NGV-Geonieuws 181

NGV-Geonieuws: elektronisch geologisch tijdschrift


Juli 2011, jaargang 13 nr. 7

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

    Klik hier om deze uitgave af te drukken !
  • 1191 Zoogdieren danken grote hersenen aan reukzin
  • 1192 Zeldzame opnames van gloedwolk
  • 1193 Diepe dalen onder ijskap van Antarctica
  • 1194 Lichaamstemperatuur van dino’s gemeten
  • 1195 Waar magma zeewater ontmoette
  • 1196 Een harde kop
  • 1197 Leven tussen extreem koude ijstijden
  • 1198 Het tragische einde van een eendagsvlieg
  • 1199 Antarctica kende 12 miljoen jaar geleden nog een toendra
  • 1200 Een symbiose van 500 miljoen jaar

    << Vorige uitgave: 180 | Volgende uitgave: 182 >>

1191 Zoogdieren danken grote hersenen aan reukzin
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon, AMU, Poznan

Klik hier voor alle artikelen over Biologie & Evolutie !

Mensen hebben uitzonderlijk ontwikkelde hersenen, maar in feite geldt dat ook voor andere zoogdieren, hoewel als regel in mindere mate. De vraag heeft lang gespeeld waarom juist zoogdieren zulke ontwikkelde hersenen hebben. Een mogelijk antwoord is nu gevonden aan de hand van fossiele exemplaren van een van de vroegste zoogdieren, Hadrocodium wui. Dit kleine diertje leefde ongeveer 190 miljoen jaar geleden (Vroeg-Jura). Zeer goed gepreserveerde schedels (van overigens slechts zo’n 12 mm lang en ca. 2 g zwaar) zijn met ‘computerized tomography’ (CT scanning) onderzocht, waardoor een zo gedetailleerd beeld van de binnenkant is verkregen dat daaruit veel valt af te leiden.


De fossiele schedel van Hadrocodium wui
(foto Klingler/Luo, CMNH).


Schedel en reconstructie van Hadrocodium wui
(illustratie Mark Klingler, CMNH).


Een van de opmerkelijke bevindingen is dat de hersenen van Hadrocodium vergelijkenderwijs al zeer groot waren. Maar binnen die toch al relatief grote hersenen blijkt op zijn beurt het gebied waar geuren worden vastgesteld weer erg groot, althans in vergelijking met datzelfde centrum bij recente zoogdieren. Dat wijst erop dat reukzin voor de vroegste zoogdieren van zeer groot belang was. Zo belangrijk dat het daartoe evolutionair ontwikkelde orgaan alleen goed kon functioneren als de hersencapaciteit werd vergroot. Naast een groot en kennelijk zeer goed ontwikkeld hersencentrum voor de reukzin was er nog een ander hersencentrum dat al ver was ontwikkeld. In dat centrum werd vastgesteld of de (dichte) pels van het diertje werd aangeraakt. Zo kon het direct reageren op een aanvaller.

Het is weer een voorbeeld van de voordelen van CT scanning die gedetailleerde informatie oplevert die anders alleen maar kon worden verkregen door het fossiele materiaal te beschadigen. Door vergelijking van de waargenomen gedetailleerde structuren aan de binnenkant van de fossiele schedel met beelden die op gelijke wijze zijn gemaakt van het inwendige van de schedel van recente dieren, kunnen steeds meer op feiten gebaseerde inzichten worden verkregen over de capaciteiten - en daarmee waarschijnlijk ook het gedrag - van inmiddels uitgestorven dieren.

Daarvoor moet overigens wel rekening worden gehouden met de verschillen die per individu optreden: er moeten dus veel gegevens worden verzameld. In dit geval zijn de fossiele schedels van meer dan tien exemplaren van Hadrocodium met CT scanning onderzocht en vergeleken met soortgelijke scans van meer dan 200 recente zoogdieren.


De hersenen (paars) en het reukcentrum (roze)
van Hadrocodium vergeleken met die van
een modern zoogdier (een opossum)
(illustratie Matthew Colbert, University of Texas at Austin).

