Warum starben alle Dinosaurier mit Zähnen aus, während Arten ohne Zähne überlebten?
Worin lag am Ende der Kreidezeit der Überlebensvorteil von Tieren mit zahnlosem Schnabel?
5 Antworten
Deine Frage enthält einige falsche Grundannahmen. Am Ende der Kreidezeit starben nicht alle Dinosaurier (Vögel) mit Zähnen aus, und es haben auch nicht alle mit einem Schnabel überlebt.
Tatsächlich hat sich die Eigenschaft, im Phänotyp keine Zähne mehr auszubilden, bei vielen untereinander nicht besonders eng verwandten Vogelarten unabhängig in konvergenter Evolution entwickelt, und in der Kreidezeit gab es sowohl viele bezahnte als auch viele zahnlose Vögel. Auch einige Nichtvogel-Dinosaurier besaßen nur einen zahnlosen Hornschnabel, wie etwa die Ornithomimosaurier und einige Oviraptorosaurier. Es ist also nicht etwa ein gemeinsames, homologes Merkmal der heutigen Vögel, keine Zähne mehr zu haben.
Und es ist auch kein Merkmal, dass ihnen nach dem Meteoriteneinschlag irgendeinen Vorteil verschaffte: dass es heute nur noch Vögel ohne Zähne gibt, geht nämlich nicht auf das spätkretazische Massenaussterben zurück und hat damit auch nichts zu tun. Die Vögel sind damals generell ziemlich stark dezimiert worden, zwischen 85 und 95% ihrer Arten starben damals aus. Damals überlebten sowohl bezahnte als auch zahnlose Arten, und einige zuvor zahnlose Familien wie die riesenhaften Pelagornithidae (auch als Pseudo-Zahnvögel bekannt) bildeten sogar später wieder knöcherne Zahnstrukturen aus, obwohl ihre Vorfahren zuvor ihre eigentlichen Zähne bereits längst verloren hatten.
Dass Tiere ein Körpermerkmal aufgeben, hängt eigentlich immer nur mit dem Umstand zusammen, dass es einerseits für sie keinen Vorteil mehr bedeutet, und dass es andererseits einen - wenn auch nur geringen! - Vorteil bedeuten könnte, es nicht mehr zu haben. Bei den Zähnen der Vögel lässt sich das so erklären, dass der Hornschnabel selbst einerseits aus dem leichteren Material Keratin besteht, Zähne jedoch aus Hydroxylapatit, einem Mineral, dessen Hauptbestandteile Calcium und Phosphat sind. Bei einem flugfähigen Tier ist aber jedes Material, dass auch nur wenige Gramm an Gewicht spart, immer ein Selektionsvorteil, und wenn der Schnabel alle Funktionen auch ohne Zähne erfüllen kann, wird sich eine Mutation, bei der die Zahnentwicklung gehemmt wird, letztendlich immer bei den Nachfahren durchsetzen.
Zähne sind außerdem für den Körper auch viel schwieriger "herzustellen" als ein einfacher Keratinschnabel. Keratin wächst außerdem schneller nach und ist weniger anfällig für Krankheitserreger und Parasiten. Viele fleischfresende Dinosaurier litten dadurch, dass in ihren Zähnen immer ein hervorragender Nährboden für Bakterien vorherrschte, an üblen Infektionen, die bei manchen fossil belegten Individuen sogar so schwere Läsionen verursachten, dass diese irgendwann gar nichts mehr fressen konnten und jämmerlich gestorben sind. Die berühmte T.rex-Dame "Sue" und ihr Kollege Tristan Otto, der gerade in Berlin ausgestellt wird, sind nur zwei prominente Beispiele, die durch genau sowas ums Leben gekommen sind. Die Zähne aufzugeben brachte also auch gesundheitliche Vorteile mit sich.
Im Grunde hat sich der Schnabel im Laufe der Evolution also als effizienter erwiesen als der Zahn - und deshalb haben Vögel heute keine Zähne mehr.
Eine interessante Frage, auf die ich leider keine eindeutige Antwort weiß. Es ist bekannt, dass sämtliche Nichtvogel-Dinosaurier am Ende der Kreidezeit ausgestorben sind. Weniger bekannt ist, dass auch unter den Vögeln einige Gruppen ausstarben, die bezahnt waren und keine Nachkommen hinterlassen konnten (z. B. Hesperornis). Interessant ist auch, dass die Zahnlosigkeit in der Vogelevolution mehrfach unabhängig voneinander entstanden sein muss. Der in China entdeckte Confuciusornis z. B. ist einer der frühesten bekannten Vertreter der Vögel, die zahnlos waren. Er entstammte aber einem gänzlich anderen Zweig des Vogelstammbaums und kein heute lebender Vogel ist ein Nachfahre dieses Zweiges, sondern alle heutigen Vogelarten entstammten einem anderen Ast des Vogelstammbaums.
