Het prille leven op aarde kwam opeens op gang, tijdens een wonderlijke ‘Cambrische explosie’, zo was altijd het idee. Recente vondsten halen dat beeld overhoop. Was de ‘oerknal van de evolutie’ eerder een hele reeks explosies?
Maarten Keulemans is wetenschapsredacteur bij de Volkskrant, gespecialiseerd in klimaat en microleven.
Een soort slurf, niet groter dan de pink van een baby, tast de omgeving af met een draadachtig uitsteeksel. Een opengeklapt zakje, met op de randen kleine, wiebelende tentakeltjes, wiegt zachtjes heen en weer. Verderop staat een soort rimpelige penis op een stokje, vastgeprikt op de zeebodem, met bovenop twee uitsteeksels die doen denken aan een gewei.
Het is een wonderlijk, onaards ogend landschap dat Chinese en Britse onderzoekers deze maand beschrijven in vakblad Science. Een landschap, dat het midden houdt tussen een schilderij van de surrealist Salvador Dalí en een psychedelische trip, met zijn penissen op stokjes en zakjes met handjes.
Toch is dit hoe het eruit moet hebben gezien, op de zeebodem van wat nu Zuidwest-China is. De kraamkamer van het leven zoals we dat vandaag kennen – met daarin de vroegste wezens op aarde die je met het blote oog zou kunnen zien, oppakken, een naam kunt geven. Honderden miljoenen jaren vóór de dinosauriërs, de mammoets, de eerste apen. Peilloos ver weg, in het diepe verleden.
In een zithoekje in Naturalis maakt geochemicus Mark van Zuilen samentrekkende bewegingen met zijn hand in de lucht. ‘Zo ongeveer moet het zijn gegaan’, vertelt hij. Want hoewel ‘het meeste maar zo’n beetje ronddobberde, of met één eind vastzat aan de zeebodem’, vertelt hij, troffen de onderzoekers ook enkele wormachtige wezentjes die leken te kronkelen. ‘Zo’n organisme kwam een beetje vooruit door zijn lichaam te bewegen’, beeldt Van Zuilen uit, terwijl hij zijn hand van links naar rechts laat gaan.
Daarmee behoren de nieuwe fossielen niet alleen tot de vroegste wezens die je kunt zien – het is ook het eerste leven dat beweegt, de omgeving bevoelt, dat op zoek gaat naar voedsel. ‘Ze bevatten al sleuteleigenschappen die we zien in moderne dieren, zoals een mond, een darm, een keel en uitsteeksels’, schetst Gaorong Li van de Yunnan Universiteit, in een toelichting. ‘Maar de manier waarop die structuren zijn gecombineerd, is anders dan de meeste dieren vandaag.’
Strek uw armen wijd en stel u voor dat dit de tijdlijn is van het aardse leven, met helemaal links de eerste cellen zo’n 3,5 miljard jaar geleden, en helemaal rechts de natuur van vandaag. Het grootste stuk was er op aarde weinig bijzonders te beleven. De planeet was leeg, slechts bevolkt door microben, en vanaf pakweg anderhalf miljard jaar geleden, algen.
En dan, zo’n 540 miljoen jaar geleden, pas ter hoogte van uw rechteronderarm, ontstaan de eerste dieren. In een ‘explosie’ van vormen, die op de tijdbalk niet meer plek inneemt dan een moedervlekje, zo was lang het idee: de Cambrische explosie, tussen de 539- en 485 miljoen jaar geleden. Ter oriëntatie: op de tijdlijn van uw armen leefden de dinosauriërs ongeveer vanaf uw rechterhandpalm tot uw bovenste vingerkootje. De eerste mensen evolueerden pas in de laatste vijf miljoen jaar – niet meer dan de rand van uw nagel.