Referenties:
  • Rowe, T.B., Macrini, Th.E. & Luo, Z.-X., 2011. Fossil evidence on origin of the mammalian brain. Science 332, p. 955-957.

Foto’s welwillend ter beschikking gesteld door het Carnegie Museum of Natural History (CMNH), Pittsburgh, PA (Verenigde Staten van Amerika).

1192 Zeldzame opnames van gloedwolk
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon, AMU, Poznan

Klik hier voor alle artikelen over Vulkanologie !

Tot de meest gevaarlijke - en minst bekende - verschijnselen die bij een vulkaanuitbarsting kunnen optreden, behoren gloedwolken. Dat zijn als het ware lawines van hete gassen, vermengd met asdeeltjes en grotere uitgestoten fragmenten. Door de ingesloten asdeeltjes zijn gloedwolken zwaarder dan lucht; daarom stromen ze over de vulkaanhelling omlaag, waarbij de hete gassen een soort luchtkussen vormen dat ervoor zorgt dat de gloedwolk vrijwel ongehinderd omlaag kan afglijden.

Gloedwolken kunnen een snelheid bereiken van meer dan 700 km per uur en vernietigen daarbij, zowel door de verzengende hitte (vaak meer dan 1000 °C) van de deels giftige gassen als door hun hoge snelheid, alles wat op hun weg komt. Een bekend voorbeeld is de gloedwolk van de Mt.-Pelée op Martinique; de gloedwolk die in 1902 van die vulkaan afgleed bereikte de hoofdstad Saint-Pierre en vernietigde die in slechts enkele seconden, waarbij 30.000 mensen omkwamen. Ook de uitbarsting vorig jaar van de Merapi (Indonesië) zorgde voor dodelijke slachtoffers: men heeft immers niet de tijd om te vluchten voor de aanstormende gloedwolk. Inmiddels is duidelijk geworden dat ook bij de uitbarsting van de Vesuvius in 79 n.Chr., waarbij Pompeï werd begraven onder een asregen, de inwoners van die plaats niet zijn omgekomen door de asregen, maar door een gloedwolk (zie Geonieuws 1070).


Thermische infrarood satellietopname
van de gloedwolk tijdens of vlak na
zijn afglijden.


De afzetting van de gloedwolk (ignimbriet)
en de as steken scherp af tegen de sneeuw
(false-colour satellietopname)


Minder catastrofaal (er vielen geen slachtoffers, mede doordat het gebied nauwelijks bewoond is), maar wel goed vastgelegd, is de gloedwolk die dit jaar optrad op de flank van de Shiveluch, een vulkaan van 3283 m hoog in Kamtsjatka. Het is een van de grootste en meest actieve vulkanen op dit Russische schiereiland en hij heeft in de afgelopen 10.000 jaar voor minstens 60 grote uitbarstingen gezorgd. Dit jaar trad daarbij een gloedwolk op. De Advanced Spaceborne Thermal Emision and Reflection Radiometer (ASTER) van de NASA-satelliet Terra maakte daarvan schitterende opnames. Helaas niet van de bewegende gloedwolk zelf (de satelliet was waarschijnlijk nog niet ter plaatse toen het slechts enkele seconden durende proces plaatsvond), maar wel van kort daarna. De gloedwolk liet materiaal achter in een gebied van ca. 10 km2.

De opname van de gebeurtenis, genomen met voor warmte gevoelig infrarood licht, toont het gloeiende oppervlak van het gebied dat door de gloedwolk was getroffen. De witte vlek bovenop de krater is extreem heet; de rode randen van de gloedwolk steken scherp af tegen de sneeuw (grijs op de foto). De false-colour opname dateert van een maand later. De afzettingen van de gloedwolk (zogeheten ignimbrieten) zijn duidelijk te herkennen, evenals de as die een deel van de sneeuw bedekt; een kleine rookpluim geeft aan dat de vulkaan nog steeds actief was.

Referenties:
  • Simmon, R., 2011. Pyroclastic flow remnants at Shiveluch volcana. Nasa Earth Observatory release (http://earthobservatory.nasa.gov/NaturalHazards/view.php?id=49468.

Foto’s: NASA.

