haben, als Landpflanzen häufiger wurden. Als die Wurzeln von Landpflanzen begannen, Gestein zu infiltrieren und sich Boden zu bilden, Kohlendioxid wurde aus der Atmosphäre gezogen und im Gestein eingeschlossen. Dies reduzierte den Kohlendioxidgehalt und erhöhte den Sauerstoffgehalt in der Atmosphäre, so dass am Ende des Paläozoikums die atmosphärischen Bedingungen denen von heute ähnelten.

Als Pflanzen in der zweiten Hälfte des Paläozoikums häufiger wurden, entstanden Mikroklimas und Ökosysteme begannen sich zu verändern. Als Pflanzen und Ökosysteme weiter wuchsen und komplexer wurden, bewegten sich Wirbeltiere vom Wasser an Land. Das Vorhandensein von Küstenvegetation kann zur Bewegung von Wirbeltieren an Land beigetragen haben. Eine Hypothese legt nahe, dass die Flossen von Wasserwirbeltieren verwendet wurden, um durch diese Vegetation zu manövrieren, was einen Vorläufer für die Bewegung der Flossen an Land und die Entwicklung von Gliedmaßen darstellt. Das späte Paläozoikum war eine Zeit der Diversifizierung der Wirbeltiere, als Amnioten auftauchten und zu zwei verschiedenen Linien wurden, aus denen einerseits Säugetiere und andererseits Reptilien und Vögel hervorgingen. Viele marine Wirbeltiere starben gegen Ende der Devonzeit aus, die vor etwa 360 Millionen Jahren endete, und sowohl marine als auch terrestrische Wirbeltiere wurden durch ein Massensterben im frühen Perm vor etwa 250 Millionen Jahren dezimiert.

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