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Kreationisten mit den eigenen Waffen schlagen: Baraminologische Methoden bestätigen Vögel als Unterklade der Dinosaurier

Wenn man sich kritisch mit den „Schöpfungswissenschaften“ beschäftigt, so ist es sicherlich eine gute Idee, dessen Ideen auch mithilfe ihrer eigenen Methoden zu untersuchen und so auf ihre innere Konsistenz zu überprüfen. Eine solche Idee, die es wert ist so getestet zu werden, ist das Grundtypenmodell. Wie man an Abbildung 1 des gelinkten Artikels schon erahnen kann, sind nach diesem Modell Vögel und Dinosaurier zwei verschiedene Grundtypen, oder Baramin (in der Tat unterteilen Kreationisten die Dinosaurier selber sogar in bis zu 50 verschiedene Grundtypen). In der konventionellen Biologie sind Vögel jedoch eine Unterklade der Theropoden und damit der Dinosaurier. Die Baramin werden prinzipiell als ein Artenkomplex definiert, dessen Arten sich direkt oder indirekt miteinander Kreuzen lassen.

Es ist leicht zu erkennen, dass diese Definition bei ausgestorbenen Arten (aber nicht nur dort) nicht anzuwenden ist. Hier behelfen sich Baraminologen (also die, die versuchen diese Baramin zu identifizieren) damit morphologische Lücken zu finden. Konkret heißt das, dass ein Set von morphologischen Merkmalen genommen und geschaut wird, ob und wie stark sich verschiedene Arten über diese Merkmale ähneln. Findet man eine genügend große Ähnlichkeit für zwei oder mehrere Arten, so sind diese Arten Mitglieder des gleichen Grundtyps. Dieses wird mit Hilfe von extra dafür geschriebenen Programmen automatisiert.

Phil Senter von der Fayetteville State University hatte nun die Idee mittels eines solchen Programms die Klade Coelurosauria zu untersuchen. Zu dieser Klade werden in der Biologie die Vögel als Unterklade Aves gezählt. Weitere interessante Unterkladen der Coelurosauria sind die sehr vogelähnlichen Deinonychosauria als Schwestergruppe der Vögel, die basalen Tyrannosauridae, zu denen der bekannte Tyrannosaurus rex gehört und die für mich sehr beindruckenden Oviraptorosauria (Abbildung 1).

Abbildung 1: El Pollo diablo. Gigantoraptor erlianensis ist ein Mitglied der Oviraptorosauria (Lebendrekonstruktion von Nobu Tamuraunter CC BY-SA 3.0).

Dafür wählte er für fünf verschiedene Zeitpunkte: 1920, 1980, 1990, 2000 und 2009. Für diese Zeitpunkte nahm er alle Coelurosauria Spezies, für die zu der Zeit mindestens ein fast vollständig erhaltenes Fossil in der Literatur beschrieben war und verglich diese mittels eines der oben erwähnten Programme und anhand von 364 morphologischen Merkmalen untereinander. Dabei sollte man im Hinterkopf behalten, dass etwa die Hälfte der bekannten Coelurosauriaspezies nach dem Jahr 1990 entdeckt wurden. Darunter die sehr vögelähnlichen Dromaeosauriden (Abbildung 2), eine Untergruppe der erwähnten Deinonychosaurier.

Abbildung 2: Lebendrekonstruktion des 2003 entdeckten Microraptor zhaoianus, eines Dromaeosauridae (Matt Martyniuk unter CC BY 3.0),

Wenig überraschend fand Senter dann in seinem 2010 veröffentlichten Artikel, dass zwischen den 1920 bekannten Coelurosauriern große morphologische Lücken klafften. Diese wurden in der Folgezeit durch neu gefundene Fossilien ergänzt, so dass im Jahr 1990 schon einige Kladen, wie die Oviraptorosaurier und Dromaeosauriden zu erkennen sind. Archaeopteryx ähnelt jedoch noch keinen anderen bekannten Coelurosauriern sonderlich. Das ändert sich aber, wenn man die bis zum Jahr 2000 entdeckten Arten dazu nimmt. Neu entdeckte Dromaeosauriden, wie Microraptor zhaoianus, schließen nun die Lücke zu Archaeopteryx und den (anderen) frühen Vögeln. Außerdem verkleinert sich die Lücke zwischen diesen Vögeln und vögelähnlichen Dinosauriern und der Gruppe, zu der auch Tyrannosaurus rex gehört so sehr, dass auch nach baraminologischen Gesichtspunkten all diese Spezies als eine Gruppe anerkannt werden müssen. Nur die Oviraptoren und zwei andere Gruppen waren noch durch größere morphologische Lücken von dem Hauptteil der Coelurosaurier getrennt.