1193 Diepe dalen onder ijskap van Antarctica
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon, AMU, Poznan

Klik hier voor alle artikelen over Glaciologie ! Klik hier voor alle artikelen over (Paleo)Klimaat !

Tot de laatste continentale gebieden op aarde waarvan nog steeds weinig bekend is, behoort Antarctica. Niet onlogisch, want de omstandigheden zijn er niet erg geschikt voor onderzoek. Het gesteente is bovendien slechts op enkele gebieden direct waar te nemen, omdat de kilometersdikke ijskap dat elders verhindert. Als gevolg daarvan is het door ijs bedekte ‘landschap’ vaak zelfs nog nauwelijks in kaart gebracht, hoewel geofysische methoden dat steeds beter toelaten. Nu is voor het eerste een hoge-resolutie-kaart van het Aurora-Bekken gemaakt; dit subglaciale bekken ligt in het oostelijk deel van Antarctica en is zo’n 20 maal groter dan Nederland.


De locatie van het onderzoeksgebied
(foto NASA).


De uit de Tweede Wereldoorlog stammende
DC3 waarmee het onderzoek werd uitgevoerd
(foto Jack Holt).


Ijs-doordringende radar beelden van dit gebied, genomen vanuit een vliegtuig, vertonen zeer diepe door ijs uitgeschuurde dalen die inzicht geven in de ontwikkeling van het ijsdek ter plaatse. Omdat het bekken kilometers beneden zeeniveau ligt, kon zeewater vroeger binnendringen. Net zoals nu gebeurt waar een ijskap de zee bereikt, leidde dat destijds tot het afbreken van grote ijsmassa’s die als enorme ijsvlaktes in zee wegdreven (zie ook Geonieuws 1053). Dat moet ertoe hebben geleid dat af en toe zoveel ijs van Antarctica verdween, dat de Antarctische ijsmassa soms significant kleiner was dan nu. Die bevinding heeft uiteraard implicaties voor de huidige situatie: ook nu kunnen dergelijke ijsmassa’s van Antarctica losraken en wegdrijven, wat een meetbaar gevolg voor de zeespiegel zou kunnen hebben. Maar dat zou dus niets nieuws zijn.


Een tankstop op de Franse basis
Dumont d’Urville (foto Jack Holt).


Op radarbeelden gebaseerde doorsnede
door het ijs en het daaronder liggende
landschap met sterk reliëf.


De conclusie kan worden getrokken dat de ijskap van oostelijk Antarctica tussen 14-34 miljoen jaar geleden(Vroeg Mioceen- Oligoceen) vele malen aangroeide en weer afsmold, met als gevolg grote verschillen in de afmeting van de Antarctische ijskap ( dit gebeurde dus lang voor het Pleistocene ijstijdvak begon). Dat had weer tot gevolg dat de zeespiegel zo’n 70 m kon fluctueren. Daarna was de ijskap redelijk stabiel, met zeespiegelschommelingen van niet meer dan zo’n 15-20 m, totdat het Pleistoceen begon. Een en ander kan worden opgemaakt uit de radarbeelden die nu zijn verkregen, en die aangeven dat de diepe door het ijs uitgeschuurde dalen soms zelfs door gebergteketens heen lopen. Ook blijkt uit de beelden dat de rand van de ijskap soms honderden kilometers verder landinwaarts lag dan nu. Dat verwijst naar perioden dat het op aarde veel warmer was dan nu.


Op radarbeelden gebaseerde morfologische
kaart van het onderzoeksgebied met in rood
aangegeven de diepe dalen (fjorden).

Op basis van de gereconstrueerde geschiedenis van de ijskap verwachten de onderzoekers niet dat er in de komende honderd jaar dramatische veranderingen zullen optreden. Wel kan er door afsmelting een meetbaar effect op de zeespiegel optreden. Momenteel werken collega’s van de onderzoekers aan modellen die daarover nauwkeuriger voorspellingen mogelijk moeten maken.


Het onderzoeksteam op de basis
McMurdo Station.

