Der lange Hals der Giraffe

Giraffen im Murchison Falls National Park, Uganda, 2015
Bild: John Nyakatura

Neue Erkenntnisse über eine Ikone der Evolution

Die Analyse digitalisierter Sammlungsobjekte konnte eine alte Hypothese bestätigen.

Der lange Hals der Giraffe fasziniert Evolutionsbiologen und Anatomen schon seit Langem. Trotz der enormen Länge von etwa zwei Metern wird er von nur sieben Halswirbeln gebildet, genau wie bei Menschen, kleinen Spitzmäusen und den allermeisten übrigen Säugetieren. Durch neue Methoden bestätigten Forschende der Humboldt-Universität zu Berlin (HU) und der Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) eine über 100 Jahre alte Hypothese: Durch eine einzigartige Veränderung des Brustwirbels verlängert sich der Hals bei Giraffen. Damit ging die Giraffe einen Sonderweg in der Evolution.

Erkenntnisse aus naturkundlichen Sammlungen

Erster Brustwirbel der Giraffe: Anatomie
Böhmer (Ludwig-Maximilians Universität), Müller (Humboldt Universität), Nyakatura (Humboldt-Universität)

Die Forschenden scannten und untersuchten hunderte von Wirbeln und Skelettmaterial aus verschiedenen naturwissenschaftlichen Sammlungen und gewannen daraus neue Erkenntnisse. „Schon in einer anatomischen Arbeit vom Beginn des vorherigen Jahrhunderts wird die Hypothese aufgestellt, dass die auffallende Gestalt des ersten Brustwirbels zu einer Verlängerung des Halses bei Giraffen beiträgt. Mit neuen technischen Möglichkeiten konnten wir das jetzt belegen“, berichtet John Nyakatura, Professor für Vergleichende Zoologie an der HU, in dessen Arbeitsgruppe die Studie durchgeführt wurde. Neben den Giraffen wurden viele andere verwandte Paarhufer (bspw. Rinder, Schafe, Antilopen und Hirsche) und auch Kamele wie Dromedare und Lamas in die Studie einbezogen. Es entstand eine digitale Bibliothek virtueller Knochenmodelle, die, wie auch der Artikel, frei zugänglich (Open Access) ist (links siehe unten).

3D Knochenmodelle simulieren Bewegungsablauf

Marilena Müller (HU) unterzog die Knochen einer dreidimensionalen statistischen Gestaltanalyse. Die Gestalt des ersten Brustwirbels der Giraffe stach heraus und unterscheidet sich von anderen Paarhufern, die ebenfalls lange Hälse haben, wie beispielsweise bei der Giraffengazelle oder dem Vikunja. Obwohl der Knochen Rippen trägt und somit Teil der Brustwirbelsäule ist, ähnelt er in seiner Gestalt einem Halswirbel. In dieser Hinsicht ist die Giraffe einzigartig.

Luisa Merten (HU) knüpfte dort an und untersuchte die funktionelle Bedeutung dieser Besonderheit. Sie nutzte Software, die eigentlich für Animationsfilme à la Shrek konzipiert wurde. Die Software erlaubt die Simulation der Bewegung zwischen den Wirbeln. Es konnte im virtuellen Experiment genau gemessen werden, wieviel Bewegung möglich ist, bevor die Knochen kollidieren oder die Gelenke an ihre Grenzen stoßen. Dadurch wurde nachgewiesen, dass der Knochen zu einer Verlängerung des Halses beiträgt.

Neue Einblicke in die Evolution der Paarhufer

Die Forschenden konnten auch zeigen, dass beispielsweise der siebente Halswirbel der eher kurzhalsigen Wisente im Laufe der Evolution die Gestalt eines Brustwirbels angenommen hat. Dies scheint eine Anpassung zu Gunsten eines besonders robusten Übergangs vom Hals zum Rumpf bei diesen Tieren zu sein, bei denen die Bullen in der Brunft regelrechte Ringkämpfe mit den Hörnern austragen. Zudem ähneln sich die siebenten Halswirbel der langhalsigen Arten auffallend – die charakteristische Gestalt ist mehrmals unabhängig voneinander in der Evolution entstanden. „Die alten naturwissenschaftlichen Sammlungen sind unverzichtbar für das Verständnis der schrittweisen Veränderungen im Laufe der Evolution und helfen uns, neue molekular-systematische Ergebnisse einzuordnen und zu bewerten“, erklärt Dr. Christine Böhmer, Wirbeltierpaläontologin an der LMU, die sich für die Studie mit der Modellierung der Evolution der anatomischen Strukturen in den vergangenen rund 65 Millionen Jahren befasst hat.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Prof. Dr. John Nyakatura
Humboldt-Universität zu Berlin, Institut für Biologie, Lehrstuhl für Vergleichende Zoologie
Tel.: 030 2093-98230, E-Mail: john.nyakatura@hu-berlin.de

Dr. Christine Böhmer
Ludwig-Maximilians-Universität München, Department für Geo- und Umweltwissenschaften und GeoBio-Center, E-Mail: boehmer@vertevo.de

Originalpublikation:

https://doi.org/10.1111/evo.14171

Weitere Informationen:

Link zu den 3D Modellen der Wirbel: https://morphomuseum.com/articles/view/129

Animation der Brustwirbel verfügbar:
https://youtu.be/ZMov89NmOjw

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