In einem Folgeartikel aus dem Jahr 2011 erhöht Senter die Merkmale, die er für die Analyse nutzt auf 392. Außerdem nahm er neue Spezies in die Untersuchung auf. Dadurch wurde die Lücke zwischen den Oviraptoren und den Vögeln mit ihren Verwandten geschlossen. Es gab nun also zwei Gruppen, die, die Vögel, Oviraptoren, Dromaeosauride etc. beinhaltete und die, zu der Tyrannosaurus rex gehörte. Der Abstand zwischen diesen Gruppen war aber so gering, dass sie auch unter baraminologischen Kriterien als verwandt anzusehen waren.
Weitere Analysen der morphologischen Merkmale im selben Artikel zeigten außerdem, dass die Coelurosaurier sich in die übrigen Theropoden einfügten und diese sich wiederum in eine große Gruppe, die neben den Großteil der bekannten Dinosaurier auch alle bekannten basalen Dinosaurier umfasst.

Phil Senter konnte also zeigen, dass selbst, wenn man der inneren Logik der Kreationisten folgt, Vögel Dinosaurier sind und kein unabhängig erschaffener Grundtyp.
Außerdem konnte er so eindrucksvoll demonstrieren, wie neu gefundene Fossilien unser Verständnis von stammesgeschichtlichen Beziehungen nach und nach vertiefen.

Quellen

SENTER, P. (2010). Using creation science to demonstrate evolution: application of a creationist method for visualizing gaps in the fossil record to a phylogenetic study of coelurosaurian dinosaurs, Journal of Evolutionary Biology, 23 (8) 1743. DOI: 10.1111/j.1420-9101.2010.02039.x

SENTER, P. (2011). Using creation science to demonstrate evolution 2: morphological continuity within Dinosauria, Journal of Evolutionary Biology, 24 (10) 2216. DOI: 10.1111/j.1420-9101.2011.02349.x

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Die Vogelhochzeit: Artenbildung durch Hybridisierung bei Sperlingen

Zu den offenen, in der Öffentlichkeit jedoch wenig beachteten Fragen der Biologie, gehört das Rätsel um die genauen Abstammungsverhältnisse unter den Haus- (Passer domesticus), Italien- (Passer italiae) und Weidensperlingen (Passer hispaniolensis).

Abbildung 1: V.l.n.r: Fotografien von Männchen des Haussperlings (Passer domesticus), des Italiensperlings (Passer italiae) und des Weidensperlings (Passer hispaniolensis). (Urheber der Einzelbilder v.l.n.r.: Henry Mühlpfordt (Lizenz: CC-BY-SA-3.0,2.5,2.0,1.0), Claudio Gennari (Lizenz: CC-BY-2.0), Francesco Canu (Lizenz: CC-BY-3.0))

Besonders mysteriös ist hierbei die Stellung des Italiensperlings. Durch seine Lebensweise als Kulturfolger, wurde er in der Vergangenheit von einigen Autoren als Unterart des Haussperlings angesehen. Da sein Verbreitungsgebiet sich mit dem des Weidensperlings überschneidet, aber recht scharf von dem des Haussperlings getrennt ist, sahen andere im Italiensperling eine Unterart des Weidensperlings. Eine dritte Möglichkeit ist, dass der Italiensperling eine stabile Population von Hybriden zwischen Haus- und Weidensperling ist. Für letzteres sprach bislang vor allem, dass das Federkleid der männlichen Italiensperlinge eine Zwischenform zwischen den männlichen Weiden- und Haussperlingen darstellt (Abbildung 1) und bekannte Hybride von Weiden- und Haussperling im Aussehen den Italiensperlingen sehr stark ähneln (Alonso 1984, Meise 1936).

