NGV-Geonieuws 126

NGV-Geonieuws: elektronisch geologisch tijdschrift


1 Oktober 2006, jaargang 8 nr. 19

Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon
Geologisch Instituut, Adam Mickiewicz Universiteit, Poznan (Polen)

    Klik hier om deze uitgave af te drukken !
  • 726 Embryo's van 580 miljoen jaar oud wijzen op vroege ontwikkeling van complex leven
  • 727 Aardbevingen bij Koyna correct voorspeld
  • 728 In kaart gebracht genoom van olie-etende bacterie kan milieu en gezondheid ten goede komen
  • 729 ĎStilleí aardbevingen kunnen voorbode zijn van desastreuze schok
  • 730 Beenmerg gevonden in amfibieŽn van meer dan 10 miljoen jaar oud

    << Vorige uitgave: 125 | Volgende uitgave: 127 >>

726 Embryo's van 580 miljoen jaar oud wijzen op vroege ontwikkeling van complex leven
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over Biologie & Evolutie ! Klik hier voor alle artikelen over Paleontologie, Fossielen & Uitstervingen !

Het leven op aarde ontwikkelde zich meer dan 3 miljard jaar geleden, maar het dierenrijk is 'slechts' zo'n 700 miljoen jaar oud. De eerste dieren waren uiterst primitief en hadden geen duidelijke structuur. De eerste dieren met tweezijdige symmetrie en met een spijsverteringskanaal (zoals wormen) zijn nog jonger: de oudst bekende voorkomens dateren van zo'n 540 miljoen jaar geleden (Ediacara-fauna). Nu zijn er echter honderden embryo's gevonden in de 580-600 miljoen jaar oude Doushanto-Formatie in de Chinese provincie Guizhou, die een tweezijdige symmetrie lijken te vertonen.


Enkele van de gelobde embryo's. Schaal: 250 micron

De onderzoekers, onder wie Jun-Yuan Chen, hadden al twee jaar geleden over fossielen met tweezijdige symmetrie uit dezelfde formatie bericht (zie Geonieuws 470), maar hun publicatie ondervond scherpe kritiek van paleontologen die meenden dat het niet om (uiterst kleine) fossielen ging, maar om fosfaathoudende mineralen die in specifieke laagjes voorkwamen. Dergelijke kritiek lijkt nu niet meer vol te houden, want de nu gevonden fossielen (die inderdaad gefosfatiseerd zijn) zijn talrijk en vertonen alle kenmerken van embryo's die moesten uitgroeien tot tweezijdig symmetrische organismen. Dat leiden onderzoekers af uit het voorkomen van asymmetrische bobbels, zogeheten 'polaire lobben', die de embryo's in staat stellen om verschillende weefsels te ontwikkelen bij hun ontwikkeling tot volwassen dieren. De gevonden embryo's vertegenwoordigen diverse stadia van ontwikkeling, met soms drie, soms vijf lobben.


Ontsluiting in de Doushanto-Formatie met in het midden de 'embryo-laag'


Onderzoekers Chen, Bottjer en Dornbos met enkele studenten voor de zwarte fosfaathoudende laag met embryo's


Dat het werkelijk om embryo's gaat, staat nog niet vast. De gevonden structuren zijn minder dan een halve millimeter (soms een millimeter) in doorsnede, maar hun onderlinge gelijkenis en hun regelmatige vormen lijken een niet-biogene oorsprong uit te sluiten. Hun vorm is ook niet te verklaren op basis van de wijze van verzamelen: de structuren werden geÔsoleerd uit het omringende gesteente met behulp van zuur, waarna ze onder een scanning elektronenmicroscoop (SEM) werden bekeken. Niettemin zijn er opnieuw kritische geluiden van paleontologische zijde. Daarbij valt op dat de meest gehoorde kritiek is dat het bij structuren van zulke kleine afmetingen niet goed mogelijk is om biogene structuren en mineralogische verschijnselen van elkaar te onderscheiden.