De Cambrische explosie, wat een tijd. Plotseling vulden de zeeën zich met allerlei wonderlijke, wriemelende, kruipende en zwemmende wezens, lazen paleontologen af uit beroemde vindplaatsen van fossielen zoals de ‘Burgess shale’ in Canada. De ‘hallucigenia’, een soort worm op twaalf pootjes en met stekels op zijn rug en tentakels uit zijn hals. Het zwemmende roofdiertje ‘anomalocaris’, een soort platte garnaal met twee gekrulde tentakels om prooien te vangen. Of ‘opabinia’, een kreeftachtig wezentje met vijf ogen en een soort keukentang als neus. Wilde experimenten met lichaamsvormen, waarvan de meeste allang weer zijn verdwenen. Maar waarin je met wat goede wil wél de grove contouren kunt herkennen van haast al het hedendaagse leven: lichamen met een voor- en een achterkant, poten, bekken, uitsteeksels, ogen.
In de periode daarvoor, het tijdperk ediacarium (vanaf 571 miljoen jaar geleden, ongeveer een vingerbreedte hoger op uw onderarm), was dat wel anders. Het enige wat er op de zeebodem leefde, maakten experts op uit de zeldzame fossiele afdrukken uit die tijd, waren een soort passieve, verstilde wezens. Rechtopstaande veren. Platte, geribbelde plakkaten. Meercellig leven, dat wel. Maar verder weinig lol mee te beleven, zo was altijd de gedachte.
En dat is een diepzinnig raadsel, vertelt Van Zuilen. ‘Darwin zat hier al mee. Wat hem zorgen baarde, was dat er heel grote gaten zaten in de opeenvolging van fossielen. En het grootste probleem was dat er in het cambrium heel veel fossielen zaten, en daarvoor vrijwel geen. Een raadsel voor Darwin.’
Maar afgelopen jaren begint de grens tussen het ediacarium en het cambrium te vervagen. Dat begon al zo’n tien jaar terug, met de ontdekking van nieuwe Canadese fossielen uit het ediacarium. Een van hen was ‘fractofusus’, een soort levend ovalen schijfje met een fractalachtige opbouw die kennelijk roerloos op de oerzeebodem lag. Maar rondom hem zagen de ontdekkers kleinere fractofususjes – en daaromheen weer nóg kleinere exemplaren.
Zijn nakomelingen! Kennelijk, beschreven Britse wetenschappers in Nature, had hij een ‘complexe levensgeschiedenis’, waarbij hij tentakels vormde, uitsteeksels waaruit zijn kinderen ontsproten. Niet heel anders dan kwallen of bepaalde sponzen en koralen zich voortplanten, beseften de Britten.
Andere teams begonnen intussen aanwijzingen te vinden van heuse beweging. In China beschreven wetenschappers een reeks symmetrische putjes in versteende zeebodem van kort vóór de Cambrische explosie, die ze zien als ‘sporen gemaakt door tweezijdige dieren met paren uitsteeksels’, schrijven ze in vakblad Science Advances. In Zuid-Australië vonden wetenschappers een 550 miljoen jaar oud wezen met de prachtnaam ‘Kimberella quadrata’, die kennelijk was omgekomen terwijl hij net aan een plak microben aan het knabbelen was. En in Brazilië ontdekten wetenschappers dat een stuk versteende zeebodem uit het ediacarium was doorkliefd met honderden pielerig kleine tunneltjes, kennelijk gegraven door een of andere worm.
Pootafdrukken, tunnels, knaagsporen. En nu dit. Een bruinige plak gesteente, niet groter dan een doorsnee stadse achtertuin, gevonden in de bergen vlak bij de Chinese miljoenenstad Kunming. Afgelopen jaren trokken Chinese en Britse paleontologen erheen, gewapend met geologenhamer en kwast: een afzetting die ooit een tere zeebodem was, waarin de weekdieren van het ediacarium hun lichaamsafdruk achterlieten. ‘Alsof je een kwal in het zand drukt’, omschrijft Van Zuilen.
Daar waren ze dan. De wormen op steeltjes, boterhamzakjes met handjes en andere wonderdieren uit het ediacarium. Alsof je een gordijn wegtrekt, vertelt de Britse onderzoeker Ross Anderson desgevraagd, aan de telefoon vanuit de Universiteit van Oxford. ‘We wisten al dat er dit soort dieren waren, we zagen de sporen. En nu zien we hoe deze organismen eruitzagen’, zegt Anderson. ‘Ze zijn veel diverser in vormen dan we hadden verwacht. Dat was nogal een verrassing.’