Abbildung 2: Verbreitungsgebiete der einzelnen Sperlingsarten (rechts: Vergrößerung des italienischen Verbreitungsgebietes). Grau: Haussperling (Passer domesticus), orange: Italiensperling (Passer italiae), rot: Weidensperling (Passer hispaniolensis), schraffiert: gemeinsames Verbreitungsgebiet des Haus- und Weidensperlings, grauorange: gemeinsames Verbreitungsgebiet von Haus- und Italiensperling, dunkelorange: Verbreitung von Italiensperlingen, die stärker den Weidensperling ähneln, roter Fleck bei der Gargano Halbinsel: sympatrische Weiden- und Italienpopulationen. Die schwarzen Punkte markieren die Orte, an denen Proben genommen wurden (Hermansen et al 2011, mit freundlicher Genehmigung).

Neue genetische Untersuchungen und deren Ergebnisse

Um diese Frage zu klären, hat eine Arbeitsgruppe an der Universität von Oslo nun fünfzehn verschiedene Gene dieser Spatzenpopulationen miteinander verglichen (Hermansen et al 2011). Dazu wurden etwa 750 wildlebenden Spatzen von verschiedenen Orten in Italien, Frankreich, Slowenien und der Schweiz, sowie aus Oslo/Norwegen Blut entnommen (Abbildung 2). Die Sperlinge aus Norwegen dienten dabei, da sie durch eine genügend große Distanz von den Italiensperlingen getrennt waren, als Beispiel für eine reine Hausspatzenpopulation und Sperlinge aus Sardinien, da sie durch das Mittelmeer von den Italiensperlingen getrennt waren, als Beispiel für eine Weidensperlingspopulation.

Die Idee, die Hermansen et al jetzt hatten war, dass wenn Italiensperlinge eine Unterart des Hausspatz wären, bzw. diese beiden Arten wären, die von einem nahen gemeinsamen Vorfahren abstammten,dann müssten sich ihre Gene einander mehr ähneln, als denen der Weidenspatzen. Sie würden also eine Gruppe bilden, die von den Weidenspatzen getrennt wären.
Ähnliches würde gelten, wenn Weiden- und Italiensperlinge auf einen nahen gemeinsamen Vorfahren zurück gehen würden.
Wenn nun aber die Italiensperlinge aus einer natürlichen Kreuzung von Haus- und Weidensperlingen entstanden wären, dann würden zwar sowohl Haus-, als auch Weidensperlinge eine eigene, voneinander getrennte Gruppe bilden, die Italiensperlinge würde man jedoch nicht einer dieser beiden Gruppen eindeutig zuordnen können. Stattdessen würden sie „zwischen“ diesen Gruppen liegen.

Tatsächlich konnten die Autoren der Studie die Individuen der Haus- und der Weidensperlingspopulationen eindeutig zu jeweils einer eigenen Gruppe zuordnen. Die Spatzen der Italiensperlingspopulation wurden dagegen mit etwa der gleichen Wahrscheinlichkeit sowohl der Haus, als auch der Weidensperlingsgruppe zugeordnet (Abbildung 3). Sie lagen also „zwischen“ den Haus- und den Weidensperlingen und bestätigten so die Hypothese, dass Italiensperlinge auf eine natürliche Kreuzung von Haus- und Weidensperlingen zurück gehen.

Abbildung 3: Wahrscheinlichkeit einzelner Sperlinge zu der Gruppe (Cluster) der Haussperlinge, anstatt der Weidensperlinge zu gehören. Jeder Punkt repräsentiert ein Individuum. Die Linie wurde mittels linearer Regression gelegt und zeigt die Veränderung der Zuordnungswahrscheinlichkeit mit zunehmender geographischer Entfernung von der nördlichsten, reinen Italiensperlingsunterpopulation (Hermansen 2011, mit feundlicher Genehmigung).

