Krokodile und ihre Verwandten haben den Asteroideneinschlag vor 66 Millionen Jahren wohl deshalb überstanden, weil sie seit jeher warme Regionen bewohnten. Das zeigt eine Auswertung von mehr als 7.000 Fossilfunden und über 400 ausgestorbenen und heute lebenden Arten, die Forscher mit Rekonstruktionen des Erdklimas der vergangenen 245 Millionen Jahre verglichen haben. In Klimasimulationen der Zeit nach dem Einschlag blieben die Tropen und Subtropen rund um den Äquator in fast allen Szenarien bewohnbar, nur bei einer extremen Verdunkelung der Sonne nicht. Für die Dinosaurier schrumpften geeignete Lebensräume in vergleichbaren Modellen dagegen weltweit. Das Klima allein erklärt das Überleben der Krokodile allerdings nicht.
Krokodile gelten oft als lebende Fossilien, die sich seit der Zeit der Dinosaurier kaum verändert haben. Ihre Abstammungslinie, von Fachleuten Pseudosuchia genannt, entstand vor etwa 250 Millionen Jahren, ungefähr zur selben Zeit wie die Linie, aus der Dinosaurier und Vögel hervorgingen. Seitdem haben die Krokodilverwandten zwei der fünf großen Massenaussterben der Erdgeschichte überlebt: das am Ende der Trias und den Einschnitt am Ende der Kreidezeit, dem alle Dinosaurier außer den Vögeln zum Opfer fielen. Warum gerade die Krokodile diese Katastrophe überstanden, beschäftigt Paläontologen seit Langem. Ein Team um den Paläontologen Alfio Alessandro Chiarenza vom University College London (UCL) hat nun untersucht, welche Rolle das Klima dabei spielte. Beteiligt waren außerdem Forscher des Natural History Museum in London, der Texas A&M University in den USA und der University of Bristol.
Die Wissenschaftler stellen ihre Ergebnisse in der Fachzeitschrift Science Advances vor. Ihr zentraler Befund lautet: Die Krokodillinie hat sich über ihre gesamte Geschichte hinweg kaum an neue Klimazonen angepasst. Stattdessen folgten die Tiere der Wärme, wohin sie sich auch verlagerte. In heißen Phasen der Erdgeschichte breiteten sie sich bis in hohe Breiten aus, in kühleren zogen sie sich in die Tropen zurück. Fachleute sprechen dabei von Nischenkonservatismus, also der Neigung einer Tiergruppe, über lange Zeiträume an ihren angestammten Umweltbedingungen festzuhalten.
Dass ausgerechnet diese Gruppe so beständig sein soll, überrascht zunächst. Denn die heutigen 26 Krokodilarten, zu denen Alligatoren, Kaimane, Gaviale und die echten Krokodile gehören, sind nur ein kleiner Rest einer einst sehr vielfältigen Gruppe. Zu den Vorfahren und Verwandten gehörten schwer gepanzerte Pflanzenfresser, an Land jagende Raubtiere, Formen, die vollständig im Meer lebten, und Riesen mit mehr als einer Tonne Gewicht. Der riesige Räuber Sarcosuchus, oft als Superkrokodil bezeichnet, wurde bis zu 12 Meter lang. Postosuchus jagte ausschließlich an Land und konnte sich sowohl auf vier als auch auf zwei Beinen fortbewegen. Chiarenza beschreibt die Spannweite laut UCL so, dass sie von busgroßen Tieren, die einen Tyrannosaurus rex hätten verschlingen können, bis zu kleinen Tieren mit einem Gesicht wie ein Mops reichte. Auch die Gebisse unterschieden sich stark, wie etwa ein 170 Millionen Jahre altes Krokodil mit Zähnen wie Nadeln zeigt. Trotz dieser Vielfalt sei die Beziehung der Tiere zum Klima überraschend gleich geblieben, so Chiarenza.
