NGV-Geonieuws 157

NGV-Geonieuws: elektronisch geologisch tijdschrift


Februari 2009, jaargang 11 nr. 2

Redactie: dr. W.M.L.(Willem) Schuurman

1006 Hoe werd het leven zo groot?
Auteur: drs. Bram van den Berkmortel

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

Vaak zijn mensen gefascineerd door extremen, zoals de grootste auto, het hoogste gebouw en het grootste beest. Met fossielen en prehistorische organismen is het niet veel anders. Voor Fossielen van grote organismen worden in paleontologische literatuur vaak aangeduid met een genus en/of soortnaam die ‘groot’ of ‘reusachtig’ betekent. Van dit gegeven maakten een aantal onderzoekers dankbaar gebruik toen zij een antwoord zochten op de vraag, hoe het leven op aarde uitgroeide van een eencellige bacterie tot grote meercellige organismen zoals de dinosauriërs of de blauwe vinvis.

Door de literatuur na te zoeken en taxonomische experts te raadplegen, konden de onderzoekers achterhalen wat de grootste organismen waren in verschillende periodes. Voor deze organismen berekende ze het volume, ook wel biovolume genoemd. De onderzoekers kozen voor biovolume omdat dit een goede indicatie is voor de omvang van een organisme en volume. Het is ook praktisch bij het vergelijken van taxa die morfologisch en ecologisch verschillen. Het berekende biovolume werd vervolgens geplot tegen de tijd. Uit de resultaten kwam naar voren dat de evolutie van maximale grootte van organismen niet geleidelijk verliep, maar twee grote sprongen maakte.


Veranderingen in biovolume door de tijd. Bovenin is de verandering in atmosferisch zuurstof weergegeven. Rode driehoekjes: Prokaryoten, Gele rondjes: Protists (Eukaryoten eencelligen), Blauwe vierkantjes: dieren, Groene ruitjes: vaatplanten, Grijs vierkantje: Vendobionta (Een aparte stam binnen het dierenrijk, mogelijk een meercellige eukaryote).

De eerste grote sprong vond plaats tijdens het Midden-Paleoproterozoicum (ca. 1,9 miljard jaar geleden). Deze sprong is te koppelen aan de ontwikkeling van de Eukaryote cel, die verscheen in het Midden-Paleoproterozoicum. Door de verschillende celonderdelen van de eukaryote cel zijn de levensprocessen in de cel effectiever en kan de cel groter worden. Bij andere eencelligen (bacteriën) wordt de grootte beperkt door levensprocessen die verlopen via diffusie. Het feit dat bacteriën nog steeds niet veel groter zijn dan 2 miljard jaar geleden, geeft al aan dat hun levenswijze een grote beperking heeft op de maximale grootte. De tweede grote sprong vond plaats tussen het Ediacarium en het Ordovicium (635 – 443 miljoen jaar geleden). Deze sprong vindt zijn oorsprong in de ontwikkeling van meercellige organismen.

De timing van de ontwikkeling van de eukaryote cel en de ontwikkeling van meercellige organismen, valt niet exact samen met de twee sprongen. In beide gevallen is er een vertraging tussen de evolutionaire ontwikkeling en de verandering in maximale grootte. Het viel de onderzoekers op dat de twee sprongen lijken overeen te komen met twee perioden van zuurstoftoename in de atmosfeer. Zuurstof wordt door eukaryote cellen en meercellige organismen op verschillende manieren gebruikt, onder andere voor metabolisme. Mogelijk dat daardoor zuurstof een limiterende factor is voor de ontwikkeling van maximale grootte. De verandering in grootte van organisme blijkt dus niet alleen afhankelijk van biologische potentie, maar ook van milieuomstandigheden.