Ich möchte aber zu bedenken geben, dass für die Evolution nicht immer ein Grund im Sinne eines Selektionsvorteils maßgeblich ist. Wir neigen dazu, diesen Umstand häufig zu unterschätzen, aber eine wahrscheinlich mindestens ebenso große Triebkraft der Evolution wie die natürliche Selektion ist der Zufall. Evolutionsbiologen bezeichnen den Zufall natürlich mit einem anderen Wort, sie nennen ihn Gendrift. Betrachten wir die Gendrift erst im kleinen Maßstab.
Stellen wir uns eine Vogelpopulation auf dem Festland vor, die einen gemeinsamen Genpool bilden. Als Genpool bezeichnet man die Gesamtheit aller Allele (das sind unterschiedliche Varianten eines Gens, z. B. könnte ein Gen für die Gefiederfarbe existieren und mögliche Allele wären dann ein Allel für grüne Farbe, ein Allel für rote Farbe, ein Allel für blaue Farbe usw.). Die Häufigkeit, mit der ein Allel in seinem Genpool auftritt, wird als Allelfrequenz bezeichnet.
Durch ein zufälliges Ereignis, nennen wir es einen Sturm, werden wahllos einige der Vögel auf eine Insel verfrachtet. Es ist klar, dass diese neue Population, nennen wir sie Inselpopulation, nur einen winzigen Ausschnitt aus dem ursprünglichen Genpool darstellt und dass die Allelfrequenzen nun völlig anders sein können. Ein Allel, das in der Ausgangspopulation vielleicht extrem selten war, ist nun rein zufällig recht häufig und kann in der Population dann fixiert, d. h. sehr häufig, werden - selbst dann, wenn das Allel eigentlich nachteilig ist. Diesen Prozess, dass eine kleine Teilpopulation den Grundstock für eine neue Population (und möglicherweise in der fernen Zukunft einer neuen Art) legt, nennt man Gründereffekt. Und der ist eben nicht die Folge eines Selektionsprozesses, sondern das Resultat eines zufälligen Ereignisses.
Ein weiterer Fall ist denkbar: der genetische Flaschenhals. Bei diesem sind die Ursachen andere. Durch eine Krankheit, einen Parasitenbefall oder eine Naturkatastrophe wird ein Großteil der ursprünglichen Population ausgelöscht und nur ein kleiner Teil überlebt. Das Resultat ist das Gleiche: rein zufällig wird die neue Population mit ganz anderen Allelfrequenzen begründet.
Und nun wieder zum großen Maßstab. Das Ereignis, das am Übergang der Kreidezeit zum Palaeogen stattfand, höchstwahrscheinlich der Einschlag eines Asteroiden auf der heutigen Halbinsel Yucatan, war in höchstem Maße zufällig. Man kann deshalb annehmen, dass Gendrift nach diesem Ereignis eine sehr große Rolle gepsielt haben dürfte. Vielleicht hatten manche Gruppen einfach Pech und starben aus, andere hatten ziemlich viel Glück und konnten überleben. Vielleicht wurden zufällig einfach all die Populationen bezahnter Vögel innerhalb kürzester Zeit so stark dezimiert, dass die effektive Populationsgröße unterschritten und die Populationen sich so langfristig nicht mehr erhalten konnten. Beweisen lässt sich das jedoch nicht. Es kann auch gut möglich sein, dass Zufall und Selektion Hand in Hand gingen und dass es sehr wohl einen Grund dafür gibt, weshalb manche Gruppen von Tieren überlebten und andere nicht. Vieles spricht dafür, dass kleine Tiere mit einer opportunistischen (omnivoren) Lebensweise eher überlebten als große Tiere. Da aber durchaus manche Gruppen diese Katastrophe überlebten und sehr wohl Zähne besaßen (z. B. auch die Säugetiere), halte ich es für sehr wahrscheinlich, dass der Zufall dabei eine große Rolle gespielt haben könnte.
Eine kleine Korrektur meinerseits im letzten Abschnitt: hier habe ich mich missverständlich ausgedrückt. Es müsste korrekt viel eher heißen: Vielleicht wurden zufällig einfach all die Populationen bezahnter Vögel innerhalb kürzester Zeit so stark dezimiert, dass ihre effektive Populationsgröße die kleinste überlebensfähige Populationsgröße unterschritten [...] hat.
