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Das Ei als Erfolgsprinzip der Evolution:Vor dem Durchbruch

Schildkröten, Krokodile, Vögel sowieso - und sogar manche Säugetiere legen Eier. Aber warum nur? Bislang liefert keine Theorie eine überzeugende Erklärung. Über ein Erfolgsprinzip der Evolution.

Monika Offenberger

Die Reise der Pinguine" gehört zu den erfolgreichsten Dokumentarfilmen aller Zeiten. Im Erstlingswerk des französischen Antarktisforschers Luc Jac-quet geht es um das Leben der Kaiserpinguine. Ihr Element ist das Wasser. Zur Eiablage müssen sie es verlassen und mühsam bis zu 200 Kilometer über das gefrorene Meer watscheln in eine Gegend, in der das antarktische Eis nicht schmilzt. Dort legt das Weibchen sein einziges Ei und kehrt zurück ins Meer; das Brutgeschäft überlässt es dem Vater.

Straußenküken schlüpfen auf Farm in Rülzheim

Zwei Straußenküken schlüpfen aus ihren Eiern.

(Foto: dpa/Ronald Wittek)

Der legt sich das Ei auf die Füße mit den Schwimmhäuten und bedeckt es mit seiner Bauchfalte, damit es im eisigen Wind nicht auskühlt. Neun Wochen trägt er das wertvolle Stück mit sich herum, bis schließlich das Küken schlüpft. Auch dieses wärmt er noch eine Zeitlang in seiner Bauchfalte und füttert es mit ausgewürgter Nährflüssigkeit. Wenn die Mutter zur Ablösung kommt, ist der Vater auf zwei Drittel seines Körpergewichts abgemagert.

Durch Jacquets Film erfuhr ein Millionenpublikum vom Schicksal der eleganten Vögel und war zu Tränen gerührt. Warum müssen Pinguine auch partout Eier legen? Wie viel einfacher wäre es, wenn sie ihr Junges im Leib tragen und nach Belieben herumschwimmen und Fische jagen könnten wie Haie oder Robben, die dann lebende Junge gebären. Doch Pinguine legen Eier - so wie alle Vögel.

Andere Wirbeltiere sind in dieser Hinsicht flexibler. Zwar haben sich die verschiedenen Gruppen im Großen und Ganzen festgelegt: Säugetiere aufs Lebendgebären, Reptilien und Amphibien aufs Eierlegen. Doch Ausnahmen bestätigen die Regel. Bei den Säugern, deren Embryos sich in der Gebärmutter entwickeln, gibt es einige ursprüngliche Vertreter, die Eier legen, namentlich die Schnabeltiere und Ameisenigel. Und die Saurier nutzten ebenfalls beide Optionen, sagt Martin Sander vom Steinmann-Institut für Geologie, Mineralogie und Paläontologie der Universität Bonn: "Viele marine Arten brachten ihre Jungen lebend zur Welt, nachweislich sämtliche Ichthyosaurier. Dagegen blieben ihre terrestrischen Verwandten alle bei den Eiern."

Auch Reptilien sind variabler als Vögel. "Eier legen sie zwar alle", sagt Peter Berthold, langjähriger Leiter des Max-Planck-Instituts für Ornithologie in Radolfszell. "Doch manche behalten sie dann in der Leibeshöhle, bis die Jungen reif sind zum Schlüpfen. Wir nennen das Ovoviviparie." Mindestens ein Fünftel aller Eidechsen und Schlangen - darunter Waldeidechsen und Kreuzottern -, außerdem verschiedene Skinke, Boas, Vipern, Seeschlangen und Schleichen sind ovovivipar. Oft finden sich sogar innerhalb einer Art neben eierlegenden auch lebendgebärende Vertreter.

Je nach Umweltbedingungen ist offenbar mal diese und mal jene Strategie von Vorteil. Wo extreme Hitze oder Kälte, Trockenheit oder Räuber die Überlebenschancen der Eier senken, haben manche Reptilien plazentaähnliche Strukturen entwickelt und lassen ihre Embryos im Mutterleib heranreifen. Auch einer der ältesten versteinerten Saurier-Embryos - er ist 290 Millionen Jahre alt - lag im Körper der Mutter und wies keinerlei Spuren von Eierschalen auf. Den Sensationsfund aus Brasilien haben kürzlich Forscher um Graciela Piñeiro in der Fachzeitschrift Historical Biology vorgestellt. Einige Eidechsen umhüllen ihre Eier erst wenige Tage vor der Ablage mit einer Schale. Andere verzichten ganz darauf. Dann muss das neu geborene Junge nur noch die innere Eihaut durchstoßen, die es umgibt.

