Eerste
planten verschenen miljoenen jaren eerder dan vermoed
Mogelijke
verklaring voor drastische klimaatswijzigingen van miljoenen jaren
geleden - 10-08-2001
Volgens
een groep Amerikaanse wetenschappers zitten de huidige schattingen
over het tijdstip waarop de eerste planten op aarde verschenen er
flink naast. Niet 480, maar al 700 miljoen jaar geleden zouden de
eerste planten wortel hebben geschoten. Deze vaststelling biedt mogelijk
een verklaring voor de perioden dat de aarde volledig door ijs werd
bedekt en zou ook een aantal vragen over de Cambrische Explosie, een
tijdsvak waarin plots een enorme verscheidenheid aan levensvormen
ontstond, kunnen beantwoorden.
119
moleculaire klokjes
Totnogtoe werd aangenomen dat planten ruwweg 480 miljoen jaar geleden
voor het eerst op vaste grond verschenen, een vaststelling die gebaseerd
is op het feit dat het fossielenbestand voor die periode geen plantenresten
bevat. Maar nu de genetische wetenschap de kinderschoenen is ontgroeid,
hoeven vorsers niet meer alleen op het fossielenbestand te rekenen
om lang vervlogen tijden te bestuderen. Ook Blair Hedges, de hoofdauteur
van de studie in het jongste nummer van Science,
zocht zijn toevlucht in de informatie die in de genen ligt opgeslagen.
In hun zoektocht naar genen die als ‘moleculaire klok’ dienst kunnen
doen, ging Penn State-team
dat door Hedges werd geleid grondiger te werk dan ooit tevoren. De
zoektocht begon met een analyse van zoveel mogelijk genen van de planten
en zwammen die vandaag de aarde kleuren. Van deze genen werden de
vingerafdrukken – de unieke opeenvolging van de aminozure bouwstenen
– onderzocht. Daarbij werd vooral uitgekeken naar genen die aan een
constant ritme mutaties ondergaan, omdat aan de hand van deze mutaties
de evolutionaire geschiedenis van een bepaalde soort kan worden afgeleid.
In totaal vonden de onderzoekers 119 genen die gebruikt konden worden
voor een relatieve datering. Zo kan al worden bepaald wanneer bepaalde
soorten ten opzichte van elkaar ontstonden. Door vervolgens bepaalde
evolutionaire gebeurtenissen die dankzij het fossielenbestand vrij
precies gedateerd kunnen worden als ankerpunten te gebruiken, kon
het team van Hedges bepalen wanneer in de geschiedenis elke soort
ontstond.
Sneeuwbal
aarde
Dat leverde alvast één grote verrassing op: volgens de genetische
klokken ontstonden de eerste planten op het land meer dan 200 miljoen
jaar vroeger dan gedacht en kwamen de eerste zwammen zelfs al 1300
miljoen jaar geleden tevoorschijn. Waarom deze planten dan niet als
fossielen bewaard zijn gebleven, is ook Hedges niet helemaal duidelijk.
Mogelijk waren de primitieve structuren te zacht om te fossiliseren.
Andere onderzoekers hebben daarom al aangekondigd op zoek te gaan
naar microfossielen in oudere steenlagen, die vanwege het moeizame
proces en het feit dat het voor vandaag weinig zin leek te hebben,
niet echt diepgaand werden onderzocht.
De resultaten van de studie reiken echter verder dan alleen deze conclusie
en het vroege verschijnen van planten speelde mogelijk een rol in
twee evolutionaire gebeurtenissen die nog steeds grotendeels onverklaard
zijn gebleven: de Cambrische Explosie en de theorie die zegt dat de
aarde een aantal keren in het verleden is veranderd in één reusachtige
sneeuwbal.
De laatste jaren werd steeds meer bewijsmateriaal verzameld dat erop
wijst dat de aarde tussen 750 en 580 miljoen jaar geleden een aantal
keren quasi volledig door ijs werd bedekt. De ‘Sneeuwbal
Aarde’-theorie die hieruit werd gedistilleerd bleef voorlopig
echter zonder verklaring. Hedges denkt de oplossing misschien gevonden
te hebben en legt de oorzaak van de plots dalende temperaturen bij
korstmossen. Dat zijn de eerste planten die een verbond sloten met
organismen die tot fotosynthese in staat zijn, een proces waarbij
zuurstof wordt geproduceerd. Bovendien deden deze organismen een goede
zaak door samen te spannen met korstmossen, aangezien dit bijzonder
taai mos maandenlang zonder water kan overleven, ondertussen bescherming
biedend aan de zuurstofproducerende algen en cyanobacterieën.
Bovendien helpen korstmossen de hoeveelheid koolstofdioxide uit de
atmosfeer te halen, omdat zij sterke zuren aanmaken die krachtig genoeg
zijn om rotsen op te lossen. Daarbij komt calcium vrij, dat weggespoeld
wordt door neerslag en koolstofhoudend kalksteen vormt in de oceaan.
Daardoor kan alvast een deel van de koolstofdioxide niet in de atmosfeer
terechtkomen. Landplanten helpen ook om de hoeveelheid van dit broeikasgas
uit de atmosfeer te houden, omdat zij over ligninecellen beschikken
die in staat zijn om koolstof vast te houden. Bovendien worden deze
cellen doorgaans niet afgebroken, een mechanisme waarop ook de verdedigers
van het gebruik van koolstofputten
in verband met de opwarmende aarde rekenen.
Het belangrijkste gevolg van het dalende koolstofdioxidegehalte in
de atmosfeer is dat de temperaturen steeds lager worden. En volgens
de onderzoeksgroep gebeurde dat zelfs in dusdanige mate dat een super-ijstijd
aanbrak, en de hele aarde door ijs werd bedekt. “Andere factoren
– zoals het effect dat de positie van de continenten op het klimaat
uitoefent – kunnen zeker hebben bijgedragen aan deze klimaatswijzigingen”,
zegt Hedges, “maar volgens mij werd de grootste reductie in koolstofdioxide
bewerkstelligd door de planten en mossen waarvan wij hebben aangetoond
dat ze op dat tijdstip al bestonden”.
Big Bang van het leven
De Cambrische Explosie
- met wat meer gevoel voor panache ook wel de Big Bang van het leven
genoemd – is een opgemerkte periode die ongeveer 540 jaar geleden
plaatsvond. Op korte tijd ontstond toen een ongeziene verscheidenheid
aan levensvormen, terwijl het fossielenbestand dat van de voorafgaande
periode getuigt behoorlijk saai is. Rond deze explosie zijn al een
aantal verschillende theorieën
geweven, waaronder één die zegt dat de Cambrische Explosie pas plaatsvond
toen het zuurstofgehalte in de atmosfeer hoog genoeg was. Hoewel sommigen
het hier niet mee eens zijn, biedt de ontdekking van Hedges en zijn
team wel een verklaring over de manier waarop de hoeveelheid zuurstof
steeg. Dankzij de zuurstofproductie van de planten, die door het uitblijven
van een nieuwe sneeuwbalperiode op dat moment welig tierden.
David
de Vaal
Aansluitende artikels:
Hoe
seks ontstond - 11-07-2001
Piepklein
fossiel herschrijft evolutie zoogdieren - 28-05-2001
De
Big Bang van het leven - 20-10-2000
Related links:
De
Cambrische Explosie
Meer
over de sneeuwbaltheorie
De
oorsprong van het leven
Leven
triomfeert
Science
Penn
State
©
David de Vaal