Referenties:
  • Payne, Jonathan L., Boyer, Alison G., Brown, James H., Finnegan, Seth., Kowalewski, Micha³., Krause Jr., Richard A., Kathleen Lyons, S., McClain, Craig R., McShea, Daniel W., Novack-Gottshall, Philip M., Smith, Felisa A., Stempien, Jennifer A., Wang, Steve C., 2008, Two-phase increase in the maximum size of life over 3.5 billion years reflects biological innovation and environmental opportunity. Proceedings of the National Academy of the United States of America 106, 24-27

Evolution: Life On Earth Got Bigger In 2-million-fold Leaps. ScienceDaily. December 23 2008. From http://www.sciencedaily.com/releases/2008/12/081222221537.htm

1007 Ediacara en het begin van grootheid
Auteur: drs. Marvin Overbeeke

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

Voor een onvoorstelbare periode waren er alleen maar eencelligen die de oceanen bevolkten. Opeens waren daar, in de Ediacara periode, organismen die wij met ons blote oog zouden hebben kunnen zien als we in die tijd hadden geleefd. Deze organismen zien er zo vreemd uit dat er, sinds hun eerste ontdekking, een heftige discussie gaande is waartoe ze behoren. Er zijn er die lijken op een blad op een stok, dus zijn het planten? Anderen lijken een voorkant met kop te hebben, dus zijn het dieren, of is het zelfs iets compleet nieuws en vertegenwoordigen deze organismen een nieuw, maar uitgestorven koninkrijk? Of is zelfs dat nog onzeker en is er nog te weinig kennis over deze organismen?


De groepen van de Ediacara biota in de tijd, onderverdeeld in drie assemblages.


635 Miljoen jaar geleden begon de Ediacara Periode (vroeger Vendiaan genoemd), die 541 miljoen jaar geleden overging in het Cambrium. Vele diergroepen die we nu kennen zijn ontstaan tijdens het Cambrium in de zogeheten cambrische explosie. Dit leken voor lange tijd de eerste meercelligen totdat in Zuid-Australië in de buurt van het plaatsje Ediacara vreemde meercellige fossielen opdoken. Deze fossielen bleken ouder te zijn dan het Cambrium. De periode werd vernoemd naar het plaatsje en zelfs de fauna werd aangeduid als de Ediacara biota. Later werden er op vele plekken over de hele wereld soortgelijke fossielen gevonden met eenzelfde ouderdom. Het grootste gedeelte wordt gevonden in sedimenten tussen de 575 en 541 miljoen jaar oud.

De meeste fossielen worden ondergebracht in het uitgestorven koninkrijk Vendobionta (organismen uit het Vendiaan), maar een aantal worden ook ondergebracht in het koninkrijk der dieren en zijn mogelijk voorouders van de dieren uit het Cambrium. Er zijn echter zelfs fossielen waarvan niet eens duidelijk is in welk koninkrijk ze horen.
De Ediacara organismen zijn onderverdeeld in een aantal groepen waarvan er een aantal nooit meer vertoond zijn en ook een vrij beperkte 'levensduur' hadden. In zeer goed bewaarde fauna’s uit het Cambrium zoals de Burgess Shale zijn nauwelijks nog organismen uit het Ediacara gevonden wat er op duidt dat ze toen waarschijnlijk al zo goed als uitgestorven waren. Wereldwijd zijn er tot nu toe ook maar zo’n 100 soorten ontdekt in zo’n 40 lokaliteiten, dus een hele hoge diversiteit lijken ze niet gehad te hebben.

De vormen die gevonden zijn lijken niet zoveel op elkaar en dus is het lastig om ze in genera, families, en dergelijke te groeperen. Verwoede pogingen zijn gedaan om de organismen in hedendaagse groepen onder te brengen, maar veel pogingen zijn ook al snel verworpen. Dicksonia is een voorbeeld hoe lastig de determinatie van deze organismen is. Het is al onderverdeeld geweest in de Cnidaria (neteldieren), Polychaeta (annelide wormen), Vendobionta en zelfs in Lichens (korstmossen).