Das Ei gleicht einem abgeschlossenen Tümpel

Diese Eihaut, gebildet von drei feinen Membranhüllen, ist von enormer Bedeutung für die Besiedelung neuer Lebensräume. Zusammen mit der äußeren Schale und dem reichhaltigen Dotter kennzeichnet sie das Ei der meisten Landwirbeltiere. "Sie hat das Landleben überhaupt erst möglich gemacht", sagt Martin Sander. Indem die Eihülle den Embryo umschließt, schützt sie ihn vor dem Austrocknen und macht ihn unabhängig von Süß- oder Salzwasser. Entscheidend ist die innerste der drei Hüllen, das Amnion. Diese undurchlässige Hautblase hält das Fruchtwasser im Ei, sorgt für den Austausch von Kohlendioxid und Sauerstoff und nimmt die Abfallprodukte des embryonalen Stoffwechsels auf.

Das amniotische Ei gleicht einem abgeschlossenen Tümpel; es ermöglicht den Landwirbeltieren, ihren gesamten Lebenszyklus vollständig im Trockenen durchzumachen - weil es die notwendige Flüssigkeit beisammen hält. Nach diesem Amnion werden die Reptilien und Vögel als Amnioten bezeichnet - und zu dieser Gruppe gehören auch die Säugetiere. Deren Embryonen sind im Uterus ebenfalls vom flüssigkeitsgefüllten Amnion geschützt, das bei ihnen Fruchtblase heißt.

Die ersten Amnioten entstanden vor rund 300 Millionen Jahren. Es waren echsenartige Tiere, aus denen einerseits die Säugetiere und andererseits die Reptilien hervorgingen. Letztere spalteten sich weiter auf in die heute lebenden Schildkröten, Echsen und Schlangen sowie in die Archosaurier, die sich schließlich zu den Krokodilen und Vögeln weiterentwickelten. Doch obwohl sich die Amnioten so hervorragend ans Landleben angepasst haben, sind viele von ihnen nachträglich wieder ins Wasser zurückgekehrt. Fischsaurier und Meeresschildkröten, Pinguine und Wale haben unabhängig voneinander ihre Flügel, Arme und Beine zu Flossen umgewandelt und einen stromlinienförmigen Körperbau angenommen. Je ausgeprägter diese Anpassungen sind, umso mühsamer gestalten sich jegliche Aktivitäten an Land: Jagen und fressen, schlafen und balzen, sich putzen und paaren lässt es sich ganz formidabel auch im Wasser.

Sogar die Jungen lassen sich problemlos im Wasser zur Welt bringen und auch säugen. Neben zahlreichen Fischen bringen auch etliche ans Meer angepasste Amnioten ihre Jungen lebend zur Welt, darunter die Wale und Delphine, aber auch viele Wasserschlangen und früher die marinen Saurier. Eines aber ist für sie ausgeschlossen: das Eierlegen. Denn die ans Land angepassten Amnioten-Eier sind - anders als die der Amphibien und Fische - im Wasser verloren. Die Embryos in diesen Eiern brauchen Luft zum Atmen und würden im Wasser ersticken.

Das größte Risiko für junge Schildkröten: Im eigenen Ei zu ertrinken

Tatsächlich kommt mehr Schildkröten- und Krokodil-Nachwuchs durch Ertrinken um als durch Gefressenwerden oder andere Todesursachen - einfach deshalb, weil die Eier von ihren Eltern zu nah am Wasser gelegt wurden. Das also ist die Kehrseite des Amnioten-Eies: Es kann nicht nur, sondern es muss auf dem trockenen Land ausreifen. Und deshalb machen sich die Kaiserpinguine Jahr für Jahr auf ihre entbehrungsreiche Reise. Ähnlich ergeht es den Meeresschildkröten, denn auch sie müssen ihre Eier an Land ablegen. Oft schwimmen die Weibchen mehr als 2000 Kilometer quer durch die Ozeane, um sich dann schwerfällig an einen Strand zu schleppen, den schon ihre Mütter und Großmütter aufgesucht hatten - wo sie also selbst geschlüpft sind.

Warum aber legen Vögel, Schildkröten und Krokodile ausnahmslos Eier - auch wenn das ihrer Anpassung ans Wasserleben entgegensteht? Was haben diese Tiere gemeinsam, und was unterscheidet sie von den anderen Amnioten, die sich zwischen Eiablage und Lebendgebären entscheiden können? "Die einfachste Antwort auf die Frage, warum keine dieser Tiergruppen lebendgebärend ist, lautet: Wir wissen es nicht." Dieses Eingeständnis kommt von Kenneth Carpenter, einem Saurierexperten vom Prähistorischen Museum der Utah State University in Price. In seinem Buch über "Eggs, Nests, and Baby Dinosaurs" listet Carpenter die vier plausibelsten Erklärungsversuche auf.

