Fossiler Wald in Kanadas Arktis: Drei neue ausgestorbene Walnussarten entdeckt | Polarjournal
Professor James Basinger neben einem 45 Millionen Jahre alten Baumstumpf auf der Insel Axel Heiberg in der Kanadischen Arktis. Foto: James Basinger

Keine 1.000 Kilometer vom Nordpol entfernt gab es vor 45 Millionen Jahren einen artenreichen Wald dessen Überreste vor knapp 40 Jahren entdeckt wurden. Doch erst jetzt fand ein Forschungsteam heraus, dass dort auch drei bisher unbekannte Walnussarten wuchsen.

Wo heute nur wenige Zentimeter hohe Polarweiden und Zwergbirken wachsen, ragen gewaltige Baumstümpfe und Wurzeln aus dem Boden, um sie herum liegen Äste, Blätter, Zapfen und Samen, fast als wären sie gerade erst heruntergefallen. Es war im Jahr 1985 als der Geologe Brian David Ricketts buchstäblich über die fossilen Überreste eines Waldes stolperte, der vor 45 Millionen Jahren im mittleren Eozän auf der heute zu Kanada gehörenden arktischen Insel Axel Heiberg wuchs. 

Nur ein Jahr darauf war James Basinger, heute emeritierter Professor für Geowissenschaften an der University of Saskatchewan, einer der ersten Wissenschaftler, der mit seinem Team den fossilen Wald erforschte. Er erinnert sich noch genau an seine Eindrücke während seiner ersten Expedition zur Fundstelle und schildert sie in einer Email an Polar Journal AG so: 

«Am beeindruckendsten ist der krasse Gegensatz zwischen Vergangenheit und Gegenwart. Stümpfe mit einem Durchmesser von mehr als einem Meter, die immer noch in den Böden verwurzelt sind, in denen sie gewachsen sind. Diese Stümpfe stehen in krassem Gegensatz zur arktischen Tundra von heute. Es handelt sich um völlig unterschiedliche Umgebungen, die jedoch beide im hohen Norden zu finden sind, nicht räumlich, sondern zeitlich getrennt.
Bei näherer Betrachtung wird der bemerkenswerte Erhaltungszustand der Fossilien deutlich. Laubabfälle sehen aus wie Kompost aus dem Hinterhof. Holz, das fast modern aussieht und sich auch so anfühlt. Und natürlich Zapfen und Nüsse, darunter auch Walnüsse, die auf der Oberfläche liegen.»

«Es gibt nicht wirklich viele Orte, an denen man so gut erhaltene Fossilien sehen kann», sagte Professor Steven Manchester, Kurator für Paläobotanik am Florida Museum of Natural History, in einer Pressemitteilung des Museums.

Seltene Form der Konservierung

Der Grund für den außergewöhnlich guten Erhaltungszustand des fossilen Pflanzenmaterials ist die besondere Art der Konservierung, zu der es in der Erdgeschichte nur sehr selten kam: Mumifizierung. Diese Form der Fossilisierung findet nur unter ganz speziellen Bedingungen statt, die am Fuße der Geodetic Hills auf Axel Heiberg vor 45 Millionen Jahren offenbar gegeben waren. 

«Die Walnussbäume wuchsen in der Aue eines mäandrierenden Flusses. Durch periodische Überschwemmungen der Flussauen wurden Sedimente abgelagert, die die Walnüsse begraben haben», erklärt uns Professor Basinger weiter. «Die Fossilisierung hängt von vielen Faktoren ab, unter anderem von einer raschen Verschüttung und dem Ausschluss von Luft/Sauerstoff in einem wassergesättigten Sediment, um den Zerfall zu verhindern. Und für die außergewöhnliche Qualität der Erhaltung auf der Insel Axel Heiberg, die Mumifizierung von Fossilien, ist es notwendig, dass die Fossilien nicht tief vergraben sind, wo sie zu Kohle werden würden. Und natürlich waren sie in den letzten 10 Millionen Jahren kalt, ja sogar gefroren, was auf die globale Klimaverschlechterung zurückzuführen ist, die zur Eiszeit führte.»

