Welk organisme ligt aan de evolutionaire basis van alle dieren – en dus ook van de mens? De vraag bleef decennialang onbeantwoord. Tot nu.
Foto: Ikaria, de ronde platworm, zou verantwoordelijk zijn voor kruipsporen gedateerd vóór het cambrium.
Vrijwel elk jaar vindt wel iemand een tand, stuk kaakbeen of gefossiliseerd voetspoor van een voorouder van de mens. Zulke ontdekkingen halen onveranderd het wereldnieuws. En terecht: we willen allemaal weten waar we vandaan komen en wie onze voorouders waren. Maar het loont de moeite om ook eens verder te kijken dan onze mensenneus lang is. Homo sapiens is tenslotte ook maar een diersoort, net als alle andere. Daarom moeten we ons ook de vraag stellen: welk organisme is de voorouder van alle dieren?
In een artikel dat eerder dit jaar verscheen in het vakblad Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) menen onderzoekers het antwoord op die vraag te hebben gevonden. In dit artikel beschrijven ze Ikaria, een fossiel van meer dan een half miljard jaar oud. Mogelijk is dit de voorouder van alle dieren (Bilateria): de ronde platworm.
Biologische big bang
Die datering is belangrijk. Ongeveer 540 miljoen jaar geleden, in het cambrium, vond de ‘oerknal van het leven’ plaats. Het was een biologische big bang, beter bekend als de cambrische explosie. Op enkele miljoenen jaren tijd – een belachelijk korte periode op de geologische tijdschaal – ontstonden ogenschijnlijk uit het niets vrijwel alle stammen van dieren. Sommige daarvan bestaan vandaag nog steeds, vele andere zijn intussen uitgestorven.
Intussen weten we zeker dat er enkele tientallen miljoenen jaren voor de ‘oerknal van het leven’ al meercellige organismen voorkwamen
Vóór deze periode was er lange tijd een groot biologisch niets. Wetenschappers vonden geen fossielen die erop wezen dat er in het precambrium ook meercellig leven aanwezig zou zijn. Het bracht de Amerikaanse geoloog George Halcott Chadwick er in 1930 toe om de periode van het cambrium tot nu het fanerozoïcum te noemen, de periode van het zichtbare leven. Alles daarvoor werd proterozoïcum genoemd, de periode van voor het leven.
Intussen weten we dat ook in het proterozoïcum al leven was. Het ontstond namelijk al ongeveer 3,5 miljard jaren geleden. In het begin ging het weliswaar enkel om prokaryoten – bacterieachtige cellen zonder kern. Die cellen konden wel kolonies vormen, zoals de rotsachtige stromatolieten die nu nog bestaan. Maar sinds een zestigtal jaar weten we met zekerheid dat er enkele tientallen miljoenen jaren voor de aanvang van de cambrische periode ook meercellige organismen voorkwamen.
De meeste van deze precambrische fossielen werden gevonden in de Ediacaraheuvels in Australië. Vandaar hun naam: de ediacaria fauna. De eerste ediacaria werden al in 1868 ontdekt door de Schot Alexander Murray, en later nog verschillende keren door andere palaeontologen. Sommige van deze fossielen waren meer dan een meter in de doorsnede. Maar doordat wetenschappers er destijds rotsvast van overtuigd waren dat meercellige dieren pas in het cambrium konden zijn ontstaan, beschouwden ze deze fossielen meestal als inorganische structuren, of hoogstens als conglomeraten van eencellige algen.
Vroege claims dat het fossielen van meercellige dieren zou betreffen, werden als onzin weggezet. Doordat de overblijfselen geen skeletten hadden – intern noch extern – was de kwaliteit van de fossilisatie vaak onvoldoende om veel details te zien. Pas in 1959 kon de palaeontoloog Martin Glaessner overtuigend aantonen dat het wel degelijk om fossielen van meercellige organismen ging.