Des weiteren erkannten Hermansen et al, dass auf der Gargano Halbinsel, dem „Sporn“ des italienischen Stiefels, wo Italien- und Weidensperlinge koexistieren, keine Kreuzung der beiden Sperlingspopulationen stattfindet. Es scheint sich also, dass durch die natürliche Kreuzung der Haus- und Weidensperlinge eine neue Sperlingspopulation entstanden zu sein, die mit der Zeit eine neue Artenbarriere zwischen den so entstandenen Hybriden, den Italiensperlingen und einer der Elternspezies, den Weidensperlingen, ausbildete.
Diese Art der Artenbildung durch Hybridisierung ist aber hauptsächlich bei Pflanzen bekannt. Bei Tieren hingegen scheint diese noch sehr wenig erforscht zu sein.
Zu der anderen Elternspezies, den Haussperlingen, scheint der Italiensperling jedoch alleine durch die Alpen als geographisches Hindernis, getrennt zu sein. In einem dünnen Streifen, in dem beide Arten in geringer Zahl nebeneinander vorkommen, paaren sich die Haus- und Italiensperlinge noch miteinander.

Ein mögliche Erklärung für die Entstehung des Italiensperlings

Aus diesen Untersuchungen leiteten die Biologen der Universität von Oslo ein mögliches Szenario für die Entstehung des Italiensperlings durch Hybridisierung ab.
Da die italienische Halbinsel durch die Alpen von den Hausperlingspopulationen und durch das Mittelmeer von den Weidensperlingspopulationen getrennt war, war diese zunächst ohne eigene Sperlinge. Jedoch verirrten sich ab und an einige Haussperlinge über die Alpen und einige Weidensperlinge über das Mittelmeer nach der italienischen Halbinsel. Da Weiden- und Haussperlinge sich zwar nicht miteinander kreuzen, wenn die genügend potenzielle Partner der eigenen Art vorhanden sind, dies aber tun, wenn es genügend wenige eigene Partner gibt, bildete sich auf der italienischen Halbinsel vor etwa 10.000 Jahren ein Mischschwarm aus, der sich, durch den Lebensstil als Kulturfolger, mit wachsender Landwirtschaft räumlich und in der Anzahl der Tiere, ausdehnte und als eigene Linie etablierte.

Abschließende Bemerkung

Ich habe versucht, einen kurzen und für interessierte Laien verständlichen Überblick über den Artikel zu geben. In dem Original von Hermansen et al. ist natürlich alles noch ausführlicher und besser wiedergegeben. Daher empfehle ich jedem, der sich näher dafür interessiert, sich diesen auch Artikel zu besorgen.

Quellen

Alonso, J.C. (1984). Kreuzung spanischer Haus-(Passer domesticus) und Weidensperlinge(Passer hispaniolensis) in Gefangenschaft, Journal of Ornithology, 125 (3) 340. DOI: 10.1007/BF01640484

HERMANSEN, J.S., SAETHER, S.A., ELGVIN, T.O., BORGE, T., HJELLE, E. & SAETRE, G.P. (2011). Hybrid speciation in sparrows I: phenotypic intermediacy, genetic admixture and barriers to gene flow, Molecular Ecology, 20 (18) 3822. DOI: 10.1111/j.1365-294X.2011.05183.x

Meise, W. (1936). Zur Systematik und Verbreitungsgeschichte der Haus- und Weidensperlinge,Passer domesticus (L.) undhispaniolensis (T.), Journal für Ornithologie, 84 (4) 672. DOI: 10.1007/BF01951015

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Chicken Wings mal anders: Über die Evolution der Vogelextremitäten

In gewisser Weise ist dieser Artikel eine Fortsetzung meines vorherigen blog-Eintrags. Dort wurde, ausgehend von einem Wachturmartikel, der Übergang der Fisch- zu Amphibienextremitäten angerissen. Hier will ich nun eine weitere Vorhersage, welche in dem Wachturmartikel gemacht wurde, betrachten, nämlich der belegbare Übergang von Reptilien- zu Vogelextremitäten.