Een broze miniatuurwereld van wonderlijke beestjes, de meeste niet groter dan een vingernagel, beschrijft Anderson en zijn team. Op steentje nummer 90306 zie je een platte schijf waaruit een sliert groeit, met een soort mondje aan het uiteinde. Fossiel 90312 toont de afdruk van een kokerachtig dier, dat wel wat wegheeft van een blokfluit, met reeksen gaatjes in zijn lijf. Weer andere stenen tonen een merkwaardig, kwalachtig wezen, dat van bovenaf enigszins doet denken aan een vredesteken.
In totaal zevenhonderd fossielen groeven Li en Anderson op, van enkele honderden dieren. Daaronder, interessant voor experts, ook fossielen die verdacht veel lijken op ‘deuterostomen’, letterlijk ‘mond als tweede’, een enorme groep dieren waaronder ook de meeste gewervelde dieren vallen. Dat brengt de buitenaards aandoende wereld van het ediacarium dichterbij, vertelt Anderson: ‘Onze directe, verre voorouders waren er ook.’ Al blijft het een twijfelachtig genoegen om af te stammen van een wezen dat doet denken aan een penis.
Maar vlak de ‘explosie’ van vernieuwingen uit het cambrium niet uit, vindt Van Zuilen. ‘Het ediacarium lijkt het moment waarop mobiliteit ontstaat, en waarin bilaterale wezens ontstaan’, zegt hij. Dat zijn wezens met een symmetrische linker- en rechterkant, die ook wij nog steeds hebben. ‘Maar dit waren wel allemaal soft-bodied wezens. Kwalachtige, wormachtige en zeekomkommerachtige organismen, met een zacht lichaam.’
Het échte bewegen kwam pas later, toen het leven zichzelf ging verstevigen met schelpen, exoskeletten en ruggengraten gebaseerd op kalk, legt Van Zuilen uit. ‘Dat is de Cambrische explosie. Dan komen de echt grote evolutionaire stappen. Haast alle grote groepen dieren van vandaag zijn in die tijd ontstaan.’
Een diepe, nog goeddeels openstaande vraag is: waaróm vulden de oceanen zich opeens met weekdieren? Waarom pas in de tijdlijn ter hoogte van uw rechteronderarm, en niet eerder? ‘Dat is nu de grote vraag’, zegt Anderson. ‘Er is een aantal hypothesen, van omgevingsverklaringen zoals een toename in de hoeveelheid zuurstof in zee, tot genetische verklaringen.’ Zo is het denkbaar dat het leven rond die tijd door toevallige mutaties in zijn DNA opeens de beschikking kreeg over een genenpakket waarmee je efficiënter een lichaam kunt bouwen – zoiets als de overgang van een blokkendoos naar het veelzijdigere lego.
Of misschien, denkt Van Zuilen, kwam er in de oceanen iets op gang doordat de aarde in de perioden daarvoor een reeks ongekend heftige ijstijden doormaakte. Tussen 717- en 585 miljoen jaar geleden bevroor de planeet driemaal achter elkaar haast van pool tot evenaar, tot iets waarvoor wetenschappers de fraaie aanduiding ‘sneeuwbal aarde’ gebruiken. ‘Het is denkbaar dat die sneeuwbal aarde iets heeft getriggerd, waardoor het leven plotseling allerlei kansen had’, zegt Van Zuilen.
Verderop in Naturalis liggen enkele plakken zeebodem uit het vroege cambrium uitgestald in een weinig opvallende vitrine. Uitgehakt uit de Burgess shale, in Canada. Wie goed kijkt, ziet ze zitten: de wormpjes, garnaaltjes en andere merkwaardige zeediertjes uit die tijd.
Met een projectie brengt Naturalis de fossielen tot leven. Kleine, wuivende diertjes, die traag wegzweven over de zeebodem waarin ze versteenden. Als een stille groet aan hun reusachtige, verre nakomeling, die hier voorovergebogen over de vitrine staat.
Alles over wetenschap vindt u hier.
Geselecteerd door de redactie
Source: Volkskrant