De volledige ediacarische fauna leek uitgestorven vóór het begin van het cambrium. Een duidelijke overgang ontbrak
Zodra de wetenschappelijke gemeenschap aanvaard had dat het meercellige leven inderdaad al voor het cambrium ontstaan is (zelfs tot bijna 100 miljoen jaar voor het begin van die periode) ging het snel. Meer en meer ediacarische fossielen werden gevonden en ook in verschillende delen van de planeet, zoals in Centraal-China en recent ook in Canada, Iran en Rusland.
Parallel daaraan toonden dateringen van de eerste moleculaire stambomen aan dat de voorouders van onze huidige diergroepen ouder waren dan het cambrium, soms zelfs veel ouder. Vreemd is wel dat de volledige ediacarische fauna uitgestorven leek te zijn vóór het begin van het cambrium. Er was dus geen duidelijke overgang van de ediacarische naar de cambrische fossiele fauna.
Dat riep vragen op. Stamt de cambrische fauna geheel of gedeeltelijk af van ediacarische voorouders? Of is er totaal geen relatie, en was de cambrische explosie een volledig ‘nieuwe’ gebeurtenis? Twee recente ontdekkingen geven een spectaculair antwoord.
Platte schijf met cholesterol
Tot net voor het begin van het cambrium, tussen 575 en 541 miljoen jaar geleden, leefde Dickinsonia, een ediacarisch organisme dat nog het meeste weghad van een platte schijf, met een doorsnede van circa een meter. Deze organismen waren al een tijdje bekend. Het eerste exemplaar werd in 1947 gevonden, maar het ging steeds om afdrukken van een organisme in versteend sediment, niet om het organisme zelf. Dat is trouwens het geval voor vrijwel alle fossielen van deze ouderdom.
Maar in 2016 ontdekte de Rus Ilya Bobrovskiy een gemummificeerd exemplaar, waar nog delen van het organisme zelf in het fossiel aanwezig waren. Een zeer uitzonderlijke vondst. Bobrovskiy had niet alleen veel geluk, hij wist ook wat hij gevonden had en wat hij ermee moest doen. Om het met de woorden van Louis Pasteur te zeggen: ‘Le hasard ne favorise que les esprits préparés’. Vrij vertaald: het toeval geeft de voorkeur aan het verstand dat er klaar voor is.
Met briljant inzicht voerde Bobrovskiy chemische tests uit op het fossiel. Hij vond er cholesteroïden in: moleculaire ‘fossielen’ van cholesterol, dat algemeen voorkomt in onder andere de celmembranen van recente diergroepen. Zijn artikel in Science toonde aan dat Dickinsonia een eerste link was tussen de enigmatische ediacarische fossielen en de echte dieren (Bilateria) van het cambrium en later.
Minstens enkele echte diergroepen waren dus ontstaan vóór de cambrische explosie.
Kip-of-eivraag
Voor de tweede ontdekking moeten we nog een stapje terugzetten. Veel ongewervelden ondergaan tijdens hun ontwikkeling van ei tot adult enkele tussenstappen, de zogenoemde larvale stadia. Die stadia vind je bij veel zeedieren. Zee-egels, bijvoorbeeld, kunnen zelfs verschillende larvale stadia na elkaar hebben.
De meeste larvale stadia zijn planktonisch en leven in de waterkolom, terwijl de meeste adulten benthisch zijn, en dus op de bodem leven. Er zijn goede evolutionaire redenen voor een diersoort om beide vormen te bezitten: in hun planktonische larvale stadia kunnen soorten zich makkelijker verspreiden, terwijl ze in hun volwassen benthische stadia kunnen profiteren van de voedselrijke bodemhabitats – ideaal voor een efficiënte voortplanting.
In het onderzoek naar de oorsprong van de eerste voorouders van de dieren is dat de kip-of-eivraag: waren de voorouders van dieren zwemmende larven en zijn de adulte stadia er pas later bij geëvolueerd, of waren de eerste echte dieren benthisch, en zijn de planktonische larven pas later ontstaan?
Lang bleef de kip-of-eivraag onbeantwoord: waren de voorouders van dieren zwemmende larven, of waren de eerste echte dieren benthisch?
