Doorbraak: Onderzoekers vinden eerste dier op aarde

Darwin lag er wakker van – de eerste dieren op aarde verschenen schijnbaar uit het niets, zonder een spoor van voorafgaande evolutie. Maar nu zijn de voorouders van de dieren gevonden en kan Darwin eindelijk rusten.

Darwin lag er wakker van – de eerste dieren op aarde verschenen schijnbaar uit het niets, zonder een spoor van voorafgaande evolutie. Maar nu zijn de voorouders van de dieren gevonden en kan Darwin eindelijk rusten.

Claus Lunau

Hij ziet er als een berg tegenop, maar hij heeft geen keus – Charles Darwin móét reageren op de grootste bedreiging van zijn geliefde evolutieleer.

Wanhopig doopt hij zijn pen in de inktpot en schrijft: ‘Op de vraag waarom wij geen fossielen uit de vroegste perioden vinden, kan ik geen bevredigend antwoord geven.’

Dit staat in een van de belangrijkste werken van de natuurwetenschap, On the Origin of Species, en Darwin zag het probleem – sindsdien bekend als ‘Darwins dilemma’ – als een krachtig argument tegen zijn eigen theorie.

Volgens zijn leer evolueren organismen geleidelijk in de loop van miljoenen jaren, maar in Darwins tijd leken fossielen aan te tonen dat alle diergroepen op aarde plotseling in min of meer voltooide vorm waren ontstaan tijdens de zogeheten cambrische explosie, circa 541 miljoen jaar geleden.

Wetenschappers kenden geen enkel dierenfossiel dat ouder was dan het cambrium.

Charles Darwin

Darwin dacht dat het op aarde vóór het cambrium wemelde van het leven – als zijn theorie juist was. Maar de fossielen uit die tijd leken zijn bewering te weerleggen.

© Julius Jääskeläinen

Als Darwins theorie juist was, hadden dieren zich gestaag ontwikkeld vanaf een tijd lang voor het cambrium.

Het gebrek aan oudere dierenfossielen zat wetenschappers altijd dwars, maar dat is nu voorbij.

Nieuwe vondsten en studies geven ons eindelijk het puzzelstukje dat Darwin miste, en nu blijkt hoe bizar de eerste dieren op aarde waren.

Bizarre dieren regeren op aarde

Het cambrium is een van de belangrijkste perioden voor de evolutie van het leven. Wetenschappers zagen die periode lange tijd als een overgang tussen twee uiteenlopende werelden: de wereld van de eenvoudige eencellige organismen en de wereld waarin het wemelde van de dieren.

Dieren uit het cambrium zagen er vaak bizar uit vanuit een modern perspectief. Zo leek Hallucigenia op een worm met lange poten en stekels op zijn rug, en de merkwaardige Opabinia had vijf ogen en een slurfachtige arm om prooien te vangen.

Zelfs aan de top van de voedselketen waren de dieren duidelijk anders dan nu: het roofdier Anomalocaris leek op een reuzengarnaal met tentakels, vinnen en een mond als een schijfje ananas.

‘Als mijn theorie klopt, wemelde het op aarde onweerlegbaar van de levende wezens voordat de oudste cambrische gesteentelagen werden gevormd.’ Charles Darwin

Ondanks hun eigenaardige kenmerken zijn de dieren uit het cambrium herkenbaar. Veel van die kenmerken komen ook bij moderne dieren voor, en volgens wetenschappers leefden er in het cambrium vertegenwoordigers van vrijwel elke belangrijke diergroep die we nu kennen – waaronder kwallen, weekdieren, schaaldieren en gewervelde dieren.

Hallucigenia is bijvoorbeeld een voorouder van de zogeheten fluweelwormen, terwijl Opabinia en Anomalocaris nauw verwant zijn aan schaaldieren. Onze eigen groep, de gewervelde dieren, werd vertegenwoordigd door de visachtige Myllokunmingia.

Door de grote diversiteit in het cambrium en het gebrek aan fossielen uit de tijd daarvoor dachten wetenschappers – tot Darwins ergernis – dat het dierenleven op aarde was ontstaan tijdens een plotselinge explosie, vergelijkbaar met het scheppingsverhaal in de Bijbel.