Het isoleren van de embryo's uit een zuur residu

Er zijn echter ook tal van paleontologen die wel door de nieuwe vondsten zijn overtuigd. Ze spreken van uiterst interessant materiaal, omdat er kennelijk 580-600 miljoen jaar geleden (dus lang voor de Ediacara-fauna en nog langer voor de 'Cambrische explosie van leven' kennelijk al relatief complexe (symmetrische) levensvormen bestonden. Dat kan worden beschouwd als een bevestiging van de hypothese daaromtrent, die was ontwikkeld op basis van onderzoek aan de genen van vertegenwoordigers uit het dierenrijk.

Referenties:
  • Chen, J.-Y., Bottjer, D.J., Davidson, E.H., Dornbos, S.Q., Gao, X., Yang, Y.-H., Li, C.-W., Li, G., Wang, X.-Q., Xian, D.-C., Wu, H.-J., Hwu, Y.-K. & Tafforeau, P., 2006. Phosphatized polar lobe-forming embryos from the Precambrian of Southwest China. Science 312, p. 1644-1646.
  • Unger, K., 2006. Fossil embryos hint at early start for complex development. Science 312, p. 1587.

Foto's welwillend ter beschikking gesteld door Jun-Yuan Chen, Najing Institute of Geology and Paleontology, Najing University, Nanjing (Volksrepubliek China).

727 Aardbevingen bij Koyna correct voorspeld
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over Structurele geologie, (Plaat)tektoniek & Aardbevingen !

Het optreden van een aardbeving op een bepaalde plaats en op een bepaald moment kan bijna altijd goed worden verklaard. Het lukt echter zelden of nooit om een aardbeving te voorspellen. De reden is dat er gewoonlijk, voorafgaand aan een aardbeving, een aantal complexe processen plaatsvinden waarvan moeilijk te schatten is hoe lang het zal duren voordat ze een specifieke waarde bereiken.

In India blijken geofysici van het Nationaal Geofysisch Onderzoeksinstituut in Hyderabad vorig jaar met succes een aardbeving te hebben voorspeld. En in mei dit jaar was het opnieuw zo ver. Niet alleen werd in beide gevallen het optreden van de aardbeving correct voorspeld, ook de sterkte daarvan was behoorlijk nauwkeurig berekend. Waar het in de voorspellingen namelijk ging om aardbevingen met een kracht van respectievelijk omstreeks 5 en 4, bleek het in werkelijkheid te gaan om slechts iets afwijkende bevingen, en wel met een kracht van respectievelijk 4,8 en 4,2. De eerste juiste voorspelling werd gedaan op 25 augustus 2005, en de aardbeving voltrok zich op 30 augustus. In het tweede geval ging het om een voorspelling van 16 mei 2006, waarna de aardbeving op 21 mei ook werkelijk optrad.


Locatie van Koyna en van de stuwdam

De in 2005 opgedane ervaring kwam goed van pas toen op 12 mei van dit jaar een hele serie kleine aardschokken (M = 1-2) onder het stuwmeer door 7 meetstations werd geregistreerd. De onderzoekers beschouwden die schokjes als de voorboden van een grote aardbeving van M = 4, die waarschijnlijk binnen twee weken zou gaan optreden ergens binnen een straal van 10 km van het stuwmeer, en die een ondiep hypocentrum zou hebben. Op 16 mei verstuurden ze een bericht met deze waarschuwing naar diverse wetenschappelijke tijdschriften. Op 21 mei vond vervolgens de verwachte beving plaats, met opnieuw vrijwel de voorspelde kracht, n.l. 4,2.


