Obwohl der Schwerpunkt hier hauptsächlich auf den Anpassungen mariner Körperstrukturen liegt, umfassen marine Anpassungen auch Symbiose, Tarnung, Abwehrverhalten, Fortpflanzungsstrategien, Kontakt und Kommunikation sowie Anpassungen an Umweltbedingungen wie Temperatur, Licht und Salzgehalt.
Chordate Ursprünge
Tiere im Stamm Chordata gehören die Wirbeltiere und einige der primitiveren Nicht-Wirbeltiere wie die Protochordaten, Lanzetten, Eichelwürmer, Manteltiere und die Pterobranchs. Die ersten Wirbeltiere, die im Fossilienbestand während des Kambriums auftauchten, waren Tiere, die Fischen ähnelten und Atemkiemen hatten, die durch pharyngeale Kiemenschlitze gebildet wurden, die sich in einer Reihe von Beuteln befanden. Der erste Zweck des Skeletts und der Schuppen bestand darin, das Tier zu schützen, den Notochord zu unterstützen und das Gehirn zu schützen. Später entwickelte sich bei Meerestieren ein echtes Rückgrat (anstelle eines Notochords). Bei allen Wirbeltieren entwickelte sich ein Herz, das Blut durch die Kapillaren pumpte, um Gase und Sauerstoff auszutauschen. Das Blut der meisten Fische gelangt vom Herzen zu den Kiemen und von dort zum Gehirn und anderen wichtigen Körperstrukturen.
Die Agnatha, oder kieferlose Fische, lebten vom späten Kambrium bis zum Ende der devonischen Periode. Diese Fische waren mit knöchernen Rüstungen bedeckt, eine Anpassung, die dazu beitrug, sie vor anderen Tieren zu schützen. Parasitäre Neunaugen und Tiefsee-Hagfische stammen von den schwach schwimmenden, am Boden lebenden, kieferlosen Fischen ab. Später im mittleren Silur entwickelte sich ein Fisch mit Kiefern und Zähnen, bekannt als Gnathostomata-Wirbeltier. Die meisten Fische stammen von diesem Wirbeltier ab, einschließlich aller Tetrapoden. Die Kiefer wurden tatsächlich von den vorderen Elementen der Kiemen angepasst und die Zähne stammten von sehr knöchernen Schuppen in der Nähe der Haut des Mundes des Fisches. Sobald sich Kiefer in Fischen entwickelt hatten, wurden viele neue Überlebensstrategien im Ökosystem verfügbar. Während dieser Zeit wurden die Schwimmfähigkeiten durch die Entwicklung gepaarter Flossen verbessert.
Dies war eine Zeit großer Diversifizierung in den Ozeanen. Vier Gruppen von Fischen verzweigten sich: die Placodermi (jetzt ausgestorben), die Acanthodii (ausgestorben), die Elasmobranchii und Holocephali (Haie, Rochen und Chimären) und die Actinopterygii (höher entwickelte Knochenfische). Die Placodermi hatten extreme Mengen an Rüstung und waren in der Silur- und Devonzeit weit verbreitete Fleischfresser. Die Acanthodii waren kleine Filter-Feeder. Die Klassen Elasmobranchii, Holocephali und Actinopterygii überlebten, passten sich an viele verschiedene Meeresbedingungen an und verzweigten sich weiter in eine Vielzahl von Arten. Einige der vielen Anpassungen sind wie folgt.
Die meisten Haie der Klasse Elasmobranchii müssen weiter schwimmen, sonst sinken sie auf den Grund des Ozeans. Diese Eigenschaft hat zu zwei verschiedenen Formen von Haien geführt: der pelagischen und der benthischen Form. Die pelagischen Haie bewegen sich ständig durch das Wasser und verlassen sich auf diese Bewegung, um Wasser über die Kiemen zur Atmung zu leiten. Die benthischen Formen liegen auf dem Boden und nehmen Wasser durch ein Paar Löcher oben auf ihrem Kopf auf, die Spiracles genannt werden. Rochen können auch auf dem Meeresboden liegen und durch ein Spirakel oben auf ihrem Kopf atmen. Rochen haben einen abgeflachten Körpertyp, der es ihnen ermöglicht, sich unter dem Schlamm zu verstecken und Krabben und geschälte Tiere auszugraben. Die Eingeweide und Lebern von Haien und Rochen sind auch kürzer und größer als Knochenfische. Rochen haben Stacheln an den Enden ihrer Schwänze als Schutz entwickelt und einige haben sogar eine Art Batterie entwickelt, die einen starken elektrischen Schlag abgeben kann. Eine weitere wichtige Entwicklung, die zum Überleben von Arten der Klasse Elasmobranchii beitrug, war das Auftreten der Seitenlinie. Die Seitenlinie ist ein Sinnesorgan bei pelagischen Haien und einigen Fischen. Diese Linie verläuft vom Kopf bis zum Schwanz und dient zur Triangulation von Entfernungen, sodass der Hai oder Fisch seine Beute auch bei völliger Dunkelheit mit großer Präzision lokalisieren kann.