De wetenschap kwam uiteindelijk op andere gedachten, maar dat heeft Darwin niet meer meegemaakt.

Eerst een revolutie, dan een explosie

Vanaf de jaren 1940 doken er veel fossielen uit het precambrium op, een periode die het ediacarium wordt genoemd.

De nieuwe vondsten hadden Darwins dilemma kunnen oplossen, maar ze veroorzaakten juist totale verwarring.

De fossielen waren afkomstig van wezens die zo vreemd waren dat elke poging om ze te identificeren mislukte.

Dieren uit het cambrium, Anomalocaris, Opabinia, Hallucigenia
© Shutterstock

Darwin doorzag de geschiedenis van het leven

De dieren ontstonden in een fractie van een seconde tijdens het cambrium – een teken van Gods ingrijpen en een doorn in Darwins oog. Dat was het beeld in de 19e eeuw, maar nieuw onderzoek steunt Darwin.

3,9 miljard jaar geleden: Leven begint in een plas

Darwin opperde in 1871 dat het leven is ontstaan in ‘een warm meertje,’ en hij zat er waarschijnlijk niet ver naast. Nieuw onderzoek duidt erop dat de eerste organismen op aarde circa 4 miljard jaar terug in vulkanische poelen ontstonden.

Het leven ontstond in een plas
© Claus Lunau & Shutterstock

650 ljoen jaar geleden: Vreemde dieren doemen op

Darwin wist dat dieren ontstaan moesten zijn lang voor de oudste fossielen die toen bekend waren. Nieuwe DNA-analyses bewijzen zijn gelijk: dieren ontstonden 850-650 miljoen jaar geleden. Dierenfossielen uit die tijd ontbreken echter.

Zeesponzen zijn primitieve dieren
© Shutterstock

550 miljoen jaar geleden: Mysterieuze wezens heersen

Na Darwins tijd, in de jaren 1940, doken fossielen op van bizarre wezens die leefden vóór het cambrium. Al tientallen jaren vragen wetenschappers zich af wat het waren. Nu toont nieuw onderzoek aan dat er verschillende dieren bij waren.

Dickinsonia was een vroeg dier
© Shutterstock

541 miljoen jaar geleden: Bekende dieren nemen de zee over

Wetenschappers uit Darwins tijd kenden allerlei dieren uit het cambrium en dachten dat alle diergroepen in deze periode in één keer waren ontstaan. Tegenwoordig geldt het cambrium als een gewone fase in de evolutie van dieren.

Hallucigenia leefde in het cambrium
© Shutterstock

Een van de wezens, Charnia, zag eruit als een blad dat aan de zeebodem vastzat. Door zijn vorm dachten sommige wetenschappers dat het een alge was, maar anderen zagen er een spons in of hielden het op een dier.

Een ander organisme, Dickinsonia, was net een geribbelde pannenkoek, en het was niet eens duidelijk of het een meercellig wezen was of een reusachtige eencellige amoebe.

De verwarring over de wezens van het ediacarium heeft lang geduurd, maar nu vallen de puzzelstukjes eindelijk op hun plaats.

In 2018 slaagden bioloog Ilja Bobrovski en zijn collega’s erin om de identiteit van het fossiel Dickinsonia te bepalen met behulp van een nieuw type analyse.

Het team onderzocht het fossiel op resten van organische stoffen, steroïden genaamd, die, in tegenstelling tot DNA en eiwitten, honderden miljoenen jaren kunnen overleven. De samenstelling van steroïden was uniek en komt tegenwoordig alleen bij dieren voor.

Onmiskenbaar dierlijke trekken doken ook op in andere fossielen. Een gedetailleerde analyse van het fossiel Charnia bracht een groeipatroon aan het licht dat overeenkomt met dat van dieren. En een derde organisme, Cloudina, blijkt nu een darmstelsel te hebben.

De studies schetsten voor het eerst duidelijk hoe dieren er vlak voor het cambrium uitzagen, wat een enorme doorbraak was voor het onderzoek naar hun ontwikkeling.