Het stuwmeer met de stuwdam bij Koyna

De voorspellingen betroffen overigens geen van beide een 'gewone' aardbeving, maar een beving bij een stuwmeer (bij Koyna, zo'n 200 km ten zuiden van Mumbai). Terwijl bij 'normale' aardbeving langzaam spanning wordt opgebouwd door tektonische krachten totdat die spanning zo groot is dat ergens het gesteente bezwijkt en een breuk vormt waarlangs de gesteenten aan weerszijden ten opzichte van elkaar bewegen, wordt bij een 'stuwmeeraardbeving' door het gewicht van het water een al bestaand breukvlak verder geopend - en vaak als het ware ook door het water gesmeerd - waardoor er, ook bij een betrekkelijk geringe spanning in het gesteente, ook een breuk kan optreden. Hierbij moet worden aangetekend dat het voorspellen van zo'n 'stuwmeeraardbeving' niet gemakkelijker is gebleken dan het voorspellen van een 'gewone' beving. Aan de juiste voorspelling van de beving bij het Koyna stuwmeer gingen overigens wel zo'n veertig jaar van studie vooraf.


Ook in 1967 trof een aardbeving het gebied bij Koyna

De onderzoekers willen nu niet op hun lauweren gaan rusten. Ze hopen hun bevindingen te kunnen verwerken in een model dat seismologen moet helpen om ook andere aardbevingen met een grotere nauwkeurigheid te gaan voorspellen.

Referenties:
  • Bagla, P. & Kerr, R.A., 2006. Feeling the Earth move. http://sciencenow.sciencemag.org.cgi/content/full/2006/728/1; geraadpleegd 2006-08-04.
  • Gupta, H.K., Mandal, P., Sadanyakaya, H.V.S., Shashidhar, D., Sairam, S., Shekhar, M., Singh, A.U.D.E., Kousalya, M., Pernachandra, R.N. & Dimri, V.P., 2005. An earthquake of M~5 may occur at Koyna. Current Science 89, p. 747-748.
  • Gupta, H., Shashidhar, D., Periera, M., Mandal, P. & Dimri, V.P., 2006. Earthquake in the Koyna region comes true! Journal of the Geological Society of India 69, p. 149-150.

728 In kaart gebracht genoom van olie-etende bacterie kan milieu en gezondheid ten goede komen
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over Biologie & Evolutie ! Klik hier voor alle artikelen over het Milieu ! Klik hier voor alle artikelen over Olie, Gas & Mijnbouw !

Rampen waarbij veel aardolie in de biosfeer terechtkomt, komen vrij vaak voor. Het kan gaan om ongelukken, zoals bij de Exxon Valdez, of om moedwil, zoals bij de door Irak in brand gestoken olievelden in de Golfoorlog. Tegen ongelukken zijn maatregelen te nemen die de kans moeten verkleinen; zo worden nieuwe olietankers al sinds jaren dubbelwandig en met gescheiden compartimenten uitgevoerd. Tegen moedwil zijn maatregelen veel minder gemakkelijk te nemen; in dat verband wordt ook met toenemende zorg gekeken naar de kwetsbaarheid van zowel olievelden als oliepijpleidingen in het geval van terroristische acties.


De bacterie Alcanivorax borkumensis

Toen Irak talrijke olievelden aan het eind van de Golfoorlog in brand had gestoken, stroomden grote hoeveelheden ruwe olie in de Perzische Golf. Milieudeskundigen vreesden een complete vernietiging van het ecosysteem ter plaatse, met als gevolg een 'dode' zee die ook in tientallen - en mogelijk zelfs vele honderden jaren - eenzelfde karakter zou houden. Tot verbazing van veel milieudeskundigen - maar niet geheel onverwacht voor oliemensen - bleek de Perzische Golf echter reeds na een paar jaar volledig hersteld, en was van de olie slechts nog wat in de vorm van teerballen op de zeebodem overgebleven. Dat werd toegeschreven aan olie-etende bacteriŽn. Na de ramp met de Exxon Valdez in 1989 werden overigens zonder veel resultaat olie-etende bacteriŽn ingezet om de 40 miljoen liter vrijgekomen olie op te ruimen.