Die Klasse Actinopterygii besteht aus allen Knochenfischen. Es ist wichtig zu beachten, dass Knochenfische auch als Teleostfische bezeichnet werden. Knochenfische sind viele bekannte Fische wie der Bass, Barsch, Kabeljau, Thunfisch, Heilbutt—im Grunde jeder Fisch mit einem Knochenskelett. Zu den allgemeinen Merkmalen eines Fisches dieser Klasse gehören ein längerer Darm als bei Haien und Rochen, ein einzelner Kiemenschlitz auf jeder Seite, ein Mund an der Vorderseite des Körpers, eine Schwanzflosse, die oben und unten gleich groß ist, und die äußere Befruchtung von Eiern. Knochenfische produzieren Tausende von Eiern, Daher gibt es viele genetische Variationen für die natürliche Selektion und Anpassungen bei Knochenfischen. Der Plattfisch ist ein gutes Beispiel für einige der seltsameren Anpassungen. Der junge Plattfisch scheint ein normaler Fisch zu sein, aber während er sich entwickelt, wandert ein Auge tatsächlich auf die andere Seite des Körpers, so dass sich beide Augen auf derselben Seite befinden. Nachdem sich das Auge bewegt hat, dreht sich der Fisch um, so dass es so aussieht, als wären beide Augen auf derselben Seite, aber tatsächlich ist die Oberseite nur eine Seite des Körpers. Ein anderes Beispiel ist das männliche Seepferdchen, das einen Beutel angepasst hat und sich im Gegensatz zu den meisten männlichen Tieren um die Jungen kümmert, während das Weibchen wegschwimmt. Remoras haben einen Teller auf ihrem Kopf entwickelt, um sich an andere Fische zu klammern und sich von Nahrung zu ernähren, die die größeren Fische zurücklassen. Der Mola Mola oder Ocean Sunfish kann nicht sehr gut schwimmen, wiegt über 2.000 Pfund und gilt als die größte Art von Zooplankton. Dieser Fisch erreicht eine Höchstgeschwindigkeit von 3 Meilen pro Stunde und schwimmt herum und frisst Quallen. Einige Süßwasserfische haben die Fähigkeit entwickelt, auf Bäume zu klettern, Insekten mit Wasser zu besprühen, Luft zu atmen und sich längere Zeit aus dem Wasser zu halten.
Reptilien
Die Reptilien entstanden als neuartige Gruppe von Landtieren aus den Amphibien. Reptilien waren an Land äußerst erfolgreich und wurden schnell zum dominierenden Tier für die nächsten 150 Millionen Jahre. Als sich Säugetiere entwickelten, übernahmen sie die dominierende Position und ließen die Reptilien zurück in den Ozean kriechen. Zu den überlebenden Reptilien gehören Schlangen, Schildkröten und Eidechsen, von denen sich viele ein wenig verändert haben, damit sie in Salzwasserumgebungen erfolgreicher leben können. Obwohl sich Krokodile auch an salzigere Bedingungen angepasst haben, haben sie nie eine vollständige Veränderung vorgenommen und bevorzugen immer noch Brackwasser. Zu den Reptilien, die das Land für das Meer verlassen haben, gehören die Meeresschildkröten der Familie Cheloniidae, der Meeresleguan der Familie Iguanidae und die Seeschlangen der Ordnung Squamata.