Referenties:
  • Young, D.A., Wright, A.P., Roberts, J.L., Warner, R.C., Young, N.W., Greenbaum, J.S., Schroeder, D.M., Holt, J.W., Sugden, D.E., Blankenship, D.D., Van Ommen, T.D. & Siegert, M.J., 2011. A dynamic early East Antarctic Ice Sheet suggested by ice-covered fjord landscapes. Nature 474, p. 72-75.

Foto’s: University of Texas, Austin, TX (Verenigde Staten van Amerika).

1194 Lichaamstemperatuur van dino’s gemeten
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon, AMU, Poznan

Klik hier voor alle artikelen over (Dino)sauriers ! Klik hier voor alle artikelen over Paleontologie, Fossielen & Uitstervingen !

De vraag of dino’s koudbloedige, langzame dieren waren of juist warmbloedig en vlug, heeft de afgelopen jaren tot verschillende antwoorden geleid (zie Geonieuws 716). Er is echter een betrekkelijk jonge techniek waarmee de lichaamstemperatuur van gewervelde dieren kan worden bepaald op basis van de ”samenklontering” van zuurstof- en koolstof-isotopen in het mineraal bioapatiet dat zich in tanden bevindt (zie Geonieuws 1055): hoe lager de temperatuur, hoe meer deze isotopen “samenklonteren”. Zo kan de omgevingstemperatuur waarbij het bioapatiet zich vormde worden vastgesteld; in dit geval is die omgevingstemperatuur de temperatuur in het tandvlees, dus de lichaamstemperatuur. Die techniek is nu ook met succes toegepast op dino’s. Voor het onderzoek werden 11 tanden onderzocht van de sauropoden (de grote plantenetende dino’s met een lange nek en een lange staart) Brachiosaurus en Camarosaurus uit Tanzanië en de Amerikaanse staten Wyoming en Oklahoma.


Onderzochte tand van een Camarosaurus.


Onderzochte tand van een Brachiosaurus brancai.


Uit het onderzoek bleek dat de twee genoemde grote dino’s een lichaamstemperatuur hadden van respectievelijk 38,2 en 35,7 0C (de nauwkeurigheid van de uitkomsten wordt door de onderzoekers gesteld op 1-2 0C). Daarmee deden ze dus bepaald niet onder voor de meeste recente zoogdieren, en ook is die temperatuur hoger dan die voor recente en fossiele reptielen zoals krokodillen. Alleen vogels hebben als grote groep een hogere lichaamstemperatuur.

Het feit dat de lichaamstemperatuur van deze dino’s min of meer gelijk was aan die van de meeste recente zoogdieren, lijkt er op te wijzen dat ze warmbloedig waren. De zaak ligt echter ingewikkelder. Vanwege hun enorme volume konden de sauropoden hun warmte immers veel gemakkelijker lang vasthouden dan veel kleinere dieren. Het is dus niet geheel uitgesloten dat hun temperatuur van hun omgeving afhing, en dat ze dus koudbloedig waren. Niettemin kunnen de nu gevonden waarden fysiologen helpen om beter te begrijpen hoe de dieren hun energie kregen en gebruikten. Tot nu toe berustte het inzicht daarin op nog meer indirect aanwijzingen; zo werd de snelheid van lopen (of rennen) tot nu toe geschat op basis van de afstand tussen pootafdrukken en op basis van de groeisnelheid van hun botten (zie onder andere Geonieuws 19 en 650).


Voor de isotopen-analyse werden
kleine stukjes uit de dinotanden geboord
(foto Thomas Tütken, Univ. Bonn).


Onderzoekers John Eiler (voorgrond)
en Robert Eagle met een van de onderzochte
dinotanden (foto Bill Youngblood, Caltech).


Referenties:
  • Eagle, R.A., Tütken, Martin, T.S., Tripati , A.K., Fricke, H.C., Connely, M., Cifelli, R.L. & Eiler, J.M., 2011. Dinosaur body temperatures determined from isotopic (13C-18O) ordering in fossil biominerals. Science Express, doi:10.1126/science.1206196

Foto’s: California Institute of Technology (Caltexch), Pasadena, Ca (Verenigde Staten van Amerika).

1195 Waar magma zeewater ontmoette
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon, AMU, Poznan

Klik hier voor alle artikelen over het Inwendige van de Aarde ! Klik hier voor alle artikelen over Mineralen !