Het genoom van Alcanivorax borkumensis

Een succes bij de 'opruiming' van de olie is niet zozeer de aanwezigheid van microorganismen die zich met olie en soortgelijke stoffen voeden. Die zijn er namelijk bijna altijd. Een van de meest efficiŽnte organismen is de bacterie Alcanivorax borkumensis, die uitsluitend van olie leeft. Voor deze bacterie is iedere olieramp een buitenkansje! Dat ze daarbij de mens helpen om de olie op te ruimen, en dat ze zo ook meehelpen om het ecosysteem weer in oude staat te herstellen, is alleen maar meegenomen. Om de bacterie efficiŽnt te laten werken, moeten echter wel voorwaarden worden geschapen waardoor het organisme zich snel vermenigvuldigt, en een snelle stofwisseling heeft (dus veel eet). Daarom worden nu bij olierampen op zee in olie oplosbare voedingsstoffen met stikstof en fosfor toegevoegd, waardoor de bacterie snel 'op gang komt'.


Schema van de stofwisseling van Alcanivorax borkumensis

Een groep Spaanse, Italiaanse en Duitse onderzoekers is er nu in geslaagd het genoom (het totaal aan genetische informatie van alle 2755 genen) van deze bacterie in kaart te brengen. Daarmee wordt het volgens de onderzoekers beter mogelijk om na te gaan hoe de bacterie er in slaagt om van olie te leven. Als dat duidelijk is, kan die kennis worden ingezet om vrijgekomen olie nog sneller op te ruimen. En er is al het een en ander duidelijk geworden: zo produceert de bacterie een groot aantal enzymen die olie heel effectief afbreken. Die enzymen waren tot nu toe niet bekend.


De vervuiling van het strand na de ramp met de Exxon Valdez

Een 'bijproduct' van het onderzoek heeft geheel andere fundamentele en praktische betekenis. Olieafbrekende bacteriŽn vormen namelijk een heel dun laagje (een zogeheten biofilm) op het grensvlak van water en olie. Deze biofilms zijn de voornaamste voedselbron van microorganismen op en in het menselijk lichaam; het gaat daarbij zowel om gunstige als om ziekteverwekkende microben. Een beter inzicht in de wijze waarop olie-etende bacteriŽn functioneren zou op termijn dan ook kunnen bijdragen aan een betere beheersing van door microben veroorzaakte infecties, en daarmee aan de gezondheid van de mens.

Referenties:
  • Schneiker, S., Martins dos Santos, V.A.P., Bartels, D., Bekel, Th., Brecht, M., Buhrmester, J., Chernikova, T.N., Denaro, R., Ferrer, M., Gertler, C., Goesmann, A., Golyshina, O.V., Kaminski, F., Khachane, A.N., Lang, S., Linke, B., McHardy, A.C., Meyer, F., Nechitaylo, T., PŁhler, A., Regenhardt, D., Rupp, O., Sabirova, J.S., Selbitschka, W., Yakomov, M.M., Timmis, K.N., VorhŲlter, F.J., Weidner, S., Kaiser, O. & Golyshin, G.N., 2006. Genome sequence of the ubiquitous hydrocarbon-degrading marine bacterium Alcanivorax borkumensis. Nature Biotechnology, doi:10.1038/nbt1232, 8 pp.

Foto en tekeningen van Alcanivorax welwillend ter beschikking gesteld door Vitor Martin dos Santos, German Research Center for Biotechnology, Braunschweig (Duitsland).

729 ĎStilleí aardbevingen kunnen voorbode zijn van desastreuze schok
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over Structurele geologie, (Plaat)tektoniek & Aardbevingen ! Klik hier voor alle artikelen over Vulkanologie !

Op Hawaii is de verrassende ontdekking gedaan dat langzame verschuivingen binnen de aardkorst - zogeheten 'stille aardbevingen' omdat ze geen seismische schokgolven veroorzaken - een serie kleine 'echte' aardbevingen kan veroorzaken waarvan het hypocentrum op korte afstand van elkaar ligt. Dat bleek uit analyse van vier van dergelijke stille aardbevingen; die bleken alle een 'zwerm' van lichte aardschokken M = 2-3) ten gevolge gehad te hebben. Het optreden van deze zwermen van relatief kleine aardbevingen wijst erop dat de stille aardbeving de spanning langs een breuk in de ondergrond deed toenemen. Deze zwermen (en dus ook de stille aardbeving) kunnen daarom volgens de onderzoekers de voorbode zijn van veel grotere aardbevingen, zelfs met een kracht van M = 8-9 in seismisch actieve gebieden.