Es müßte zu sehen sein, daß sich die vorderen Gliedmaßen der Reptilien in Flügel verwandelten, wie sie die Vögel haben, ihre hinteren Gliedmaßen in Beine mit Krallen an den Enden,

Hierfür ist es erst einmal wichtig zu wissen, dass die Reptilien keine einheitliche Gruppe im Sinne der Biologie sind. Stattdessen sind sie, was man als ein paraphyletisches Taxon bezeichnet. Das heißt, dass die Gruppe Reptilien nicht alle Nachkommen eines gemeinsamen Vorfahrens umfasst. In der folgenden Abbildung wird das verdeutlicht:


Abbildung 1: Die Gruppe der Reptilien als Paraphylum. Die grün hinterlegten Gruppen gehören traditionell zur Klasse Reptilia. Die anderen werden hingegen traditionell nicht dazu gezählt. Pisces = Fische, Amphibia = Lurche, Testudina: gemeint sind wahrscheinlich Testudinata = Schildkröten, Lepidosauria = Schuppenechsen, Crocodylia = Krokodile, Aves = Vögel. Unter CC BY-SA 3.0 von Jacek FH

In der Abbildung sind die Gruppen, die traditionell zur Klasse der Reptilien gehören, grün hinterlegt. Was dabei auffällt ist, dass zwei Gruppen aus den Reptilien hervorgegangen sind, die traditionell nicht zu den Reptilien gezählt werden. Zum einen sind das die Synapsiden, deren einzige lebende Vertreter wir Säugetiere sind1. Zum anderen ist das die Gruppe Aves, also die Vögel. Aus der Abbildung ist außerdem ersichtlich, dass die Vögel am nächsten mit den Krokodilen verwandt sind. In der Tat ist es sogar so, dass Krokodile näher mit den Vögeln, als mit den Eidechsen oder gar mit den Schildkröten verwandt sind. Vögel und Krokodile sind die einzigen lebenden Vertreter des Taxons Archosauria.
Aus diesem Grund ist es sinnvoll, die Vögel mit den Krokodilen als nächste lebende Verwandte zu vergleichen.

Vorderextremitäten

Fangen wir also mit dem ersten Teil der Aussage an:

Es müßte zu sehen sein, daß sich die vorderen Gliedmaßen der Reptilien in Flügel verwandelten

In der folgenden Abbildung 2 wird ein Vergleich der Vorderextremitätenskelette der Krokodile und Vögel gezeigt:


Abbildung 2: Vergleich von Krokodil- und Vogelvorderextremität. Unter CC BY 3.0 von John Conway.

In der Tat können wir deutliche Unterschiede zwischen der Vorderläufe der Krokodile und den Vogelflügel sehen. Wie der Wachturmartikel ganz richtig schreibt, sollten wir nun, wenn eine echte naturhistorische Verwandtschaft zwischen diesen beiden Gruppen besteht, Vorderextremitätenformen, die morphologisch zwischen den Extremitäten von Krokodilen und Vögeln stehen, im Fossilbefund finden.

Schauen wir uns dazu die Vorderläufe primitiver Dinosaurier an:


Abbildung 3: Skelett von Eodromaeus (Martinez et al. 2011, p. 208) Eoraptor (Langer, 2004, p. 27) und Lesothosaurus (Norman et al. 2004, p. 329), drei basalen Dinosauriern (http://pigeonchess.com/2011/02/28/a-tale-of-two-dinosaurs/, Zugriff: 13.2.2012).

Besonders interessant ist hierbei Eodromaeus. Dieser wird als früher Theropode angesehen. Also als Mitglied der Gruppe, aus der, neben Tieren wie Tyrannosaurus rex, auch die heutigen Vögel hervor gingen. Auch interessant ist Eoraptor, dieser zeigt noch Charakteristika der verschiedenen Dinosauriergruppen, so dass er als dem gemeinsamen Vorfahren aller Dinosaurier nahestehend angesehen wird.
Diese beiden Dinosaurier zeigen schon eine reduzierte Anzahl von Fingern. Nämlich drei anstatt der fünf der Krokodile. A.nsonsten ähneln die Vorderextremitäten noch recht stark den Krokodilen, besonders denen früher bipeder Krokodile wie Effigia okeeffeae:


Abbildung 4: Rekonstruktion des Skelettes von Effigia okeeffeae (Nesbitt & Norell 2006).

Von den Vorderläufen der Theropoden ausgehend, es nicht mehr weit zu den heutigen Vögeln:


Abbildung 5: Die Vorderextremitäten von einem späten Theropoden (Ornitholestes) und verschiedener Vögel der unterschiedlichen Zeiten. A: Ornitholestes, B: Archaeopteryx, C: Sinornis, D: Modernes Huhn (Talk Origins Zugriff: 15.2.2012).