Het huidige idee is dat in de gehele fauna mogelijk kolonies van microben, algen of protisten zitten, maar waarschijnlijk ook vertegenwoordigers van de Animalia, ofwel de dieren. Kimberella is bijvoorbeeld een vrij duidelijk bilateraal (tweezijdig symmetrisch) fossiel met anterior-posterior (voor-achter) en dorsaal-ventraal (rug-buik) symmetrie en kan dus in de Animalia geplaatst worden. Een ander dier Yorgia is gevonden met sporen die door dat diertje gemaakt zijn en die er dus op wijzen dat het dier zich voortbewoog. Er zijn ook graafgangen ontdekt die wijzen op bilaterale dieren.
De meeste Ediacara organismen waren niet in staat zich voort te bewegen en hadden duidelijk geen mond om zich te voeden. Ze zijn gevonden in en naast microbenmatten, die voor de voedingsstoffen zorgden. Het meeste speelde zich af op, vlak onder, of net boven de sediment-water scheiding. De meerderheid voedde zich door uit het water hun voedingstoffen te filtreren via osmose en filtreren. Er waren niet tot nauwelijks predatoren.

De evolutie in de Ediacara lijkt vrij snel te beginnen en al vlug waren de ecologische niches (de 'leefruimte' van een soort) gevuld. Weinig niches zijn later verder ingevuld en dit alles lijkt overeen te komen met de evolutie in het begin van de volgende periode, het Cambrium. Al met al zijn er dus nog een heleboel onduidelijkheden die met meer onderzoek, vindplaatsen en ontdekkingen mogelijk opgelost kunnen worden. Dit is allemaal van groot belang om het begin van het meercellige leven te kunnen begrijpen.

Referenties:
  • Shuhai Xiao & Marc Laflamme, 2009. On the eve of animal radiation, pylogeny, ecology and evoluion of the Ediacara biota. Trends in Ecology and Evolution, Vol.24, Issue 1, 31-40, Januari 2009 (online versie).

De afbeelding komt uit bovenstaand artikel.

1008 Siberisch lava zorgt voor grootste uitsterven ooit
Auteur: drs. Marvin Overbeeke

Klik hier voor alle artikelen over Dateringen ! Klik hier voor alle artikelen over (Paleo)Klimaat ! Klik hier voor alle artikelen over Vulkanologie !

Siberië is een gedeelte van Rusland waarbij iedereen aan kou denkt. Een andere gedachte die al snel bij mensen opkomt die geïnteresseerd zijn in geologie en paleontologie is de wolharige mammoet, maar zeker ook niet te vergeten de Siberian Traps. Dit is een gigantisch gebied waar een dikke laag lava is afgezet rond de overgang van het Perm naar het Trias. De vraag is echter nog steeds wat het verband is met het uitsterven op de Perm-Trias grens. Om hierachter te komen is het eerst zaak om te bepalen of de timing van het vulkanisme gelijk is aan het moment van de grootste uitsterving uit de geologische geschiedenis? Dat is de vraag die dit artikel probeert op te lossen.

Over de omvang van de Siberian Traps wordt flink gediscussieerd, maar het gebied dat in het artikel omschreven wordt omvat zo’n 5 miljoen vierkante kilometer. Dit is bijna een derde van heel Rusland en zo’n 120 keer Nederland. Dit gebied is op sommige plaatsen afgedekt met een laag vulkanisch gesteente van circa 1 tot 3,5 kilometer dik, dat is ruwweg 8,5 maal het voormalig WTC in New York boven op elkaar. Hier komt natuurlijk nog eens bovenop dat een gedeelte al door erosie is verdwenen en dan vooral in dat gedeelte dat nu boven de grond te zien is (in het plaatje het groene gedeelte).



De Siberian Traps omvat alles binnen de stippellijn. De noordgrens is nog onduidelijk, maar loopt mogelijk ook nog vrij ver door.

De auteurs hebben zelf monsters genomen in het groene gebied (witte rondjes) en hebben een aantal monsters uit de boorgaten van anderen (blauwe rondjes) kunnen bemachtigen om hier ook leeftijden op te kunnen bepalen. Ze hebben hierop datering gedaan met behulp van het radioactief verval van het argonisotoop met een massa van 40 naar een argonisotoop met een massa van 39, oftewel 40Ar/39Ar datering.
Deze datering hebben ze preciezer kunnen uitvoeren dan anderen, die ook het radioactief verval van uranium naar lood, of rubidium naar strontium, hadden gemeten. Door middel van deze nauwkeurigere methode, de hoeveelheid en geografisch verspreide locaties hebben ze preciezer kunnen bepalen waar en vooral wanneer de vulkanen zijn uitgebarsten.

