Kieferformen verschiedener Hai-Arten gewähren Einblick in die Evolutionsbiologie

Haie kommen in großer Vielfalt im Ozean vor. Der weiße Hai mit seiner charakteristischen Rückenflosse, dem großen kegelförmigen Maul und den spitzen, scharfen Zähnen ist nur eine von mehr als 500 heute lebenden Hai-Arten. Je nach Lebensweise unterscheiden sich die Arten in ihren Körpermerkmalen. Wie die Form des Kiefers mit dem Lebensraum, der Größe, der Ernährung und weiteren Faktoren zusammenhängt, hat eine internationale Studie mit Beteiligung von Professorin Christine Böhmer vom Zoologisches Institut der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) untersucht. Die Ergebnisse wurden vor Kurzem in der Fachzeitschrift Communications Biology veröffentlicht. Sie zeigen: Bei den am meisten verbreiteten Hai-Arten weisen die Unterkiefer über Millionen Jahre hinweg nur relativ geringe Formschwankungen auf; große Unterschiede fanden sich vor allem bei Tiefseehaien.

Die Studie stand unter der Leitung von Dr. Faviel A. López-Romero von der Universität Wien. Neben der CAU waren auch das Imperial College London, UK, das Muséum national d'histoire naturelle, Paris, Frankreich und das Naturalis Museums, Leiden, Niederlande, beteiligt. Die Ergebnisse zeigen, wie wichtig die Beute, die Position in den Nahrungsnetzen und der Lebensraum für die Vielfalt der Kieferform bei Haien sind. Dies trägt auch dazu bei, die evolutionären Ursachen für die Unterschiede in der Kiefermorphologie im Zusammenhang mit den Lebensräumen aufzudecken.

Haie bewohnen alle Meereslebensräume

Die heute lebenden Haie haben eine lange Evolutionsgeschichte, die bis zu 180 Millionen Jahre zurückverfolgt werden kann. Während dieser Zeit waren sie ein wichtiger Bestandteil mariner Nahrungsnetze und besetzten hauptsächlich höhere Positionen in der Nahrungskette als Meso- und Spitzenprädatoren. Gleichzeitig haben Haie viele Lebensweisen und Formen entwickelt, es gibt zum Beispiel Bodenbewohner, schnelle Schwimmer im offenen Meer und sogar einige der kleinsten Arten in der Tiefsee.

Der Kiefer von Haien ist perfekt auf dessen Ernährungs- und Lebensweise angepasst. „Die Form des Unterkiefers kann als Indikator für die Lebensweise der Haie verwendet werden, da sie – neben anderen Faktoren – mit seiner Funktion zusammenhängt. Der Kieferapparat eines Tieres, das beispielsweise harte Nahrung frisst, ist anders aufgebaut, als bei einem Tier, das Plankton filtriert“, erklärt Co-Autorin Christine Böhmer, Professorin und Leiterin der Arbeitsgruppe „Zoologie und Funktionsmorphologie der Vertebraten“ an der CAU. Ob aus der Kieferform auf den Lebensraum und Lebensstil geschlossen werden kann, in dem sich die Tiere entwickelt haben, wurde in der Studie anhand quantitativer Analysen von Computertomographie-Scans und dreidimensionalen Unterkiefermodellen geprüft. „Wir haben von 90 heute existierenden Hai-Arten die 3-D-Modelle der Unterkiefer mittels der sogenannten geometrischen Morphometrie verglichen“, sagt Böhmer, die sich mit dieser speziellen Technik zur Vermessung von Skelettteilen besonders gut auskennt. Bei dieser Methode wird mit spezieller Software eine Vielzahl von digitalen Messpunkten, sogenannte „landmarks“, auf dem Unterkiefer platziert, um dessen Gestalt in seiner Gesamtheit zu erfassen. Anschließend lässt sich die über „landmarks“ erfasste Kieferform über statistische Verfahren mit anderen Formen vergleichen. „Traditionell würde man einen Knochen nach Länge, Breite und ähnlichem vermessen. Mit der Landmark-Analyse hat man viel mehr Informationen, weil man mehr Variablen von der Form eines Objekts aufnehmen kann, ähnlich wie beispielsweise bei der Gesichtserkennung“, erklärt die Kieler Paläobiologin vom Forschungsschwerpunkt Kiel Life Science (KLS) der CAU.

Tiefseehai-Unterkiefer weisen größte Formenvielfalt auf

Die Ergebnisse zeigen überraschenderweise, dass bei sehr artenreichen Gruppen wie den Requiemhaien die Kiefer nur geringe Formschwankungen aufweisen. Dies ist interessant, da Requiemhaie zu den am weitesten verbreiteten Haien gehören. Ein weiteres interessantes Ergebnis ist, dass die meisten variablen Kiefer bei Arten gefunden wurden, die in der Tiefsee leben. „Obwohl Tiefseehaie in den Daten nicht so zahlreich wie Riffhaie vertreten sind, weisen sie in unserer Analyse die größte Formenvielfalt auf", erklärt Erstautor Dr. Faviel A. López-Romero vom Institut für Paläontologie der Universität Wien.

Haie, die in der Tiefsee leben, sind an verschiedenste Nahrungsstrategien angepasst, die vom reinen Verschlingen großer Stücke von Walen bis hin zum Fressen von Eiern reicht, wobei viele Tiefseehaie sich von Kopffüßern ernähren. Bei den meisten Arten, die in Riffen leben, und den großen Spitzenräubern im offenen Meer scheinen die Möglichkeiten begrenzt zu sein, so dass die meisten hauptsächlich Fische und sogar andere Hai-Arten fressen. „Natürlich ernähren sich viele Haie in diesen Lebensräumen von einer großen Vielfalt an Beutetieren, und nur wenige haben sich an eine einzige, spezifische Beute angepasst ", erklärt Co-Autor Professor Jürgen Kriwet von der Universität Wien.

Die Studie zeige auch, so Christine Böhmer: "Die Tiefsee ist eine wichtige Quelle für die Biodiversität bei Haien. Neue Arten entstehen nicht nur im küstennahen Flachwasser, wie eine klassische Hypothese besagt, sondern auch in der Tiefsee."

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