Heute erscheint die Landschaft auf Axel Heiberg karg, die im mittleren Eozän Heimat eines artenreichen Waldes war, in dem auch Walnussbäume wuchsen. Die Fundstelle der Fossilien liegt in den Princess Margaret Mountains. Links unten im Bild ist das Forschungscamp zu sehen. Foto: James Basinger

Nach der ersten Expedition zu dem fossilen Wald führten ihn über die folgenden zwei Jahrzehnte viele weitere auf die Insel, um mehr von dem gut erhaltenen fossilen Material zu sammeln. «Das wiederholte Sammeln fossiler Nüsse, die durch Erosion aus den Sedimenten auftauchten, war notwendig, um die außergewöhnliche Sammlung anzuhäufen, die wir jetzt haben.» Eine Sammlung, die mehr als tausend Nüsse und Samen umfasst — ausreichend Material für die genaue Bestimmung der Art.

Bislang unbekannte Walnussarten

Allerdings weichen die Merkmale der fossilen Walnüsse von denen bisher bekannter Arten ab. Professor Manchester analysierte die Nüsse unter anderem mittels Computertomographie und stellte beim Vergleich mit modernen Arten fest, dass die Walnussbäume, die vor 45 Millionen Jahren auf Axel Heiberg wuchsen, zu drei neuen, jedoch bereits ausgestorbenen Arten gehören: Juglans eoarctica, J. nathorstii und J. cordata.

In einer kürzlich im International Journal of Plant Sciences veröffentlichten Studie beschreiben Professor Manchester als Hauptautor und Professor Basinger gemeinsam mit zwei Kollegen die neuen Arten. Die ei- bis birnenförmigen Nüsse sind mit 10 bis 29 Millimeter Länge etwas kleiner als die Walnüsse, die heute bei uns wachsen.

Professor Basinger beschrieb in einer Pressemitteilung des Museums, dass er einige Nüsse an einem Fleck fand, was daraufhin deutet, dass Tiere sie gesammelt und dort abgelegt haben müssen. Einige der Nüsse wiesen sogar kleine Löcher auf, die sehr wahrscheinlich von maus-großen Nagetieren stammen.

Die Entdeckung der neuen Arten trägt auch dazu bei, die Evolutionsgeschichte der Walnussfamilie besser zu verstehen, von der lange angenommen wurde, dass sie ihren Ursprung in Asien hat. Aber Fossilfunde deuten daraufhin, dass sie zuerst in warmen, feuchten Gebieten in Nordamerika oder Europa auftraten.

Eine grüne Insel im mittleren Eozän

Auch damals lag Axel Heiberg auf etwa demselben Breitengrad wie heute und war demzufolge genau wie heute dem Polartag und der Polarnacht ausgesetzt. Dennoch konnte sich dank eines viel wärmeren Klimas als heute ein prächtiger Wald entwickeln, der den heutigen Redwood-Wäldern an der Westküste Nordamerikas ähnelte. 

Neben Walnüssen und Mammutbäumen wuchsen hier auch Zedern, Hickorynuss, Hemlocktannen, Lärchen, Birken und Gingkobäume. Anhand der Jahresringe gut erhaltener Stümpfe lässt sich erkennen, wie sich die Bäume an die ewige Helligkeit im Sommer und die monatelange Dunkelheit im Winter angepasst hatten: Im Sommer wuchsen die Bäume schnell und bildeten in ihrem Holz breite helle Linien und im Winter stellten sie ihr Wachstum ein und hinterließen nur schmale dunkle Linien.

Auf der Insel ist nur noch ein kleiner Teil des ursprünglichen Waldes in Form der fossilen Überreste zu sehen. Professor Basinger erklärt uns, dass der fossile Wald eine Fläche von etwa einem halben Quadratkilometer einnimmt. Die Fläche, auf der die Walnüsse gefunden wurden, bemisst sich allerdings nur in Quadratmetern.

Julia Hager, Polar Journal AG

Link zur Studie: Steven R. Manchester, Robin Wilson, Yusheng (Chris) Liu, James F. Basinger. Arctic Walnuts! Nuts of Juglans (Juglandaceae) from the Middle Eocene of Axel Heiberg Island, Northern Canada. International Journal of Plant Science (2024). https://doi.org/10.1086/730541

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