Die Schildkröten haben sich in den letzten 100 Millionen Jahren nicht allzu sehr verändert. Die für Schildkröten charakteristische harte Schale war eine große Hilfe beim Schutz und bei der Verhinderung des Austrocknens. Landschildkröten haben ein Problem damit, dass ihre Schale zu schwer ist, aber wenn Schildkröten im Wasser sind — der Auftrieb des Wassers hebt das Gewicht der Schale und ermöglicht es der Schildkröte, sich anmutig durch das Medium zu bewegen. Meeresschildkröten entwickelten längere Füße, die eher paddelartig waren und es der Schildkröte ermöglichten, mit großer Geschwindigkeit und Beweglichkeit durch das Wasser zu fliegen. Eine weitere Anpassung der Meeresschildkröten an das Meer ist ein Scharnier im unteren Teil der Schildkröte, das es ihnen ermöglicht, viel mehr Luft aufzunehmen und seltener Luft zu holen.
Säugetiere
Zu den Meeressäugern gehören die Ordnung Cetacea (Schweinswale und Wale), die Ordnung Carnivora (Tiere wie Robben) und die Ordnung Sirenia (Dugongs, Seekühe und Seekühe). Meeressäuger sind immer noch warmblütig und müssen die Temperatur ihres Körpers über der des Ozeans halten. Anpassungen, die zur Lösung dieses Problems beigetragen haben, umfassen die Verringerung der Oberfläche und die Zunahme des Innenvolumens, eine Fettschicht von Blubber unter sehr dicker Haut und eine Verringerung der Blutmenge, die in Bereiche gelangt, die mit dem kalten Wasser in Kontakt kommen. Im Gegensatz zu Landtieren können Meeressäuger auch sehr tief ins Wasser tauchen, ohne die Biegungen zu bekommen, denn wenn sie tiefer tauchen, atmen sie aus, anstatt wie wir einzuatmen. Sie stoßen Luft aus ihren Lungen aus und absorbieren daher keinen überschüssigen Stickstoff. Andere Anpassungen an das Meeresleben umfassen: einen langsameren Herzschlag während des Tauchgangs, einen verringerten Blutfluss zu nicht lebenswichtigen Organen, eine ungewöhnlich hohe Hämoglobinzahl im Blut und eine ungewöhnlich hohe Myoglobinzahl in den Muskeln.
Ein grundlegender Unterschied zwischen Walen und Fischen ist der Schwanz. Die Schwänze von Säugetieren sind horizontal und können sowohl vertikal als auch horizontal schwimmen. Die Schwänze der meisten Fische sind vertikal, so dass die Schwimmbewegung von einer Seite zur anderen erfolgt. Die stromlinienförmige Form, die sowohl bei Meeresfischen als auch bei Meeressäugern beobachtet wird, ist ein Beispiel für biologische Konvergenz. Der abgerundete Kopf und die sich verjüngende Körperform lassen Meeresfische und Säugetiere sanft durch das Wasser gleiten und verschwenden aufgrund des Widerstands wenig Energie. Tiere, die nicht stromlinienförmig sind, wie der Stachelrochen oder der Kugelfisch, haben effizientes Schwimmen für Tarn- oder Körperschutz geopfert.
Der größte Teil der Energie, die zum Schwimmen in Meerestieren erzeugt wird, kommt vom Schwanz am Rücken. Die meisten Fische bewegen ihren Schwanz von einer Seite zur anderen, so dass das Wasser nach hinten und um die Seite gedrückt wird und sich der Fisch vorwärts bewegt. Flossen an der Seite des Fisches wirken der Tendenz des Kopfes entgegen, bei Bewegung des Schwanzes von einer Seite zur anderen zu schwingen. Fische haben auch Flossen auf dem Rücken, ihren Seiten und unter ihrem Körper. Fische, Wale, Schildkröten und sogar Robben haben spezielle Gliedmaßen zum Schwimmen.
Tiere mit Muscheln
Vor etwa 500 Millionen Jahren wurden Tiere mit Hartschalen im Fossilienbestand des Stammes Mollusca prominent. Die Entwicklung einer undurchdringlichen Schale war offensichtlich ein sehr hilfreiches Merkmal für ein Tier, da Mollusken heute in fast jeder bekannten Umgebung vorkommen. Tiere mit harten Schalen sind vor Raubtieren und Austrocknung geschützt und einige können ihre Schale bei Bedarf sogar zum Schwimmen verwenden. Die sieben Klassen von Mollusken sind die Polyplacophora (die Chitons), Gastropoda (die Schnecken), Bivalvia (die Muscheln), Cephalopoda (Tintenfisch und Tintenfisch), Scaphopoda (die Stoßzahnschalen) und Aplacophora (Klassen Solenogastres und Caudofoveata – kleine wurmartige schalenlose Weichtiere). Es gibt mindestens 30.000 Arten von Gastropoden und es ist die größte taxonomische Klasse.