Für ihre Analyse nutzten die Forscher einen zeitlich datierten Stammbaum mit 402 Arten aus der Krokodillinie, die an Land oder im Süßwasser lebten. Reine Meeresbewohner schlossen sie aus. Grundlage waren mehr als 7.000 Fossilfunde sowie rund 130.000 geprüfte Fundmeldungen heute lebender Krokodile. Aus der heutigen Verbreitung leiteten sie ab, welche Temperaturen und Niederschläge die Tiere bevorzugen. Diese sogenannten ökologischen Nischenmodelle übertrugen sie anschließend auf 52 globale Rekonstruktionen des Erdklimas und der damaligen Lage der Kontinente, die von der Trias vor etwa 245 Millionen Jahren bis in die vorindustrielle Zeit reichen. Parallel dazu schätzten sie mit statistischen Verfahren entlang des Stammbaums, welche Klimavorlieben die Vorfahren hatten. Am besten passte ein Modell, bei dem die Klimavorlieben immer wieder zu einem festen Mittelwert zurückkehren, statt sich frei in alle Richtungen zu entwickeln. Für die Wurzel der Gruppe errechneten die Forscher eine bevorzugte Jahresmitteltemperatur von etwa 23 Grad Celsius und rund 1.929 Millimeter Niederschlag pro Jahr. Bei den drei großen heute lebenden Linien liegen die bevorzugten Temperaturen zwischen 26 und 30 Grad Celsius.
Beide Ansätze, die Hochrechnung aus der heutigen Verbreitung und die Rekonstruktion entlang des Stammbaums, kamen für weite Teile der Erdgeschichte zu ähnlichen Ergebnissen. Sie passen zudem zu den tatsächlich gefundenen Fossilien. In der späten Kreidezeit lebten Krokodilverwandte in Europa, Asien, Nord- und Südamerika sowie auf Madagaskar, in Nordamerika bis etwa 67 Grad nördlicher Breite. Besonders deutlich wird das Muster im frühen Eozän vor rund 50 Millionen Jahren. Damals war es auf der Erde etwa 10 Grad Celsius wärmer als heute, und die Polregionen waren eisfrei. Krokodilverwandte lebten zu dieser Zeit in hohen Breiten Nordamerikas, im Nordwesten Europas und sogar in der Antarktis. Wie stark sich das Erdklima über solche Zeiträume verändert hat, zeigt auch eine Rekonstruktion des Erdklimas der vergangenen 485 Millionen Jahre. Als sich die Erde in den folgenden Jahrmillionen abkühlte, schrumpfte das Verbreitungsgebiet der Krokodile wieder in Richtung der Tropen.
Im Mittelpunkt der Studie steht das Ende der Kreidezeit vor 66 Millionen Jahren. Damals schlug der Asteroid von Chicxulub auf der heutigen Halbinsel Yucatán in Mexiko ein. Um zu prüfen, wie sich das auf die Krokodile auswirkte, nutzte das Team ein gekoppeltes Klimamodell aus Atmosphäre und Ozean, das die Jahrzehnte bis Jahrhunderte nach dem Einschlag nachbildet. Ausgangspunkt war ein vollständig eingeschwungenes Klima des Maastrichtium, der letzten Stufe der Kreidezeit. Die Forscher spielten mehrere Szenarien durch: eine Verdunkelung der Sonne durch Asche und Staub um 5, 10 oder 15 Prozent, Schwefelschleier in der Stratosphäre mit der 50- bis 100-fachen Stärke des Pinatubo-Ausbruchs von 1991 samt einer Ascheschicht über Nordamerika, einen Anstieg des Kohlendioxids durch die Vulkanausbrüche des Dekkan-Trapps in Indien sowie eine Kombination aus Einschlag und Vulkanismus.
Das Ergebnis fiel eindeutig aus. Bei 5 und 10 Prozent weniger Sonnenlicht blieben warme Regionen rund um den Äquator und in den Subtropen für Krokodile geeignet. Erst bei einer Verdunkelung um 15 Prozent verschwanden geeignete Klimazonen weltweit. Dieses Szenario liegt nach Angaben der Autoren jedoch am äußersten Rand der veröffentlichten Schätzungen und gilt inzwischen als unwahrscheinlich. Mehr Kohlendioxid durch den Vulkanismus erweiterte die geeigneten Gebiete sogar nach Norden und Süden, und auch die Kombination aus Einschlag und Vulkanismus löschte die Klimanische der Krokodile nicht aus. Frühere Modellrechnungen von Mitgliedern desselben Teams hatten gezeigt, dass die geeigneten Lebensräume der Dinosaurier unter vergleichbaren Bedingungen weltweit zusammenbrachen. Laut Chiarenza hat der Asteroid den Planeten also nicht für alle Tiergruppen gleich lebensfeindlich gemacht. Die lange Vorliebe der Krokodile für Wärme habe die Überlebenden womöglich genau dort platziert, wo sich geeignetes Klima am besten hielt.