En nu laten pas ontdekte fossielen ons nog verder terug in de tijd kijken.

Sporen van de vroegste dieren

De vroegste dieren bestonden vooral – of misschien zelfs uitsluitend – uit zacht weefsel, dus hun lichaam is slechts zelden gefossiliseerd. Maar een lichaam is niet altijd nodig.

In gesteente dat ooit zeebodem was, zijn van prehistorische dieren merkwaardige sporen gevonden die iets zeggen over hun gedrag en anatomie.

Zo is een U-tunneltje waarschijnlijk gemaakt door een soort worm. Hij stak zijn kop uit de ene opening om voedsel en zuurstof op te nemen en zijn achterste uit de andere opening om uitwerpselen te lozen.

Dat vertelt ons dat het dier een voor- en een achtereinde had met daartussen een darmstelsel. Dergelijke anatomische kenmerken waren nieuw bij de vroege dieren.

Ook nieuw was de mogelijkheid om te bewegen. Dit opende allerlei mogelijkheden en speelde een grote rol in de explosie van diersoorten tijdens het cambrium.

Dierenbewegingen kunnen sporen achterlaten in het zand van de zeebodem, en door te bestuderen hoe deze in de loop van de tijd veranderen, kunnen onderzoekers een idee krijgen van de ontwikkeling van dieren. Tijdens het cambrium werden de sporen groter, dieper en complexer, wat weerspiegeld wordt in de dierenfossielen uit die tijd.

Al vóór het cambrium konden dieren zich echter verplaatsen, en de laatste decennia zijn er in Australië sporen gevonden die teruggaan tot het ediacarium.

De sporen zijn mogelijk gemaakt door vroege dieren die zich al konden verplaatsen, maar er waren nog nooit fossielen van die dieren zelf gevonden. Maar dat is nu veranderd.

Eerste dieren op aarde, Ikaria wariootia

In 2020 beschreven wetenschappers een reeks afdrukken van een dier genaamd Ikaria wariootia. Uit scans van de afdrukken blijkt dat het dier circa 0,5 centimeter lang was en druppelvormig.

© Scott d Evans et al./PNAS

In 2020 publiceerde een onderzoeksteam van de universiteit van Californië in de VS een vondst van zowel een spoor als het dier dat het spoor maakte in het ediacarium, meer dan 555 miljoen jaar geleden. Het wormachtige dier was maar 2 tot 7 millimeter lang en kreeg de naam Ikaria wariootia.

Het was een van de eerste dieren die bekende dierlijke kenmerken kreeg, zoals een kop en een romp die met elkaar verbonden zijn door een darmstelsel, en een lichaam waarvan de linker- en rechterkant symmetrisch zijn.

Ikaria is even oud als of zelfs iets ouder dan Dickinsonia en Charnia, maar zijn lichaam was complexer. Uit zijn sporen blijkt dat hij zich, net als regenwormen, voortkronkelde, waarschijnlijk met behulp van spieren die langs zijn lichaam liepen.

De sporen lopen door grotere organismen heen die de worm niet had kunnen doden. Dus het dier was waarschijnlijk een aaseter.

Nieuw fossiel breekt alle records

De vreemde dieren uit het ediacarium bewijzen eindelijk Darwins theorieën.

Toch is de studie over de oorsprong van dieren nog lang niet afgerond. Ikaria is iets meer dan 555 miljoen jaar oud, maar uit genetische analyses blijkt dat de dieren op aarde waarschijnlijk nog veel eerder zijn ontstaan.

Verscheidene onderzoeksgroepen hebben de genetische verschillen tussen de levende dieren op aarde geteld en de snelheid berekend waarmee nieuwe verschillen ontstaan. Op basis van de cijfers denken zij dat de laatste gemeenschappelijke voorouder van alle huidige dieren 850 tot 650 miljoen jaar geleden leefde.

Als dit juist is, ontbreekt het wetenschappers aan het bewijs van honderden miljoenen jaren dierenevolutie.