Voor het Integrated Ocean Drilling Program (IODP) zijn momenteel enkele expedities gaande. Een daarvan is expeditie 335, die boringen verricht op plaatsen waar zeer snel nieuwe zeebodem is gevormd. Een van de daartoe uitgevoerde boringen (1256D, in het oosten van de Stille Oceaan) gaat meer dan 1500m de uit vaste gesteenten bestaande zeebodem in. Al in 2002 werd bij een eerdere expeditie met dit boorgat begonnen, gevolgd door verdere boringen in 2005 en nu wordt er nog dieper geboord in de bovenste oceanische korst. Deze bestaat uit bazaltische magma en het is de bedoeling om de gehele bazaltische sectie te boren inclusief de diepere gabbro’s.

Gabbro’s zijn grove intrusieve gesteenten die ontstaan door de langzame afkoeling van bazaltische magma’s. Ze vormen onder de oceanen vrijwel overal zo’n twee derde deel van de oceanische korst. De intrusie van het magma waaruit de gabbro’s ontstaan bij de mid-oceanische ruggen is een zeer grootschalig proces: jaarlijks wordt gemiddeld ruim 12 kubieke kilometer magma uit de aardmantel tot in de oceanische korst opgestuwd, en dit materiaal vormt als het ware een mineralogisch, chemisch en textureel archief waarin de vorming van nieuwe aardkorst is vastgelegd.

Deze vorming van nieuwe korst, die kan worden beschouwd als een eerste fase in de kringloop van gesteenten die uiteindelijk via subductie weer naar de mantel worden teruggevoerd, is het belangrijkste proces waardoor hitte en materiaal uit het inwendige der aarde tot aan of nabij het vaste aardoppervlak worden gebracht. Dit proces wordt nu, dankzij het IODP en zijn voorgangers, steeds beter begrepen, vooral doordat er steeds meer boormonsters van meer dan een kilometer diep konden worden opgehaald en onderzocht.


De locatie van boorgat ODP 1256D.


Mico-opname (beeld is 2,3 mm breed)
van de harde granoblastische bazalt.


Boorgat 1256D, ongeveer 600 km ten westen van Costa Rica en 1150 km ten oosten van de East Pacific Rise, heeft hieraan nu sterk bijgedragen. De boring gaat door ca. 15 miljoen jaar oude gesteenten (vroeg Mioceen)die een fase van supersnelle zeebodemaangroei vertegenwoordigen (gemiddeld meer dan 20 cm per jaar, dus veel sneller dan de snelste aangroei tegenwoordig). In deze boring werden eerst ‘gewone’ bazalten aangeboord en ca. 1 m dunne intrusies van gabbro die tot de bovenste oceanische korst behoren, en daaronder de gabbro’s van de onderste korst. De overgang van de intrusies naar de gabbro’s, iets dieper dan 1500 m, vertegenwoordigt een kritische grens. Het magma met een temperatuur van ca. 1200 0C wisselde in die overgangszone warmte uit met oververhit zeewater dat circuleerde in spleten in de bovenste korst. Dit contact van het hete magma met het circulerende zeewater vond waarschijnlijk plaats in een zone van hooguit enkele tientallen meters dik.

In deze zone leidde de hitte van het magma tot duidelijke veranderingen in de textuur van de daar aanwezige gesteenten, waarbij een zeer fijnkorrelige textuur ontstond waardoor het gesteente veranderde in een zogeheten granoblastische bazalt. Dit kan niet meer worden beschouwd als een stollingsgesteente, maar moet beschouwd worden (vanwege de mineralogische omzettingen ten gevolge van de hitte) als een metamorf gesteente. Het is harder dan welk ander gesteente ook dat ooit tijdens boringen van het IODP is aangeboord.


Sumiyo Miyashita en Yoshiko Adashi
(Niigata Univ., Japan) bestuderen
de monsters.


Werk aan boord van het onderzoekschip
JOIDES Resolution om ‘afval’ van de
booractiviteiten van de zeebodem op te vissen.