Die Simulationen passen zu den Fossilien aus der Zeit unmittelbar nach dem Einschlag. Funde aus dem Danium, der ersten Stufe des Paläogens vor 66 bis 61,6 Millionen Jahren, stammen unter anderem aus der Golfregion, dem Nordwesten Afrikas und dem Norden Südamerikas, also aus tropischen Gebieten. Von solchen Rückzugsräumen aus könnten sich die Krokodile später wieder ausgebreitet haben. Schon im Danium erreichte das geeignete Gebiet in den Modellen fast wieder das Niveau der späten Kreidezeit. Eine eigene Anpassung an ein neues Klima war für diese Erholung nach den Ergebnissen nicht nötig. Die Tiere mussten nur dort überdauern, wo es warm genug blieb, und konnten sich ausbreiten, sobald sich die Erde wieder erwärmte. Die größte Ausdehnung ihres möglichen Lebensraums in der Erdneuzeit erreichten sie im frühen Eozän.
Nur an zwei Stellen fanden die Forscher Hinweise darauf, dass sich die Klimavorlieben selbst verschoben. Vor etwa 94 Millionen Jahren, während einer der extremsten Warmphasen des Erdmittelalters, stieg die bevorzugte Temperatur in einer frühen Linie der heutigen Krokodile auf rund 35 Grad Celsius. Vor etwa 34 Millionen Jahren passte sich eine ausgestorbene Gruppe australischer Krokodile, die Mekosuchinen, an trockenere Verhältnisse an, als Australien bei der langen Abkühlung der Erde zunehmend austrocknete. Außerhalb dieser Ausnahmen folgten die Tiere dem passenden Klima, statt sich ihm anzupassen.
Die Autoren betonen, dass das Klima allein nicht erklärt, warum die Krokodile überlebten und die Dinosaurier nicht. Ein Krokodilverwandter und ein Dinosaurier, die im selben Lebensraum der späten Kreidezeit lebten, vertrugen vermutlich ähnliche Temperaturen. Wahrscheinlich halfen weitere Eigenschaften: eine geringere Körpergröße, eine Lebensweise zwischen Wasser und Land mit Zugang zu Nahrungsketten, die auf abgestorbenem Material beruhen und den Zusammenbruch der Pflanzenproduktion besser überstanden, eine flexible Ernährung und der niedrige Energiebedarf wechselwarmer Tiere. Zudem handelt es sich um Modellrechnungen. Die Klimarekonstruktionen arbeiten in Schritten von etwa 5 Millionen Jahren, das damalige Klima hat teils kein heutiges Gegenstück, und der Fossilbericht ist lückenhaft. Für die Trias sind die Hochrechnungen nach Angaben der Autoren am unsichersten. Der Nischenkonservatismus beschreibe zudem ein Muster und keinen einzelnen Mechanismus.
Aus Sicht der Forscher hat der Befund auch Bedeutung für die Gegenwart. Von den 26 heute lebenden Krokodilarten gelten 11 als bedroht. Auch auf dem europäischen Festland gab es einst Krokodile, sie verschwanden dort aber seit dem Pliozän, also in den vergangenen rund 5 Millionen Jahren, wahrscheinlich in kühleren Phasen. Wenn Krokodile frühere Klimaveränderungen vor allem dadurch bewältigt haben, dass sie geeigneten Lebensräumen folgten, brauchen die heutigen Arten in einer sich erwärmenden Welt ebenfalls Raum zum Ausweichen, erklärt Co-Autor Philip Mannion vom UCL. Straßen, Landwirtschaft und Städte, die geeignete Flächen verschlingen, machten genau das jedoch immer schwieriger.
Science Advances, Climatic niche conservatism shapes the macroevolution, extinction, and survivorship of crocodile-line archosaurs; doi:10.1126/sciadv.aeg2217
University College London, Keeping to warm climates may have helped crocodiles outlast the dinosaurs
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