Ein mutmaßlicher unterkambrischer Sphenothallus sp. (Cnidaria) vom Geschiebemergel-Kliff Nienhagen bei Warnemünde

Uwe-M. Troppenz

(see/siehe "Fachartikel IV")

Abstract

A presumed Lower Cambrian Sphenothallus (Cnidaria) from the boulder clay cliff Nienhagen near Warnemünde:

This find can be significant for paleontology: a particularly early Sphenothallus (HALL, 1847), Cnidaroid from the Lower Cambrian out of the bedrock marl cliff Nienhagen near Warnemünde (Mecklenburg). It comes from the collection of David Schmälzle (1971-2018), Berlin, now kept in the collection of the “Natureum” at the castle of Ludwigslust/Mecklenburg. This specimen may be as old as the Lower Cambrian Sphenothallus specimens previously discovered in China or perhaps somewhat older. They are also significantly smaller than the Mecklenburg piece. The question of whether it is a body fossil is discussed.

Zusammenfassung

Für die Paläontologie kann dieser Fund bedeutend sein: ein besonders früher Sphenothallus (HALL, 1847), Cnidaroid aus dem Unter-Kambrium vom Geschiebemergelkliff Nienhagen bei Warnemünde (Mecklenburg). Er stammt aus der Sammlung David Schmälzle (1971-2018), Berlin, jetzt aufbewahrt im Natureum am Schloß Ludwigslust/Mecklenburg. Wahrscheinlich ist dieses Exemplar gleich alt oder vielleicht sogar älter als die bisher in China entdeckten unterkambrischen Sphenothallus-Exemplare. Sie sind auch deutlich kleiner als das Mecklenburger Stück. Die Frage, ob es sich um ein Körperfossil handelt, wird diskutiert. 

Einleitung

Sphenothallus sp. ist ein enigmatisches Fossil, das lange Zeit unterschiedlich gedeutet wurde, u.a. auch als Vermes (FAUCHALD et al. 1986). Eine morphologische Ähnlichkeit besteht zu Conularia. Die mögliche phylogenetische Verwandtschaft spitzt sich auf zwei Alternativen zu: 1) Cnidaria (Hydrozoa, Scyphozoa = „Polypen“, „Quallen“) oder 2) Annelida („Würmer“); siehe u.a. VAN ITEN et al. (1992) und VINN, KIRSIMÄE (2015). Heute ist die Zuordnung zu Cnidaria üblich (PENG et al. 2005, MUSCENTE, XIAO 2015). 

Die genaue Ökologie von Sphenothallus ist wenig bekannt, aber wahrscheinlich handelte es sich um einen sessilen Prädator (PENG et al. 2005). Haftscheiben des Tieres wurden gefunden. Was die Lebensbedingungen betrifft, so scheint Sphenothallus sehr anpassungsfähig gewesen zu sein. Er lebte in Gruppen und war fähig, unterschiedlichste Umweltsituationen zu tolerieren – vom Hartgrund bis zum weichen, schlammigen Meeresboden, er haftete auch auf großen Brachiopoden-Schalen. Umgekehrt siedelten Brachiopoden auch an ihm. Seine Vermehrung scheint nicht oder weniger durch Knospung  stattgefunden zu haben. In den ordovizischen, devonischen und karbonischen Schichten von Ohio wurden keine eindeutigen Verzweigungen bei Sphenothallus festgestellt, so dass eine Verbreitung durch Larven als vornehmliche Methode der Reproduktion angenommen wird (NEAL, HANNIBAL 2000). VAN ITEN et al. berichteten jedoch 1992 von „geklonten Kolonien“.

Die Gattung Sphenothallus existierte vom Kambrium bis zum Perm (FATKA et al. 2012), also mehr als 250 Millionen Jahre lang. Die bisher ältesten Exemplare wurden in Süd-China gefunden: in der Kaili-Formation (Miaolingium, ca. 500 Millionen Jahre, Oberes Unter-Kambrium; ZHU et al. 2000) sowie darunter in der Shuijingtuo-Formation in den Schichten der Serie 2, Stufe 3 (MUSCENTE, XIAO 2015) – also etwa 520 Millionen Jahre alt. 

Beschreibung

Das Geschiebe aus der Sammlung David Schmälzle ist deutlich geschichtet und enthält lagenweise Hyolithen, Brachiopoden u.s.w. „Manche Lagen im Balkasandstein sind ganz ähnlich entwickelt“ (Schmälzle). In einer besonders detritisch ausgebildeten Schicht liegt eine 11 cm lange und 1,5 cm breite Struktur. Sie ist deutlich längsgerieft und in der Mitte „kanalartig“ eingesenkt. 

Material und Methode

Es existiert lediglich dieses Handstück mit einer Größe von 14x11x5 cm vom Geschiebemergelkliff Nienhagen. Das Stück wurde in- und ausländischen Paläontologen, Geologen, Biologen und Chemikern  als Original oder als Foto vorgelegt und diskutiert. In der Prager Karls-Universität hat Oldrich Fatka das Material nichtdestruktiv mit einer Mikrosonde chemisch analysiert.