Referenties:
  • Saunders, S. & Otomo, M., 2011. Heavy metal meets hard rock: battling through the ocean crust’s hardest rocks to capture the boundary between magma and water. IODP release 2011-06-22 (http://iodp.org/index.option=com_content&task=view&id=576&Itemid=1235).

Foto’s: Integrated Ocean Drilling Program (IODP).

1196 Een harde kop
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon, AMU, Poznan

Klik hier voor alle artikelen over (Dino)sauriers ! Klik hier voor alle artikelen over Paleontologie, Fossielen & Uitstervingen !

Wie wel eens twee bokken met de koppen tegen elkaar heeft zien opspringen, zal zich hebben afgevraagd of de dieren daar geen hoofdpijn van krijgen. Er zijn meer dieren die zo, al dan niet als spel of als rivalen (bijv. in de strijd om een vrouwtje), elkaar kopstoten uitdelen. Het zijn, voor zover bekend, altijd herbivore hoefdieren. Muskusossen en de Amerikaanse ‘big horn’ schapen zijn het meest bekend, maar ook tal van herten en zelfs giraffen vertonen hetzelfde gedrag, in al dan niet sterke mate. Het gaat om een zo wijd verspreid verschijnsel dat er weinig reden is om aan te nemen dat het niet ook voorkwam in de geologische geschiedenis.

Dat blijkt inderdaad het geval te zijn geweest, althans de schedel van Stegoceras validumwas daartoe uitermate geschikt. Dat blijkt uitbeelden die met zogeheten computerized tomography scanning zijn verkregen van een dergelijke schedel, en die zijn vergeleken met soortgelijke beelden van recente dieren die zulk gedrag vertonen. Stegoceras was een herbivore pachysauriër (‘dikkop’ sauriër) die ongeveer 72 miljoen jaar geleden leefde( Laat Krijt) en die het formaat had van een Duitse herder. De schedel van mannelijke individuen vertoont een opvallend grote botverdikking aan de frontale bovenkant, dus juist het gebied waarmee dieren elkaar raken bij ‘kop-aan-kop gevechten’.


De merkwaardige schedel van
Stegoceras validum en de botdichtheid

Juist die merkwaardige schedelvorm deed onderzoekers zich afvragen wat het doel ervan was. Vreemde lichaamsvormen (of kleuren) dienen vaak om het andere geslacht te imponeren, maar in dit geval leek de verdikking zo uitzonderlijk dat al direct het idee postvatte dat het te maken had met vechtpartijen. Als dat inderdaad het geval zou zijn, zou het iets vertellen over het sociale gedrag van Stegoceras, maar alleen de verdikte schedel is daarvoor natuurlijk geen afdoende bewijs. Daarom besloten de onderzoekers tot een gecombineerd anatomische/ingenieursanalyse, waarbij met tomografie in de schedels en koppen kon worden gekeken van zowel Stegoceras als recente hoefdieren. Met deze methode konden bij Stegoceras ook de weefsels die tegen de binnenkant van het schedeldak aanlagen worden gereconstrueerd (zie Geonieuws 1191) en dus vergeleken met die van de onderzochte recente dieren.

Uit de scans bleek dat vrijwel alle ‘kopvechters’ een verdikking hebben aan de frontale bovenkant van hun kop (soms zelfs, als een motorhelm, over de gehele bovenkant van hun kop) met een stevige, dichte buitenlaag waaronder zich sponsachtig materiaal bevindt dat energie goed kan absorberen. Daaronder bevindt zich dan weer een stijve laag van dicht botmateriaal. Bij Stegoceras was echter nog een extra beschermlaag van dicht bot aanwezig in het midden van de ‘helm’. Dit bood dus een nog veel betere bescherming van de hersenen dan het geval is bij welk recent dier ook. Het is dan ook vrijwel zeker dat deze harde kop bedoeld was voor gevechten met mannelijke rivalen.


Skeletten van Stegoceras in
het Royal Tyrell Museum, Alberta
(foto Sebastian Bergmann).


Reconstructie van Stegosaurus validum
(door Richard T. Nowitz).