De onderkant van het 3,5 kilometer dikke pakket bij Noril’sk is gedateerd op een leeftijd rond 250,3 miljoen jaar en de bovenkant is gedateerd op 248,7 miljoen jaar oud. Om 3500 meter lava bovenop elkaar af te zetten is dus maar zo’n 1,5 miljoen jaar nodig geweest. Duizend kilometer naar het zuidoosten, bij Tunguska, is de leeftijd iets ouder, maar vrijwel gelijk. Het grootste gedeelte van de Siberian Traps is dus vanaf 250 miljoen jaar geleden afgezet. Ook hadden ze een monster uit Meishan China waar de grens tussen het Perm en het Trias officieel is vastgesteld. In een aantal opeenvolgende lagen, die ze Bed 24 tot en met 28 noemen, is de uitsterving het duidelijkste waarneembaar. Bed 25 hebben ze kunnen dateren op 249,8 miljoen jaar. Dit valt dus precies in de bovengenoemde leeftijden voor het dikste pakket van de Siberian Traps.
Het lijkt er dus sterk op dat de Perm-Trias uitsterving gelijktijdig plaats vond met het grootste gedeelte van de enorme vulkanische activiteit in Siberië. Of dit de enige reden is voor het uitsterven van zoveel organismen is nog steeds de vraag, maar het lijkt mij een hele belangrijke, maar mogelijk niet de enige, veroorzaker.

Referenties:
  • Reichow, Pringle, Al’Mukhamedov, Allen, Andreichev, Buslov, Davies, Fedoseev, Fitton, Inger, Medvedev, Mitchell, Puchnov, Safonova, Scott en Saunders, 2009. The timing and extent of the eruption of the Siberian Traps large igneous province: Implications for the end-Permian environmental crisis. Earth and Planetary Science Letters 277 (2009) p.9-20.

Figuur komt uit bovenstaand artikel.

1009 Grootste tsunami ooit?
Auteur: drs. Adiël Klompmaker

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

Wie herinnert zich niet de dramatische Tweede Kerstdag van 2004? Een tsunami vernietigde de kustlijnen rond de Indische Oceaan. Ongeveer een kwart miljoen mensen vonden de dood na een aardbeving van 9,2 op de schaal van Richter in de oceaan ten westen van Sumatra.
Het onderzoek naar fossiele tsunami’s is nu in volle gang. Want het is belangrijk om te weten hoe vaak een tsunami toeslaat. Nieuw onderzoek van Cliff Frohlich (University of Texas) en collega’s laat zien dat het Pacifische eiland Tongatapu in het verleden is getroffen door een enorme tsunami. Bewijs? Enorme keien op de westelijke kust van het vlakke eiland. De onderzoekers speculeren zelfs over de grootste tsunami ooit. Ze rapporteerden dit in het wetenschappelijke blad Geology.


De locatie van Tonga eilandengroep.
Geheel links Australië en in het zuiden Nieuw-Zeeland.
Bron: Google Earth

Tongatapu is een vlak eiland en ligt ten westen van de zogenaamde Tonga-trog. Deze trog heeft een maximale diepte van 10.882 meter. Hier schuift de Pacifische aardplaat onder de kleine, seismisch actieve, Tonga plaat. Het naar beneden duiken van de Pacifische plaat is de directe oorzaak voor het voorkomen van vulkanen die uiteindelijk boven de zeespiegel kunnen uitkomen.
Zo ontstonden en ontstaan eilanden ten westen van de trog. Ook bouwt zich spanning op in de aardkorst. Tonga voelde in 2006 en 2007 twee zware aardbevingen (beiden 7,9 op de schaal van Richter). Het epicentrum lag honderden kilometers ten zuidwesten van Tonga. Er ontstond toen geen tsunami.