Die Skizze A stellt die Vorderläufe von Ornitholestes dar, einem Theropoden aus dem späten Jura vor etwa 154 Millionen Jahren.
Skizze B zeigt uns dann schon die Vorderextremität von Archaeopteryx aus dem Ende des Jura vor etwa 150 Millionen Jahren. Dieser steht den ersten Vögeln nahe (wobei darüber gestritten wird, ob es ein Vogel ist, der den Nichtvogeldinosauriern nahe steht, oder ein Nichtvogeldinosaurier, der den Vögeln nahe steht). Es ist unklar, ob Archaeopteryx schon wirklich fliegen, oder nur gleiten, konnte.
Als nächstes zeigt uns Skizze C den Flügel von Sinoris, einen Vogel aus der Kreidezeit. Dieser konnte definitiv schon fliegen.
Zuletzt sehen wir in Skizze D den Flügel eines rezenten Huhns.

Wir können also, wie von dem Wachturmartikel gefordert, sehen, wie sich Vorderläufe von Reptilien langsam in die Flügel der heutigen Vögel verwandelten. Das bedeutet, dass der Wachturmartikel erneut unabsichtlich einen Beleg für die Evolution lieferte.

Hinterextremitäten

ihre hinteren Gliedmaßen in Beine mit Krallen an den Enden

Der Übergang zwischen den hinteren Extremitäten von Reptilien und Vögeln ist dann sogar sehr einfach zu zeigen:


Abbildung 6: Skizze der hinteren Extremitäten eines Emus (Dromæus), eines iganoiden Dinosauriers und eines Krokodils (Crocodilus)( Huxley 1876)

Sieht man sich die Hinterläufen von Vögeln und Krokodilen an, so erkennt man direkt starke Ähnlichkeiten. Zeigt man dann noch die eines Dinosauriers dazwischen, ist es kaum abzustreiten, dass sich diese auf einen gemeinsamen Vorfahren zurück gehen.
Maßstäblich ist hier eine Verlängerung und Verschmelzung der Mittelfußknochen zum Laufbein der Vögel, zusammen mit einer starken Verkürzung des Oberschenkelknochens.
Dieses ist auch teilweise bei Nichtvogel-Theropoden zu erkennen:


Abbildung 7: Rechte Hinterläufe von Alectrosaurus, einem Theropoden aus der Oberkreide (Gilmore 1933)

Abbildung 8: Skelett von Compsognathus, einem kleinen Theropoden aus dem Oberjura vor etwa 150 Millionen Jahren (von Zach Tirrell unter CC BY-SA 2.0)

Fußnoten

1. Klassischer Weise werden wir Säugetiere sogar von der Gruppe der Synapsida ausgenommen. Dadurch wird Synapsida dann auch zu einem Paraphylum.

Quellen:

Conway, John: http://jconway.deviantart.com/ Zugriff: 13.2.2012

Gilmore C. W.: Dinosaurian fauna of the Iren Dabasu Formation. Bulletin of the American Museum of Natural History 67:23-78. (1933)

Langer, Max C. (2004) “Basal Saurischia“, chapter 2 in Weishampel, David B. et al. (2004) The Dinosauria (2nd edition)

Huxley, Thomas Henry: Professor Huxley’s Lectures II. Popular Science Monthly Volume 10 December 1876 (1876). http://en.wikisource.org/wiki/Popular_Science_Monthly/Volume_10/December_1876/Professor_Huxley%27s_Lectures_II

Martinez, Ricardo N. et al. (2011) “A Basal Dinosaur from the Dawn of the Dinosaur Era in Southwestern Pangaea“, Science 331(6014): 206-210

Nesbitt SJ, Norell MA:Extreme convergence in the body plans of an early suchian (Archosauria) and ornithomimid dinosaurs (Theropoda).Proc. R. Soc. B 7 May 2006 vol. 273 no. 1590 1045-1048

Norman, David B. et al. (2004) “Basal Ornithischia“, chapter 14 in Weishampel, David B. et al. (2004) The Dinosauria (2nd edition)

Talk Origins: http://www.talkorigins.org/faqs/comdesc /section3.html

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