Im Oberen Devon, also vor rund 383 bis 375 Millionen Jahren, beschloss ein im Süßwasser lebendes Tier, sein Element zu verlassen und statt in den flachen Ufergewässern von Flüssen lieber vermehrt an Land zu jagen. Es war ein zwischen 1,20 und 2,70 Meter langer Knochenfisch, der allerdings auch körperliche Merkmale von Amphibien besaß und dessen Kopf eine gewisse Ähnlichkeit mit dem eines Krokodils aufweist. Er hatte Schuppen, die Kiefer eines Raubfisches und Flossen, wobei die Brustflossen ungewöhnlich waren: Sie enthielten bereits Schulter, Ober- und Unterarmknochen, Ellenbogen sowie Teile der späteren Handknochen, also sämtliche Knochen, die auch in den Vordergliedmaßen von Vierfüßern zu finden sind. Nur Finger hatte Tiktaalik noch keine. Das Skelett war stark genug, um das Gewicht des Tieres auch ohne den Auftrieb des Wassers zu tragen. Ein beweglicher Nacken beziehungsweise Hals, ein verkürztes Schädeldach sowie ein Becken mit Kugelgelenken, die auf eine frühe Form von Hinterbeinen hinweisen, sind weitere Merkmale späterer vierbeiniger Landwirbeltiere. Dass das Tier neben Kiemen auch primitive Lungen hatte, war für die Entdecker der Fossilien, die Paläontologen Neil Shubin, den mittlerweile verstorbenen Farish A. Jenkins jr. und Edward B. Daeschler, ein weiterer Beweis, dass sie endlich den "Missing link" zwischen Fisch und Landwirbeltier gefunden hatten.

Klimaveränderung?

Entdeckt wurden die Fossilien 2004 in einem ausgetrockneten Flussbett auf Ellesmere Island im Norden Kanadas. Im Devon herrschte dort subtropisches Klima und die heute arktische Insel war von flachen Flussläufen durchzogen. Weil dieses Gebiet den Inuit gehört, überließen die Forscher die Namensgebung den Einheimischen. Der Ältestenrat entschied sich für Tiktaalik, was auf Inuktitut soviel wie "großer Flachwasserfisch" bedeutet. Für Shubin und seine Kollegen schloss sich mit diesem Fund endlich die Lücke in der Evolution von Wasser- zu Landwirbeltieren, das Warum bleibt allerdings bis heute ein Rätsel. Hat eine Klimaveränderung Tiktaalik dazu gezwungen, das Wasser zu verlassen, oder wurde die Konkurrenz durch andere Raubfische zu groß? Welche Veränderungen im Erbgut ermöglichten den "Umbau" der Flossen in Gliedmaßen? Der geschah rasch, ebenso wie die Loslösung des Schädels vom Schultergürtel (bei Fischen ist diese Verbindung fest), während aber zum Beispiel der Unterkiefer über weitere Millionen Jahre fischähnlich blieb.

Zwei Wissenschafter von der CSIC-Universidad Pablo de Olavide-Junta de Andalucia in Sevilla/Spanien, José Luis Gómez-Skarmeta und Fernando Casares, fanden 2012 heraus, dass die Entwicklung von Gliedmaßen auf neue DNA-Elemente, die bestimmte Gene aktivieren, zurückzuführen sei. Im speziellen Fall der Entwicklung der Brustflossen des Tiktaalik zu Vorderbeinen brachten sie das Gen Hoxd13 in die Flosse eines Zebrafisch-Embryos ein, die daraufhin weniger Flossengewebe, sondern mehr Knorpelgewebe produzierte. In weiteren Versuchen bestätigten sie, dass Gene aus der Gruppe der 5'Hoxd-Gruppe – insbesondere Hoxd13 – an der Bildung von Extremitäten beteiligt waren.
Um weiteres Licht ins Dunkel dieser Entwicklung zu bringen, führten kanadische Evolutionsforscher ein Experiment mit Flösselhechten durch. Diese Fische leben in Süßwasser führenden Gewässern im tropischen Südafrika und gelten als die primitivsten rezenten Strahlenflosser, quasi ein Analogon zu den fischartigen Fleischflossern, zu denen unter anderem Tiktaalik gehört. Über einen Zeitraum von acht Monaten beobachteten sie, wie sich junge Flösselhechte entwickelten, denen man den Zugang zu Wasser komplett verwehrte. Der fehlende Auftrieb erzwang Veränderungen in der Muskulatur und im Knochenbau, besonders des Schultergürtels. Die im Wasser gehaltene Kontrollgruppe zeigte keine dieser Veränderungen und konnte daher auch wesentlich schlechter auf dem Land laufen als die auf dem Trockenen aufgezogenen Tiere. Die Forscher schlossen daraus auf folgende evolutionäre Abfolge: Eine Veränderung der Umweltbedingungen bewirkte eine dauerhafte, aber noch nicht genetisch vererbbare Adaption, die in eine genetische Assimilierung der phänotypischen Adaption durch zufällige Mutationen mündete. Diese Reihenfolge ist genau umgekehrt zu bisherigen Annahmen (eine zufällige genetische Mutation bedingt eine natürliche Selektion und schlussendlich eine Adaption in der Population) und steht auch im Widerspruch zu bisherigen Erkenntnissen über die Evolution der Stammtetrapoden. Die Experimente mit den Flösselhechten geben aber zumindest deutliche Hinweise auf die mögliche Fortbewegung des Tiktaalik.

Was genau zum Aussterben des Tiktaalik und gleichzeitig zum Ende des Devons führte, ist nicht erwiesen – vieles spricht für einen Meteoriteneinschlag, der ein Massensterben verursachte. Aber auch eine Eiszeit, ausgelöst durch eine Veränderung oder Unterbrechung des Äquatorialstroms, scheint Wissenschaftern als eine Möglichkeit. Die Entwicklung der Landwirbeltiere wurde dadurch jedoch nicht aufgehalten …