Danke für deine Ergänzungen. Es ist zweifelsohne ein großer Vorteil für Vögel, wenn sie keine Zähne besitzen und verbessert die Flugeigenschaften ungemein. Analoges konnte man zuvor ja auch schon bei den Pterosauriern beobachten, deren frühe Formen ebenfalls viele Zähne besaßen, während es später viele Vertreter mit reduzierter Zahnanzahl oder sogar gänzlich zahnlose Pterosaurier gab.
Ich glaube aber dennoch, dass wir es weitgehend dem Zufall zu verdanken haben, dass die heutigen Vögel wirklich alle zahnlos sind.
Erstens: Zähne sind nicht in jeder Hinsicht dem Schnabel unterlegen. Es kann durchaus Vorteile haben, Zähne anstelle eines Schnabels zu besitzen. Ein Schnabel kann wesentlich leichter brechen und in der Regel ist ein Vogel mit einem gebrochenen Schnabel ein toter Vogel, da es extrem lange dauert, bis der Schnabel derart nachgewachsen ist, dass er seine volle Funktion wieder erfüllen kann. Fällt einem Säugetier ein Zahn aus, kann das durch die restlichen Zähne leicht kompensiert werden. Bei Tieren, die mehrere Zahnwechsel durchmachen, fällt es sogar überhaupt nicht ins Gewicht, dann schiebt man eben einfach einen neuen Zahn nach. Das spielt für einen Vogel natürlich alles keine Rolle. Solange es seine Flugfähigkeit fördert, wird dieser Vorteil die sich ergebenden Nachteile mehr als aufwiegen.
Aber gab es damals wie heute Vögel, die wieder sekundär flugunfähig geworden sind. Die Gewichtsreduktion durch den Schnabel spielt für sie keine Rolle mehr. Für solche Arten, die zu einer marinen Lebensweise übergingen, könnten Zähne sogar vorteilhaft sein, weil sie den Auftrieb verringern und man schlüpfrige Fische damit besser packen kann. Heute lebende Vögel mit dieser Lebensweise wie die Pinguine wären mit Zähnen vielleicht noch besser dran. Sie haben keine Zähne mehr, weil ihre Vorfahren keine mehr hatten.
Auf viele spätkreidezeitliche sekundär flugunfähige Formen mit gleicher Lebensweise trifft das aber nicht zu. Vögel wie Hesperornis hatten Zähne. Sie waren wieder flugunfähig geworden, bevor ihre Vorfahren die Zähne verloren hatten. Auch waren sie nicht besonders groß, weshalb sich die Frage stellt, weshalb die Hesperornithiformes am Kreide-Palaeogen-Übergang ausgestorben sind. Ich glaube jedenfalls nicht, dass es daran lag, dass diese Vögel Zähne besaßen. Bei ihrer Lebensweise waren Zähne sinnvoll und sie wären es vermutlich auch heute noch, wenn nur einige von ihnen bis heute überlebt hätten. Und eine andere rationale Erklärung, die deren Aussterben begründen könnte, will mir nicht einfallen. Außer eben, dass die Gendrift ihre Finger im Spiel hatte und diese Kreaturen einfach das unsägliche Pech hatten zur falschen Zeit am falschen Ort gewesen zu sein.
Zweitens sind zahnlose Schnäbel wie bereits erwähnt mehrfach unabhängig voneinander in der Vogellinie entstanden. Bis auf eine einzige, nämlich unsere uns vertrauten modernen Vögel (Aves im engeren Sinn bzw. Neornithes) sind diese aber auch wieder verschwunden. Manche von ihnen sogar vor dem großen Massenaussterben. Der Überlebensvorteil durch den zahnlosen Schnabel galt für sie offenbar nicht.
Mit Sicherheit werden also sowohl Gendrift als auch ein Überlebensvorteil durch Zahnlosigkeit eine Rolle gespielt haben, keine Frage. Wenn man mich aber darauf festnageln würde, mich auf eines der beiden als Hauptfaktor festzulegen, würde ich hier ganz klar die Gendrift vorziehen.
Es starben nicht alle aus. Reptilien wie Krokodile oder Vögel wie Hühner sind auch nur "Dinosaurier" die sich evolutionär etwas anders entwickelt haben.
Der Vorteil am Schnabel ist wohl das erreichen von Nahrung innerhalb von Bäumen und Boden.
Krokodile werden nicht zu den Dinosauriern gezählt, sie zählen zu einer ältern Gruppe. Moderne, bezahnte Echsen wie Warane oder Geckos sind hingegen erst nach dem Ende der Dinosaurier entstanden und somit auch nicht zu den Dinosauriern zu zählen.