De zeven gevonden enorme stenen op het grootste eiland van de eilandengroep Tonga (171 eilanden) zijn géén kleintjes. Op het westelijk deel van Tongaptapu (voorheen ‘Amsterdam’) zijn ze 100-400 m kustinwaarts aangetroffen. En op een hoogte van 10-20 meter boven het huidige zeeniveau. Eeuwenlang was de herkomst van deze keien onbekend. De kalkstenen bestaan uit fossiel koraal en steken ver boven de omgeving uit. De grootste heeft afmetingen van twee villa’s op elkaar: 15 bij 11 bij 9 m.
De omvang van de stenen is zo groot dat ze alleen door een tsunami of een enorme storm ver op het eiland kunnen zijn geslingerd. De grootste steen is echter 20 keer zwaarder dan de grootste stenen die ooit zijn vervoerd door een storm. Een tsunami is dus waarschijnlijker.

De hamvraag is nu wat deze tsunami veroorzaakte. Daarvoor hebben de onderzoekers een computersimulatie gedraaid. Hieruit bleek dat de tsunami door instorting van een onderzeese vulkaanflank of door een grote aardverschuiving onder water zou zijn veroorzaakt.
De instorting van de oostelijke flank van de noordelijkste vulkaan (zie plaatje hieronder) is de beste kandidaat voor onderzoek. Of deze veroorzaakt is door een uitbarsting van de vulkaan is onduidelijk en een aardbeving kwam niet naar voren als oorzaak.


Het eiland Tongatapu.
In rood aangegeven zijn onderwatervulkanen en de rode
verticale lijn op het eiland toont de locatie van de grote blokken.
Bron: Google Earth

De stenen hebben een ouderdom van 120-130 duizend jaar. Dit is dus de maximale ouderdom voor de tsunami. Tussen 120-130 duizend jaar geleden en 7000 jaar geleden stond de zeespiegel echter lager. De laatste ijstijd heerste toen. Een monstertsunami in die periode is dus onwaarschijnlijk.
Omdat de stenen niet rusten op een ‘voet’ van kalk door verwering, denken de onderzoekers dat de stenen vanaf 7000 jaar geleden zijn verplaatst door de tsunami.


Tongatapu is zo plat als een pannenkoek.
De grote keien nabij de westelijke kust (rood) zijn niet via Google Earth
te zien. Ze zijn namelijk begroeid en steken niet meer af tegen de omgeving.
De pijlen wijzen de richting van de onderzeese aardverschuivingen.
Bron: Google Earth

Opvallend is dat de onderzoekers geen boringen hebben gedaan naar eventuele sedimentlagen die op een tsunami wijzen. Enkele maanden geleden stond nog in Nature te lezen dat fossiele tsunami’s zo te vinden zijn. Wellicht is het onderdeel van toekomstig onderzoek van Frohlich. Immers de onderzoekers geven aan dat een dergelijke studie nog meer informatie kan opleveren. Waarschijnlijk zullen zij ook de omliggende eilanden langs de Tonga-trog afstropen op grote stenen. En wie weet wat daar nog allemaal te wachten ligt?

Referenties:
  • Frohlich et al., 2009. Huge erratic boulders in Tonga deposited by a prehistoric tsunami. Geology 37: 131-134.

1010 Kauwen van voedsel bij Australopithecus africanus.
Auteur: drs. Bram van den Berkmortel

Klik hier voor alle artikelen over Biologie & Evolutie !

Het biologische mechanisme voor de manier van eten bij Hominini, een tak van de Homininae, waaronder de mensen (Homo) en twee Chimpansees (Pan) vallen, heeft een grote rol gespeeld bij de evolutie van de botstructuur van het gezicht. Afrikaanse Hominini zoals Australopithecus en Paranthropus hebben grote kiezen (premolaren en molaren) met dik glazuur, grote robuuste kaken met duidelijke aanhechtingsplaatsen voor de kauwspieren en benige versteviging van het gezicht. De ontwikkeling van een grotere tandkroon (het gedeelte van de tand boven de wortel) bij de premolaar is belangrijk voor de eetgewoontes omdat deze meer druk op de premolaar suggereert. In theorie zou door de grotere druk op de premolaar, het eten van klein hard voedsel of het kauwen van grote hoeveelheden, waarbij veel tanden tegelijk worden gebruikt, tot de eetgewoontes van vroege Hominini kunnen behoren.