Locatie van het gebied met 'stille aardbevingen'

Stille aardbevingen zijn recent ontdekt in diverse subductiezones rondom de Stille Oceaan, onder meer in Japan en Mexico. Het kustgebied op de grens tussen Canada en Noord-Amerika werd in 1700 door een aardbeving met een kracht van M = 9 getroffen, en een volgende beving van gelijke kracht (vgl. de aardbeving bij Sumatra die de 'Kerst-tsunami' veroorzaakte: die had een kracht van M = 9,2) wordt binnen 300 jaar verwacht. Het betekent dat een stad als Seattle dan groot gevaar loopt, en daarom zou het ontdekken van een verschijnsel dat als voorbode van zoín desastreuze aardbeving zou kunnen dienen, van groot maatschappelijk en economisch belang. Zo ver is het echter nog niet, want juist omdat stille aardbevingen geen seismische schokgolven veroorzaken, zijn ze moeilijk te traceren. Juist daarom is een eventuele relatie met een zwerm kleinere schokken zo interessant. De onderzoekers roepen collegaseismologen dan ook op om na te gaan of ze elders een gelijk verband kunnen traceren.


Met 'gewone' metingen, die routinematig op Hawaii plaatsvinden, kunnen de stille aardbevingen niet worden ontdekt

Het onderzoek dat het - in ieder geval voor Hawaii opgaande - verband tussen stille aardbevingen en zwermen van kleine aardbevingen duidelijk maakte, betrof vier gevallen tussen 1998 en 2005 bij de Kilauea. De verschuivingen werden ontdekt dankzij een dicht netwerk van waarnemingsstations van het Global Positioning System (GPS) op de zuidflank van de vulkaan. De waarnemingsstations zelf verschoven met de flank mee. Na de stille aardbeving van 26 januari 2005 traden binnen twee dagen maar liefst 60 aardbevingen op met een kracht elk van M = 2-3. Dat waren er zesmaal zoveel als er gemiddeld optreden. Een uitgebreide analyse toonde aan dat zowel de stille aardbeving als de kleine Ďnormaleí bevingen alle plaatsvonden op een diepte van ca. 8 km.


De meeste geologische activiteit van de Kilauea kan zeker niet 'stil' worden genoemd

Hawaii is een bijzonder gebied omdat het boven een zogeheten mantelpluim ligt. Het is daarom niet vanzelfsprekend dat het gevonden verband tussen de twee typen bevingen ook optreedt in subductiezones, de lange, relatief smalle zones waar twee lithosfeerschollen tegen elkaar opbotsen, en waar de een onder de ander wordt weggedrukt. En als dat al het geval is, is het nog de vraag of de stille aardbevingen kunnen worden getraceerd, want de desbetreffende verschuivingen vinden in subductiezones veelal op dieptes van tenminste 40 km plaats. Het onderzoek is echter alleszins de moeite waard, want grote aardbevingen zijn frequent in de ĎRing van vuurí rondom de Stille Oceaan. Bevingen met een kracht van M = 8 vinden in het noordwesten van deze ring gemiddeld eens per 500 jaar plaats, in de omstreken van Sumatra eens per 300-500 jaar, en in Japan zelfs eens per 200 jaar. Wanneer er door het traceren van stille aardbevingen een ook maar iets betere voorspelling zou kunnen worden gedaan, zou er dus al veel gewonnen zijn.

Referenties:
  • Segall, P., Desmarais, E.K., Shelly, D., Miklius, A. & Cervelli, P., 2006. Earthquakes triggered by silent slip on Kilauea volcano, Hawaii. Nature 442, p. 71-74.