Die Biologie geht heute davon aus, dass die Vögel die einzigen überlebenden Dinosaurier sind.
Warane hat es sicher auch schon zur Zeit der Dinosaurier gegeben. So wie am Ende der Kreidezeit auch schon Schlangen existierten, die wahrscheinlich die Schwestergruppe der Warane repräsentieren. Beispielsweise sind auch die heute gänzlich ausgestorbenen marinen Mosasaurier nahe Verwandte der Warane.
Mann sagte mal alles was über einen Meter groß war starb. Ob Zähne oder nicht
Aus den Resten entwickelte sich das was heute so über ist, einfach gesagt. Aber bevor die Säugetiere die Herrschaft übernahmen waren die Vögel 5 Millionen die Könige der Erde.
Die starben alle aus und Zähne hatten die auch alle. - Es gab nur unter den Dinosauriern eben auch pflanzenfressende wie fleischfressende Dinos und die hatten halt nur unterschiedliche Gebisse natürlicherweise.
Aber die starben alle bei diesem Impact aus.
Nach der heute gültigen Lehrmeinung sind Vögel eine Gruppe der Dinosaurier und es gab schon Vögel als es noch bezahnte Dinosaurier gab. Es hat also die heute als Vögel bekannte Dinosauriergruppe überlebt.
Das stimmt. - Die Dino-Vögel überlebten in der Luft, die Krokodile im Wasser und die kleinen Säugetiere, die dann danach ans Licht kamen und sich entwickelten wie die aus dem Wasser, überlebten unter der Erde. - Die Dinos auf der Erdoberfläche - also weder darüber noch darunter, kamen um.
Für das spätkretazische Massenaussterben ist der Gendrift tatsächlich als ein Faktor mit großer Reichweite anzunehmen, und natürlich auch der genetische Flaschenhals. Fakt ist aber, dass wie du bereits selbst geschrieben hast, bei einigen Vögel der Kreidezeit schon lange dahin ging, dass sie zunehmend zahnloser wurden.
Auch bei einigen Nichtvogel-Dinosauriern hat sich die Zahnlosigkeit durchgesetzt - also in sehr vielen miteinander nicht verwandten Linien, die alle unabhängig voneinander in konvergenter Evolution ihre Zähne aufgegeben haben. Ausgehend davon muss man also doch einen oder besser sogar mehrere selektive Vorteile der Zahnlosigkeit annehmen und eben nicht nur den puren Zufall.
Und diese Vorteile zu finden, ist den Wissenschaftlern sogar schon gelungen: Dass Tiere ein Körpermerkmal aufgeben, hängt eigentlich immer nur mit dem Umstand zusammen, dass es einerseits für sie keinen Vorteil mehr bedeutet, und dass es andererseits einen - wenn auch nur geringen! - Vorteil bedeuten könnte, es nicht mehr zu haben.
Bei den Zähnen der Vögel lässt sich das so erklären, dass der Hornschnabel selbst einerseits aus dem leichteren Material Keratin besteht, Zähne jedoch aus Hydroxylapatit, einem Mineral, dessen Hauptbestandteile Calcium und Phosphat sind. Bei einem flugfähigen Tier ist aber jedes Material, dass auch nur wenige Gramm an Gewicht spart, immer ein Selektionsvorteil, und wenn der Schnabel alle Funktionen auch ohne Zähne erfüllen kann, wird sich eine Mutation, bei der die Zahnentwicklung gehemmt wird, letztendlich immer bei den Nachfahren durchsetzen.
Zähne sind außerdem für den Körper auch viel schwieriger "herzustellen" als ein einfacher Keratinschnabel. Keratin wächst außerdem schneller nach und ist weniger anfällig für Krankheitserreger und Parasiten. Viele fleischfresende Dinosaurier litten dadurch, dass in ihren Zähnen immer ein hervorragender Nährboden für Bakterien vorherrschte, an üblen Infektionen, die bei manchen fossil belegten Individuen sogar so schwere Läsionen verursachten, dass diese irgendwann gar nichts mehr fressen konnten und jämmerlich gestorben sind. Die berühmte T.rex-Dame "Sue" und ihr Kollege Tristan Otto, der gerade in Berlin ausgestellt wird, sind nur zwei prominente Beispiele, die durch genau sowas ums Leben gekommen sind. Die Zähne aufzugeben brachte also auch gesundheitliche Vorteile mit sich.
Im Grunde hat sich der Schnabel im Laufe der Evolution also als effizienter erwiesen als der Zahn - und deshalb haben Vögel heute keine Zähne mehr.