Wetenschappers vinden fossiel van 890 miljoen jaar oude zeespons

Structuren in een 890 miljoen jaar oud fossiel lijken op de vertakte inwendige structuur van een huidige zeespons. Zeesponzen behoren nu tot de meest primitieve dieren die er zijn.

© E.C. Turner

Een mogelijke aanwijzing dook op in 2021, toen de Canadese geoloog Elizabeth Turner en haar collega’s een beschrijving publiceerden van een 890 miljoen jaar oud fossiel van een zeespons. Zeesponzen zijn primitieve dieren die nog steeds bestaan, en lange tijd dachten onderzoekers dat de vroegste dieren een soort zeesponzen waren.

Toch is de vondst niet met open armen ontvangen. Het fossiel is veel ouder dan enig ander dierlijk fossiel – en zelfs ouder dan wat de genetische analyses voorspellen – en daarom zijn veel wetenschappers er sceptisch over.

Zij denken dat de structuren in het fossiel door bacteriekolonies of kristallen zijn ontstaan – of dat het fossiel veel jonger is dan Elizabeth Turner en haar team hebben berekend. Turner blijft echter bij haar conclusie.

De discussie kan waarschijnlijk alleen worden beslecht door nieuwe fossielen. Gelukkig zijn er de laatste jaren veel opgedoken.

In 2021 vonden onderzoekers 73 individuen van een 550 miljoen jaar oud dier, Namacalathus hermanastes. Het dier leefde in ondiepe lagunes met een chemische samenstelling waarin zijn fragiele lijf bewaard bleef.

Met wat geluk kunnen wetenschappers even spectaculaire vondsten doen in nog oudere gesteenten. Dan zullen ze niet alleen te weten komen hoe de eerste dieren van de planeet eruitzagen, maar ook hoe ze ontstonden en zo succesvol werden.

Onderzoekers hebben wel al een vermoeden waarom dieren zo succesvol waren, en daarbij speelt een aarde als een sneeuwbal een grote rol.

Sneeuwbal bracht evolutie aan het rollen

De vondsten tonen aan dat veel nieuwe vaardigheden van de dieren die we meestal met de cambrische explosie in verband brengen, al veel eerder ontstonden, en dat kan helpen verklaren wat de vroege evolutie van de dieren dreef.

In het precambrium veranderde de aarde voortdurend, wat een sleutelrol kan hebben gespeeld in de ontwikkeling van dieren. Na een grote meteorietinslag in Australië en het uiteenvallen van een supercontinent móést het leven op aarde zich bijvoorbeeld wel ontwikkelen.

De belangrijkste gebeurtenis was een zware ijstijd van 720 tot 630 miljoen jaar geleden. Gedurende een groot deel van deze periode was de hele aardbol bedekt met ijs, en onze verre voorouders moesten zich door de moeilijke tijden heen worstelen.

Maar uiteindelijk was het ijs een zegen voor onze voorouders – en voor ons.

Je lijkt op een prehistorische worm

Hij was niet groter dan een rijstkorrel. En hij had geen armen of benen. Toch deelt de oude worm Ikaria enkele speciale kenmerken die in zijn tijd niet aanwezig waren bij andere organismen, met jou.

De grote ijskappen hebben hele bergketens uitgesleten, waarbij veel voedingsstoffen vrijkwamen die in zee spoelden toen het ijs smolt. De toevoer van voedingsstoffen kan geleid hebben tot een reuzensprong in de ontwikkeling van het leven, en mogelijk legden de dieren hierbij de basis voor hun latere succes.

Het precieze beeld van de eerste dieren en de stuwkracht achter hun ontwikkeling zal de komende jaren hopelijk duidelijker worden naarmate er meer fossielen opduiken. Maar Darwins dilemma is nu al veranderd in een paradox.

Het deel van de geschiedenis van het leven dat Darwin als de achilleshiel van zijn theorie zag, blijkt nu een schoolvoorbeeld van evolutie te zijn.

Tonnen glazen bolletjes hagelden neer op aarde nadat een planetoïde 66 miljoen jaar geleden was ingeslagen.

© Shutterstock

Leven ontstond op het land – en dinosauriërs stierven in een regen van glas