Nummer eins: Trächtige Vogelweibchen sind zu schwer zum Fliegen - ein plausibles Argument bei vielen, aber nicht allen Vogelarten. Nummer zwei: Während Reptilien viele Eier in einem Wurf loswerden können, legen Vögel stets ein Ei nach dem anderen. Diese banale Tatsache hat weit reichende Konsequenzen: Würde das Vogelweibchen nämlich seine Küken lebend zur Welt bringen, so müssten diese ja zuvor ebenfalls eines nach dem anderen im Körper ausreifen. Dafür reicht die Zeit aber nicht, denn so könnte pro Saison nur ein einziges Junges geboren werden.

Nummer drei: Bei Krokodilen und Schildkröten, deren Geschlecht durch äußere Faktoren wie die Bruttemperatur bestimmt wird, würden die gleichbleibenden Bedingungen im Körperinneren die Entwicklung beider Geschlechter unmöglich machen.

Nummer vier: Viviparie, so der Fachterminus fürs Lebendgebären, ist einfach zu riskant. Wird nämlich ein trächtiges Weibchen gefressen, so wird mit ihm auch gleich die künftige Generation dezimiert. Fällt dagegen nur das Eigelege einem Raubtier zum Opfer, kann die Mutter wieder neuen Nachwuchs erzeugen.

Welche Konstruktionsmerkmale verdammen zum Eierlegen?

Doch wirklich überzeugen kann keines dieser Argumente, findet Carpenter: "Das Problem mit den Hypothesen über fehlende Viviparie bei Krokodilen, Schildkröten und Vögeln ist: Es gibt keine Möglichkeit, sie zu testen und ihre Wahrscheinlichkeit auszuloten." So bleibt die Vermutung, dass diese Tiergruppen im Laufe ihrer Stammesentwicklung eine Art Einbahnstraße eingeschlagen und damit unüberwindbare Hindernisse für alternative Wege aufgebaut haben; Biologen sprechen von funktionellen Zwängen. Solche Beschränkungen sind aus dem Alltag geläufig: Ein Dieselmotor läuft eben nicht mit Benzin, und Gabeln taugen nicht zum Suppe löffeln.

Welche Konstruktionsmerkmale könnten das sein, die Vögel, Schildkröten und Krokodile zum Eierlegen verdammen? Saurier-Experte Martin Sander sieht den entscheidenden Zwang in der kalkigen Eierschale: "Wir müssen annehmen, dass das ursprüngliche Amnioten-Ei eine lederartige Eischale besessen hat. Denn die ursprünglichen Vertreter der Säuger, Eidechsen, Schlangen oder Saurier haben stets lederschalige Eier. Wann immer eine Tiergruppe kalkige Eierschalen entwickelt hat, hat sie nie wieder lebendgebärende Formen hervorgebracht. Offenbar verhindert der Produktionsprozess der Eischale im Eileiter die Entwicklung hin zur Viviparie."

Peter Berthold will das nicht glauben. "Hühner und auch einige Singvögel legen manchmal sogenannte Fließeier, denen die Kalkschale fehlt. Es wäre also vermutlich keine große Schwierigkeit gewesen, den Kalk wieder abzubauen, wenn das für die Evolution der Vögel notwendig geworden wäre", sagt der Ornithologe. Seiner Ansicht nach hat ein anderes Konstruktionsmerkmal der Vögel eine Ovoviviparie verhindert: ihre permanent hohe Körpertemperatur. "Um sich warm zu halten, setzen Vögel enorm viel Energie um und haben einen entsprechend hohen Sauerstoffbedarf. Stellen wir uns vor, das Ei würde in der Leibeshöhle der Mutter ausreifen. Dann müsste das schlüpfende Küken innerhalb von wenigen Sekunden an die Luft, um nicht zu ersticken", spekuliert der Max-Planck-Forscher. Ob die Natur dieses Problem hätte lösen können? "Offenbar hat es bei Vögeln keinen Selektionsdruck in diese Richtung gegeben", sagt Berthold.

Nicht einmal bei Pinguinen. Denn so mühsam uns ihr Brutgeschäft erscheinen mag: Sie haben damit schon 25 Millionen Jahre lang überlebt.

© SZ vom 07.04.2012/fran
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