Een goede reden voor de laatste hypothese was dat versteende overblijfselen van de ediacarische zeebodem erg veel gefossiliseerde kruipsporen vertonen. Er is weliswaar een grote variatie in de patronen van deze kruipsporen – rechtlijnig of kronkelend, smal of breed, met putjes en holen – maar toch lijken ze vaak afkomstig te zijn van soortgelijke organismen.
Er is veel gespeculeerd over welke organismen dat waren en wat hun bouwplan was. In de verregaandste hypothese zijn deze kruipers ‘ronde platwormen’, met al een redelijke complexiteit in hun bouwplan, inclusief een duidelijk onderscheid tussen kop en staart, en met verschillende spiertypes die kruipende bewegingen toelaten.
Maar een echt fossiel van een dergelijke ronde platworm dat in verband kon worden gebracht met de kruipsporen was nog niet gevonden. Tot nu. In het eerder vernoemde artikel in PNAS wordt het fossiel Ikaria beschreven uit het ediacara van Zuid-Australië. De ronde platworm is gevonden!
Tuin van Eden
De auteurs stellen dat Ikaria mogelijk de laatste voorouder was van alle dieren. Misschien toont verder onderzoek aan dat die stelling wat kort door de bocht is. Toch is dit een vondst van formaat: de mogelijke voorouder van alle ‘echte’ dieren was dus wellicht de bentische adult, en niet de planktonische larve.
Deze kruipsporen, die zo algemeen zijn in het ediacara, worden ook gevonden vanaf het begin van het cambrium. Dat vormt een tweede aanwijzing dat minstens enkele diergroepen uit het cambrium hun ontstaan kennen in het ediacara, voor we ze als herkenbaar fossiel terugvinden in het cambrium of later.
Deze fossiele vondsten bevestigen de resultaten van de moleculaire stambomen, die aantonen dat de takken die naar recente diergroepen leiden, zoals weekdieren en geleedpotigen, wel degelijk ouder zijn dan het cambrium.
Als we werkelijk willen weten waar ‘wij’ vandaan komen, dan moeten we verder inzetten op het onderzoek naar deze fauna
Maar waarom vinden we dan geen slakkenhuisjes in de rijke fossielen van het ediacara? Bouwplannen, de gehelen van morfologische kenmerken die typisch zijn voor een bepaalde diergroep, ontstaan niet volledig afgewerkt uit het niets. Ze worden tijdens de evolutie opgebouwd, met vallen en opstaan, kenmerk na kenmerk. Soms door toeval, meestal onder druk van natuurlijke selectie.
Sommige fossielen uit het cambrium stierven snel uit, andere zijn duidelijk tussenvormen waarvan we weten dat ze hebben geleid tot moderne groepen, zoals de recente kreeftachtigen. Anders gezegd: de diergroep die wij vandaag kennen als weekdieren voert terug tot voorouders die er mogelijk helemaal niet uitzagen als slakken of andere moderne weekdieren.
De oerslakken uit het ediacara hadden heel andere bouwplannen – noem ze gerust primitiever. Hun overblijfselen, zoals alle ediacarische fossielen dus zonder harde delen zoals schelpen, kunnen we bijgevolg niet makkelijk herkennen als de voorouders van de huidige weekdieren.
Als we werkelijk willen weten waar ‘wij’ – en daarmee bedoel ik alle diergroepen – vandaan komen, dan zullen we verder moeten inzetten op het onderzoek van de ediacarische fauna. Want stilaan wordt dit wel duidelijk: voor de meercellige dieren is het ediacara de echte tuin van Eden.
Minder dan een jaar voor de ontdekking van de ronde platworm Ikaria werden ook andere ediacarische fossielen beschreven die verantwoordelijk kunnen zijn voor sommige van de fossiele kruipsporen. De wormachtige Yilingia, gevonden in China en in 2019 in het vakblad Nature beschreven, was een langwerpig, gesegmenteerd organisme, dat kruipsporen naliet met patronen zoals een fietsband. Deze worm is mogelijk een voorouder van onze huidige ringwormen (Annelida), maar door de uitgesproken en sterk ontwikkelde segmentatie lijkt het onwaarschijnlijk dat deze ediacara de primitieve voorouder van alle dieren is.