Diskussion

„Alle Faktoren zeigen ein hochenergetisches Millieu mit schwierigen Lebensbedingungen für eine Ichnofauna an. Es ist also durchaus möglich, dass es sich in diesem Fall um ein größeres Körperfossil handelt.“ (TROPPENZ, SCHMÄLZLE 2015) Die Idee, dass es sich um Sphenothallus handeln könnte, brachte der russische Geologe Serge Terentiev aus St. Petersburg ein. 

Es ergeben sich zwei Fragen:

• 1)      Wie alt ist das Gestein, auf dem sich diese Struktur befindet?
• 2)      Handelt es sich um eine Spur oder tatsächlich um ein Körperfossil?

1) Schmälzle blieb bei seiner Einschätzung etwas unklar – wie es bei der Bestimmung von Geschieben wegen der unsicheren Herkunft und fraglichen Lebenswelt oft der Fall ist. Anhand der Gesteinsbeschaffenheit und der fossilen Inhalte ging er davon aus, dass dieses Geschiebe dem Balkasandstein entspricht, auch Hardebergasandstein genannt. Balka ist eine kleine Ortschaft an der Ostküste der dänischen Ostseeinsel Bornholm, die etwa drei Kilometer südlich von Nexö (fossilfreier „Nexösandstein“) liegt. Der Boden von Balka besteht aus dem unterkambrischen Balkasandstein, einem mittelkörnigen Quarzsand, mit 80 m Mächtigkeit (SCHULZ 2003). Das Alter dieses Gesteins entspricht der Shuijingtuo-Formation in den Schichten der Serie 2, Stufe 3. (strandsteine.de/Geschiebetabelle). Sören Jensen, Universität Badajoz/Spanien bestätigt in einer Mitteilung an den Verfasser: „Sphenothallus wurde aus der kambrischen Serie 2 (Stufe 3) in Süd-China beschrieben. Möglicherweise ist das Stück von vergleichbarem Alter, wenn es als Sphenothallus nachgewiesen ist.“ Somit würde das Fossil auf dem Mecklenburger Geschiebestück auf jeden Fall weltweit zu den ältesten Exemplaren dieser Tiergattung gehören. 

2) Im Balka- bzw. Hardebergasandstein sind Wurmspuren durchaus häufig. Einen wurmartigen Organismus oder dessen Spur schloß David Schmälzle aber mit guten Argumenten aus (siehe oben). Von der Morphologie her besteht - nicht nur beim Autor - kein Zweifel, dass es sich um Sphenothallus handelt. Sören Jensen, Universität Badajoz: „Sphenothallus ist eine interessante Möglichkeit. Ein Problem ist, dass man eine Art Verjüngung erwarten würde, die ich nicht sicher erkennen kann. Vielleicht ist sie vorhanden, aber fast unmerklich.“ Das Exemplar liegt am Rand der Matrix und ist deshalb nicht vollständig erhalten. Dennoch ist unten durchaus eine leichte Verjüngung zu erkennen. Sowohl die Riefung als auch die Randverdickung sind vorhanden. Zustimmend äußert sich ebenfalls Edgar Kooijman, Universität Kent/Großbritannien, an den Verfasser: „Die Morphologie des deutschen Exemplares ist einfach augenfällig.“ Oldrich Fatka, Karls-Universität Prag/Tschechische Republik, meint dazu: „Der abgebildete Fund ist wirklich sehr interessant, und die Zuordnung zu Sphenothallus scheint vorläufig in Ordnung zu sein. Selbstverständlich ist für eine definitive Bestimmung eine detaillierte Analyse notwendig.“

Fatka ließ sich das Stück schicken und kam zu dem Ergebnis: „Die Analyse des Fossils ergab, dass kein Phosphat vorhanden ist.“ Damit schloss er ein Körperfossil aus. Weitere Untersuchungen wurden nicht vorgenommen. Die Notwendigkeit der Existenz von Phosphat als Beweis eines Körperfossils ist jedoch umstritten. Phosphat ist erforderlich für den Aufbau von Knochen und Zähnen. Es wird auch als ein wichtiger Baustein von mehreren Stoffen verwendet, die von der Zelle zur Energiegewinnung, für Zellmembranen und für den Aufbau von DNS (Desoxyribonukleinsäure) genutzt werden. Daraus wird abgeleitet, dass Phosphat auch in kambrischen und präkambrischen Fossilien vorhanden sein müsste. In der Tat sind die chinesischen Exemplare phosphatisch. Schließt das Fehlen von Phosphat aber einen biologischen Ursprung zwingend aus? Gibt es noch andere Biomarker?