Referenties:
  • Snively, E. & Theodor, J.M., 2011. Common functional correlates of head-strike behavior in the pachycephalosaur Stegoceras validum (Ornithischia, Dinosauria) and combative artiodactyls. PLoS ONE 6(6): e21422; doi:10.1371/journal.pone.0021422, 26 blz.

Foto botdichtheid uit het aangehaalde artikel.

1197 Leven tussen extreem koude ijstijden
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon, AMU, Poznan

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

Aan het einde van het Precambrium traden twee extreem koude ijstijden op waarin de aarde voor een groot deel met ijs werd bedekt. De oudste van deze tijdvakken (het Sturtian) trad ongeveer 710 miljoen jaar geleden op, het jongste (het Marinoan) ongeveer 635 miljoen jaar geleden (zie ook Geonieuws 609 en 1109). Er waren tot nu toe talrijke sporen van leven van voor het Sturtian, en eveneens van na het Marinoan (dat werd gevolgd door het Ediacaran met zijn vele nog steeds raadselachtige organismen: zie onder andere Geonieuws 706, 886 en 1107). Uit de periode van ongeveer 75 miljoen jaar tussen deze twee ‘superijstijden’ was tot nog toe echter geen leven bekend. Dat is nu wel gevonden.

Het gaat om honderden microscopisch kleine ovale bolletjes, die van kort na het einde van het Sturtian dateren. Ze worden geïnterpreteerd als restanten van kleine amoebe-achtige organismen die het nog koude zeewater konden trotseren door een ‘pantser’. Met hun microscopisch kleine ‘pootjes’ (in feite daartoe in steeds wisselende vorm aanwezige uitstulpingen van het protoplasma) vingen ze minerale deeltjes die ze aan elkaar ‘lijmden’ om zo een beschermend schelpje te creëren. Het is gelijk het oudste diertje waarvan bekend is dat het een schelpje vormde.


Scanning electron microscope (SEM)
opname van een van de ovale schelpjes
uit de carbonaten boven de glaciale
afzettingen van ‘Sneeuwbal Aarde’.


De organismen werden aangetroffen in de zogeheten cap carbonates, kalksteenpakketten die op diverse plaatsen op de wereld direct de glaciale afzettingen van het Sturtian bedekken. Bij het hier vermelde onderzoek werden de organismen aangetroffen in pakketten in Mongolië en Namibië. In het laboratorium werden de meegebrachte monsters opgelost in zuur, waarna het residu microscopisch werd onderzocht. Daarbij werden donkere ovale deeltjes waargenomen die allemaal aan één uiteinde een inkeping vertoonden. Wat die deeltjes voorstelden, was met een gewone microscoop niet vast te stellen. Daarom werden ze vervolgens met een scanning electron microscope (SEM) bestudeerd. Daarmee verkregen de onderzoekers zeer gedetailleerde drie-dimensionale beelden, die aangaven dat het ging om holle schelpjes van ongeveer 10 micron (een honderdste millimeter) lang. Ze vertoonden onderling wel enige verschillen: de schelpjes uit Namibië waren relatief bolvormig, terwijl die uit Mongolië iets meer buisvormig waren. De inkeping bleek een plaats van waaruit de ‘pootjes’ (pseudopodia) naar buiten konden worden gestulpt. Met behulp van röntgenanalyse stelden de onderzoekers vast dat de schelpjes vrijwel geheel waren opgebouwd uit silicium, aluminium en kalium.

Nu duidelijk is dat er wel degelijk organismen - en zelfs schelpvormende organismen - voorkwamen tussen het Sturtian en het Marinoan, kan er gericht naar meer van dergelijke micro-organismen worden gezocht. Het is in dit kader interessant dat de fossiele organismen het meest weg hebben van amoeben, eencellige organismen die nu in bossen, meren en veengebieden worden aangetroffen, en die kwartsdeeltjes, kleifragmentjes, schimmels en pollen oppikken om die, door cementatie, om te vormen tot een hard omhulsel of schelpje. Bekend is dat bepaalde typen amoeben al voor het Sturtian in grote hoeveelheden voorkwamen, maar ze vormden toen - voor zover bekend - nog geen schelpjes. Mogelijk was de vorming van een beschermend schelpje een evolutionaire ontwikkeling die ertoe leidde dat deze primitieve organismen zelfs de extreem koude omstandigheden van het Sturtian konden overleven.