Kaart welwillend ter beschikking gesteld door Paul Segall, Geophysics Department, Stanford University, Stanford, CA (Verenigde Staten van Amerika).

730 Beenmerg gevonden in amfibieŽn van meer dan 10 miljoen jaar oud
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over Paleontologie, Fossielen & Uitstervingen !

Bij het verzamelen en opbergen van de fossiele botten van kikkers uit een meerafzetting van ruim tienmiljoen jaar oud in noordoost Spanje ging iets mis: er braken enkele botten. Dat bleek een gelukkig ongeluk, want onderzoekster Maria McNamara zag in het inwendige van een van de gebroken botten een roodachtige substantie die op beenmerg leek. Daarop werd al spoedig besloten om ook de botten van andere amfibieŽn die gedurende de laatste 50 jaar uit dezelfde zwavelmijn waren verzameld, aan een soortgelijk onderzoek te onderwerpen. Dat leverde bij 5 van de 56 fossiele volwassen kikkers een even opzienbarend resultaat op, evenals bij 1 van de onderzochte 15 salamanders.


Een van de onderzochte fossiele Miocene kikkers

Of het werkelijk om beenmerg gaat, moet nog worden onderzocht, maar het heeft er in eerste instantie alle schijn van. Dat zou een nieuwe belangrijke doorbraak betekenen, want als het werkelijk om beenmerg gaat is daaruit waarschijnlijk DNA te isoleren. En dat zou weer nieuw inzicht geven in de evolutie van de amfibieŽn, die nu - net zoals bij andere dier- en plantengroepen - vrijwel geheel op morfologische kenmerken is gebaseerd.


Doorsnede door een fossiel kikkerbot met beenmerg

In deze context moet worden verwezen naar de vondst vorig jaar (zie Geonieuws 571) van nog flexibele bloedvaten uit de botten van tyrannosauriŽrs. Uit deze vondsten kan worden geconcludeerd dat botten een uitstekend micromilieu vormen voor weefsels die - bij voldoende vondsten - een min of meer volledig beeld van het DNA van het desbetreffende taxon zouden opleveren. Daarmee zouden onderlinge verwantschappen tussen fossiele taxa veel objectiever kunnen worden vastgesteld dan nu het geval is.


Onderzoekster Maria McNamara

Maria McNamara en haar collegaonderzoekers willen de huid overigens niet verkopen voordat de beer geschoten is. In eerste instantie moet nog blijken of het werkelijk om beenmerg gaat (al is dat - mede gezien de driedimensionale vorm waarin de substantie bewaard is gebleven - wel uitermate waarschijnlijk). En als het al om beenmerg gaat, dan moet nog maar worden afgewacht of daar ook DNA uit te isoleren valt. En als dat al het geval zou zijn, dan moet nog maar blijken hoeveel relevante genetische informatie op dat DNA bewaard is gebleven.

Ondanks al deze voorzichtigheid zijn de verwachtingen hooggespannen. In eerste instantie zal worden geanalyseerd of er vetzuren en aminozuren bewaard zijn gebleven. Mochten de diverse analyses succes hebben, dan ligt het voor de hand dat van veel meer fossielen met goed bewaarde botten zal worden onderzocht of die botten eveneens beenmerg bevatten. Als dat zo zou zijn, zou dat niet alleen een revolutionaire omwenteling voor de paleontologie - en voor onze inzichten in de evolutie - kunnen betekenen, maar zou ook de hele paleontologie een veel biochemische karakter kunnen krijgen.

Referenties:
  • McNamara, M.E., Orr, P.J., Kearns, S.L., AlcalŠ, L., Anadůn, P. & PeŮalver-MollŠ, E., 2006. High-fidelity organic preservation of bone marrow in ca. 10 Ma amphibians. Geology 34, p. 641-644.

Foto's: University College, Dublin (Ierland).


Copyright © NGV 1999-2017
webmaster@geologischevereniging.nl