„Die Abwesenheit oder das Vorhandensein von phosphatischen Mineralien“, so der australische Geologie und Botaniker Thomas Kapitany an den Autor, „schließt keineswegs aus, dass es sich um eine Struktur biologischen Ursprungs handelt.“ Dieselbe Meinung vertritt mir gegenüber der Paläontologe Andrej Marthyshyn, National-Universität Kiew/Ukraine: „Ich denke, dass die Präsenz von Phosphat nicht erforderlich ist, da es sich vollständig auflösen könnte.“ Dies dürfte in kleinen Geschiebestücken wie diesem (14x11x5 cm) noch eher der Fall sein als in den in der Tiefe der Schicht eingebetteten Gesteinen aus dem Anstehenden. Marthyshyn weiter: „Ich habe viele Male vollständige Pseudomorphe von Mineralien aus organischen Rückständen beobachtet.“ Eine ähnliche Diskussion hat Timothy Huang, Paläontologe, Geologe und Chemiker von der Jilin-Universität Changchun/China, gerade mit einem Kollegen geführt. Wie er dem Autor mitteilte, entdeckte Huang proterozoische mehrzellige Fossilien – ohne eine Spur von Phosphat. Die Eukaryoten enthielten jedoch Metallocen-Aminosäuren-Verbindungen und Sterane, was sie als Strukturen biologischer Herkunft auswies. Huang: „Wo ist das Phosphat geblieben?“ Möglicherweise hätten Organismen in frühen Erdzeitaltern auch andere Elemente für den Aufbau von Zellmembranen verwendet. 

Ergebnis

Bei allen Unwägbarkeiten, die Geschiebe nun einmal mit sich bringen, lässt sich dieses Fossil doch Sphenothallus zuordnen und zwar in unterkambrischem Gestein, das wahrscheinlich von der dänischen Insel Bornholm stammt und in einer eiszeitlichen Grundmoräne bei Nienhagen abgelagert worden ist. Sowohl die Morphologie des Fossils als auch die Gesteinsart sowie die Begleitfauna lassen – trotz der kontroversen Diskussion über den Biomarker - kaum einen anderen Schluss zu. Demnach ist dieses Mecklenburger Exemplar (mindestens) wohl eines der ältesten Sphenothallus-Fossilien, die weltweit gefunden wurden.

Danksagungen

Mein Dank gilt Prof. Dr. Oldrich Fatka, Karls-Universität Prag/Tschechische Republik, für sein großes Interesse an dem Geschiebefossil und die Untersuchung des Stückes. Weiterhin danke ich folgenden Wissenschaftlern für Hinweise, Diskussionen und detaillierte Stellungnahmen: Prof. Dr. Timothy Huang, Jilin-Universität Changchun/China, Dr. Sören Jensen, Universität Extremadura, Badajoz/Spanien, BSc. Thomas Kapitany, Victoria/Australien, Prof. Dr. Edgar Kooijman, Universität Kent, Canterbury/Großbritannien, Dr. Andrej Marthyshyn, National-Universität, Kiew/Ukraine, Serge Terentiev, St. Petersburg/Rußland. Ein ganz besonderer Dank gilt den Künstlern Takashi Ito, Shizuoka/Japan, und Sven Littkowski, Kingston/Jamaika, für die Gestaltung der Rekonstruktionen nach meinen Vorgaben.  

Literatur

FATKA, O., KRAFT, P. & SZABAD, M. (2012): “A first report of Sphenothallus Hall, 1847 in the Cambrian of Variscan Europe“. – Comptes Rendus Palevol 11 (8), 539-547.

FAUCHALD, K., STÜRMER, W. & YOCHELSON, E.L. (1986):  “Sphenothallus »Vermes« in the Early Devonian Hunsrück Slate, West Germany.” Paläontologische Zeitschrift 60, 57–64 

MUSCENTE A.D. & XIAO, S. (2015): “New occurrences of Sphenothallus in the lower Cambrian of South China: Implications for its affinities and taphonomic demineralization of shelly fossils”. – Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology 437 (1), 141-164.

NEAL, M.L. & HANNIBAL, J.T. (2000): “Paleoecologic and taxonomic implications of Sphenothallus and Sphenothallus-like specimens from Ohio and areas adjacent to Ohio”. -  Journal of Paleontology 74 (3), 369-380.

PENG, J., BABCOCK, L.E., ZHAO, Y., WANG, P. & RONGJUN, Y. (2005): „Cambrian Sphenothallus from Guizhou Provínce, China: early sessile predators“. – Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology 220 (1-2), 119-127.

SCHULZ, W. (2003): “Geologischer Führer für den norddeutschen Geschiebesammler“ – 508 S., durchgängige Abb., Schwerin.

TROPPENZ, U.-M. & SCHMÄLZLE, D. (2015): „Wohin die Spuren führen“, Bd. 2, Anhang: „Die kambrischen Spurenfossilien aus dem nordischen Geschiebe“. – 192 S., 162 Abb., Parchim.

VAN ITEN, H., COX, R. S. & MAPES, R. H. (1992): “New data on the morphology of Sphenothallus Hall: implications for its affinities”. - Lethaia 25, 135–144.

VINN, O. & KIRSIMÄE, K. (2015): „Alleged cnidarian Sphenothallus in the Late Ordovician of Baltica, its mineral composition and microstructure“. – Acta Paleontologica Polonica 60 (4), 1001-1008.

ZHU, M.Y., VAN ITEN, H., COX, R.S., ZHAO, Y.L. & ERDTMANN, B. (2000): “Occurrence of Byronia Mathew and Sphenothallus Hall in the Lower Cambrian of China”. -  Paläontologische Zeitschrift 74 (3), 227-238.

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