Die häufigsten Schalenbauer der Ozeane spielen dem Fossilbericht seit Jahrmillionen einen seltsamen Streich: In unregelmäßigen Abständen kehrten Populationen planktonischer Foraminiferen in allen Ozeanbecken die Windungsrichtung ihrer spiraligen Schalen um – oft binnen weniger Jahrtausende – und später wieder zurück. Eine Synthese in PNAS mit dem Titel "Flipping plankton" von Bridget Wade (University College London), Paul Pearson, David King und Valeria Luciani argumentiert, diese Umkehrungen seien keine Klimareaktion, sondern der fossile Fingerabdruck eines verborgenen Evolutionsprozesses: kryptische Artbildung, gefolgt von globalen Population-Sweeps. Quanta Magazine berichtete heute darüber.
Foraminiferen sind einzellige Meeresbewohner, von den Tropen bis in hohe Breiten, und gehören zu den häufigsten Eukaryoten der Erde. Sie scheiden Kalkschalen ab, die sich am Meeresboden zu einem Archiv der Erdgeschichte auftürmen, das rund 560 Millionen Jahre zurückreicht. Bei vielen planktonischen Arten mit spiraligen Schalen dominiert eine Windungsrichtung – links (sinistral) oder rechts (dextral) – mit Anteilen von bis zu 97 Prozent.
Entdeckt wurde das Phänomen in den 1950er-Jahren, als Sedimentkerne verfügbar wurden. Der Schweizer Mikropaläontologe Hans Bolli bemerkte die Richtungspräferenz; 1959 deutete der Geologe David Ericson die Linkswindung der Art Neogloboquadrina pachyderma als Kaltwasserindikator und begründete damit ein jahrzehntelang genutztes Klimaproxy. Die Genetik widerlegte ihn: 2006 zeigte Kate Darling (heute University of Stirling), dass sich hinter den beiden Windungsformen zwei getrennte Arten verbergen; 2013 fand die Paläobiologin Yurika Ujiié (heute Kochi University), dass die Windungsrichtung über mehrere Ozeane nicht mit der Temperatur korreliert. Warum ganze Populationen umklappen, blieb ein Rätsel.
Wades Team trug fünf Jahrzehnte Forschung zusammen und analysierte die Windungsmuster mehrerer planktonischer Arten über die vergangenen 56 Millionen Jahre. Das Muster: Umkehrungen vollziehen sich in allen Ozeanbecken und Klimagürteln, von den Tropen bis in hohe Breiten, in warmen wie in kalten Perioden – und viel zu plötzlich für eine allmähliche Merkmalsentwicklung. Nach dem Wärmeoptimum des frühen Eozäns wechselte die ausgestorbene Gattung Morozovella von rechts auf links. Paragloborotalia siakensis kippte vor 15,37 Millionen Jahren von gemischt auf links. Die Linie Globorotalia scitula kehrte zweimal: vor 15,14 Millionen Jahren nach links, vor 10,02 Millionen Jahren zurück nach rechts.
Am besten dokumentiert ist Pulleniatina obliquiloculata. Sie entstand vor rund 4,2 Millionen Jahren, lebt bis heute in tropischen Ozeanen und windet sich seit 860.000 Jahren fast ausschließlich nach rechts. Davor durchlief sie eine Serie globaler Umkehrungen, die sich jeweils innerhalb weniger tausend Jahre vollzogen. Isotopenmessungen an Hunderten Einzelschalen zeigen teils unterschiedliche Durchschnittswerte zwischen links- und rechtsgewundenen Tieren, obwohl Größe und Form nicht zu unterscheiden sind – ein Hinweis auf subtile Lebensraumunterschiede oder auf Spitzenabundanzen zu verschiedenen Jahreszeiten.
Die Erklärung der Autorinnen und Autoren: Ozeane sind trotz scheinbarer Einheitlichkeit in Wassermassen und Lebensräume getrennt, und eine Art verbirgt oft mehrere genetisch verschiedene, morphologisch identische Formen. Solche kryptischen Populationen könnten immer wieder Varianten hervorbringen, die weitgehend reproduktiv isoliert sind und je nach Bedingungen gedeihen oder schrumpfen. Erlangt eine Variante einen globalen Selektionsvorteil, verdrängt sie die übrigen – ein "Population-Sweep", wie man ihn von Bakterien kennt und seit der Pandemie auch von Corona-Varianten. Meist bliebe ein solcher Austausch unsichtbar; nur wenn sich die konkurrierenden Gruppen in der Windungsrichtung unterscheiden, wird er geologisch abrupt sichtbar. Die Windungsrichtung wäre demnach kein adaptives Merkmal, sondern ein zufälliger Marker – und Artbildung wäre nicht allein durch reproduktive Isolation, sondern durch ökologische Nischentrennung im offenen Ozean getrieben.
Nicht alle Fachleute teilen jede Schlussfolgerung. Die Genforscherin Kate Darling sagt, ein Umklappen bedeute ihrer Ansicht nach "Artbildung". Ujiié warnt, eine genetische Grundlage der Windung bedeute nicht zwingend, dass links- und rechtsgewundene Individuen getrennte genetische Populationen sind. Julie Meilland vom französischen Institut Cerege, die lebende Kulturen untersucht, beobachtet Verhältnisse, die nicht zu den Fossilbefunden passen, und vermutet ein Zusammenspiel von Genen, Rekombination, Umwelt – und Glück. Ungeklärt bleibt die Grundfrage: Warum überhaupt bevorzugt eine Population eine Richtung?
Ein Vorbehalt gehört dazu: Was im Fossilbericht synchron wirkt, kann sich über tausend Jahre oder mehr erstrecken – Zeit genug, in der Ozeanströmungen Wassermassen und damit Varianten um den Globus tragen. Unabhängig davon zeigen die Umkehrungen einen seltenen Blick auf Evolutionsprozesse von planetarer Reichweite, für die es sonst keinen sichtbaren Marker gibt.