Die Chitons sind die primitivsten Tiere im Stamm der Mollusken. Jede Chiton-Schale ist so gefertigt, dass sie zusammenpasst und sich biegt. Chitons leben nur in Meeresumgebungen und sind auch an den acht Platten zu erkennen, die sich auf ihrem Rücken überlappen. Die Kiemen befinden sich sicher unter der Schale auf beiden Seiten ihres Fußes. Die in Chitons beobachteten Anpassungen ermöglichen es diesen Organismen, starke Brandung zu überleben, so dass sie häufig in Gezeitenbecken vorkommen.
Organismen in der Klasse Gastropoda sind am häufigsten als Schnecken, Napfschnecken, Abalone, Muscheln und Wellhornschnecken bekannt. Andere Gastropoden vielleicht weniger vertraut sind die Nacktschnecken oder Meeresschnecken, und einige Pteropoden und Heteropoden. Gastropoden sind normalerweise an einer nach rechts spiralförmigen Schale zu erkennen, obwohl einige wie die Nacktschnecken keine Schale haben und sich die Schale bei anderen nach links dreht. Um in diese Schale zu passen, haben viele Gastropoden Organe, die in der Größe reduziert sind. Obwohl einige Gastropoden im Laufe der Evolution ihre Schale verloren haben, haben die meisten immer noch eine Schale und profitieren vom Schutz. Viele Gastropoden wie Napfschnecken und Abalone ziehen sich bei Störungen in ihre Schale zurück und verschließen die Öffnung mit einer speziellen Platte namens Operculum. Es gibt viele verschiedene Arten von Muscheln und der größte Teil der Vielfalt ist ein direktes Ergebnis der Anpassung an die Umwelt. Zum Beispiel haben die meisten Tiere in rauen Gewässern flache Schalen, um die Wasserbeständigkeit zu verringern. Tiere, die zum Verstecken in Felsen kriechen müssen, haben auch flache Schalen, die in kleinere Risse passen. Die meisten Gastropoden bewegen sich mit Hilfe eines Fußes vorwärts, der dem einer terrestrischen Schnecke sehr ähnlich ist.
Kopffüßer, wie Tintenfische und Tintenfische, werden von vielen gefürchtet, aber sie sind eigentlich ziemlich sanfte, zarte und „intelligente“ Kreaturen. Tintenfische und Tintenfische sind die fortschrittlichsten Weichtiere. Sie haben ein hochentwickeltes Sehvermögen, die Fähigkeit, schnell zu schwimmen und die erstaunliche Fähigkeit, mit ihren Chromatophoren schnell die Farbe zu ändern. Die weibliche Krake hat ausgezeichnete Erziehungsfähigkeiten und hält ihre Eier sicher und sauber, bis sie schlüpfen. Die meisten Kopffüßer haben weiche Körper ohne Schale und können auf dem Meeresboden laufen oder mit einem Siphon schwimmen, der Wasser in einem starken Strahl spritzt. Einige Segmente riesiger Tintenfische wurden geborgen, was darauf hindeutet, dass das gesamte Tier bis zu 900 kg wiegen und 18 Meter lang sein kann. Einige Wissenschaftler glauben, dass es Tintenfische mit einer Länge von über 30 Metern gibt. Eine weitere interessante Anpassung bei den Kopffüßern ist die Entwicklung einer tintenartigen Substanz, die verwendet wird, um die Seh- und Geruchssinne bei Raubtieren zu blockieren.
Warum haben viele Weichtiere ihre Schalen verloren oder reduziert?
James W. Valentine, Keith S. Thomson, „Tierentwicklung“, in AccessScience @ McGraw-Hill, http://www.accessscience.com, DOI 10.1036 / 1097-8542.035500
Gillian Standring, „Das lebende Wasser“. Doubleday und Company Inc., Garden City, New York, 1976.
John Reseck, jr., „Meeresbiologie“. Reston Publishing Company, Inc., Reston Virginia, 1979.