Replica van een Australopithecus africanus schedel.
Bron: Wikipedia

Om deze theorie te testen maakten onderzoekers gebruik van Finite Element Analysis (FEA). Dit is een methode die in de techniek wordt gebruikt om uit te zoeken hoe complexe structuren reageren op druk van buitenaf. Voor het onderzoek werd een digitaal model gemaakt van Australopithecus africanus (een mensachtige) en van Macaca fascicularis (een makaak). Tijdens de analyse werden verschillende kauwsituaties gesimuleerd. Er werden analyses uitgevoerd waarbij het punt van bijten lag bij de molaren, daarna bij de premolaren en tot slot wanneer alle kiezen werden gebruikt. Voor de analyses werd de spierkracht van twee verschillende vormen van bijten gesimuleerd. Één beet stelde de spierkracht van een beet in zacht fruit voor (‘normale’ beet) en de andere beet stelde de spierkracht van een beet op een hard voorwerp, zoals een nootje, voor (‘maximale’ beet).


Verspreiding van energie in finite element analyses van M. fascicularis (A, C, E) en A. africanus (B, D, F). Simulatie van ‘maximale beet op de molaren alleen (A en B), op alle kiezen (C en D) en op alleen de premolaren (E en F)
Bron: artikel

De resultaten laten verschillende kleurrijke plaatjes zijn van de schedels van A. africanus en M. fascicularis. De blauwe kleur stelt lage tot geen druk voor, de rode kleur grote druk. Er zat weinig verschil in de verspreiding van de druk tijdens ‘normale’ dan wel ‘maximale’ beet. Enig verschil was de grootte van de druk. Uit verdere analyse blijkt dat er geen verschil is tussen een beet met het bijtpunt op de molaren en een beet die alle kiezen gebruikt. Doordat er weinig verschil is, is het niet aannemelijk dat het kauwen van grote hoeveelheden voedsel in een keer heeft geleid tot de ontwikkeling van een verstevigd gezichtsskelet. Daarnaast kwamen de resultaten overeen met de veronderstelling dat het gezicht van A. africanus voor een deel een aanpassing is op het regelmatige gebruik van de premolaren bij het bijten.


Druk in de modellen tijdens maximale premolaar beet. Maximale druk (A en B) stelt spanning voor.
Minimale druk (C en D) stelt samendrukken voor.
Bron: artikel

Als het gezicht van A. africanus zich heeft ontwikkeld om druk op de premolaren op te kunnen vangen, wat voor gevolgen had dit dan voor het dieet van A. africanus? Het onderzoek naar de druk op het gezicht van A. africanus suggereert dat A. zijn premolaren kon gebruiken om harde noten en zaden open te breken, om vervolgens de zachte binnenkant van de noot met de gewone kiezen te kauwen. Omdat premolaren verder naar voren in de mond liggen dan molaren, kunnen premolaren gebruikt zijn voor het kauwen van groter hard voedsel. Dit wordt ook ondersteund door geen slijtage op de molaren. Grote harde noten en zaden zijn misschien niet het hoofdvoedsel geweest in het dieet van A., maar het kunnen eten van zulk voedsel had wel een voordeel in tijden van schaarste.

Referenties:
  • Strait, D. S., Weber, G.W., Neubauer, S., Chalk, J., Richmond, B.G., Lucas, P.W., Spencer, M.A., Schrein, C., Dechoe, P.C., Ross, C.F., Grosse, I.R., Wright. B.W., Constantino, P., Wood, B.A., Lawn, B., Hylander, W.L., Wang, Q., Byron, C., Slice, D.E., Smith, A.L., 2009, The feeding biomechanics and dietary ecology of Australopithecus africanus. Proceedings of the National Academy of the United States of America, 106 (7), 2124 – 2129


Copyright © NGV 1999-2017
webmaster@geologischevereniging.nl