Referenties:
  • Bosak, T., Lahr, D.J.G., Pruss, S.B., Macdonald, F.A., Dalton, L. & Matys, E., 2011. Agglutinated tests in post-Sturtian cap carbonates of Namibia and Mongolia. Earth and Planetary Science Letters 308, p. 29-40.

SEM-foto van het fossiele schelpje: Tanja Bosak, Department of Geobiology, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, MA (Verenigde Staten van Amerika).

1198 Het tragische einde van een eendagsvlieg
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon, AMU, Poznan

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

Eendagsvliegen hebben weinig tijd om van het leven te genieten. Zelfs die weinige tijd was echter niet gegund aan een eendagsvlieg die zo’n 97-110 miljoen jaar geleden (Vroeg-Krijt) leefde. Het was een jong vrouwtje, dat voldeed aan de belangrijkste opdracht van eendagsvliegen: een partner zoeken en daarmee paren. Ze werd inderdaad bevrucht, en ging op zoek naar een plaats om haar eieren te leggen. Maar toen ging het mis: ze kleefde vast aan de stroperige hars die uit een boom droop, en kon zich daar niet meer uit bevrijden. Ze werd overstroomd door de hars en werd pas na 100 miljoen jaar weer in het Hukawng-dal in Myanmar (het vroegere Birma) ontdekt: gefossiliseerd in een stukje barnsteen van 1,5 g. Daarmee werd ze voor eeuwig beroemd, als holotype van een nieuwe soort, een nieuw geslacht en zelfs een nieuwe subfamilie. Wellicht toch een wat schrale troost als je voortijdig uit het leven bent weggerukt, als je een groot deel van je leven hebt besteed aan je paringvlucht, en als je daarna toch geen nageslacht hebt voortgebracht.


De eendagsvlieg Ventuformosa buckleyi
ingebed in barnsteen.


Detail van het lichaam.


Ieder nieuw fossiel dat wordt gevonden is uiteraard van wetenschappelijk belang, maar sommige fossielen zijn interessanter dan andere omdat ze meer inzicht kunnen verschaffen in de leefmilieus in het geologische verleden. Eendagsvliegen behoren tot die laatste groep, want ze vormen nu een van de belangrijkste voedselbronnen voor dieren die in of bij stromend water leven, zoals vissen (en veel kunstaas van hengelaars is daarom op de vorm van eendagsvliegen gebaseerd); ze zijn dus onmisbaar in bepaalde ecosystemen, en dat waren ze in het geologische verleden waarschijnlijk ook. Misschien was het einde van de gefossiliseerde eendagsvlieg dus toch niet zo dramatisch: ze had ook opgegeten kunnen worden ...

De nieuwe soort (die Vetuformosa buckleyi is gedoopt) is bijzonder, want de antennes zijn langer dan bij enige andere soort uit deze familie. Ook is het voor het eerst dat er in een gefossiliseerd exemplaar een legbuis is aangetroffen. Een legbuis wordt door veel insecten gebruikt om eieren op een bepaalde plaats te leggen, bijv. in het weefsel van een bepaalde plant. Overigens hebben recente eendagsvliegen geen legbuis meer.

Afgezien van het verloren gaan van de legbuis, lijken recente eendagsvliegen sterk op fossiele exemplaren. Het zijn merkwaardige dieren: ze leven in wezen veel langer dan een dag, maar toch is de term eendagsvlieg correct. Het gaat namelijk om dieren die ongeveer een jaar als nimf (vergelijkbaar met een larve) leven in zoetwater, en zich vervolgens ontpoppen tot een vliegend insect dat slecht één dag leeft. In die dag paren ze tijdens een paringsvlucht en de vrouwtjes leggen nog dezelfde dag eieren. Aan het einde van de dag zijn vrijwel alle eendagsvliegen overleden. Veel tijd hebben eendagsvliegen dus niet, zelfs niet om te eten. Ze hebben daarom weliswaar een mondachtig orgaan, maar dat is niet eens geschikt om te eten.

Referenties:
  • Poinar Jr, G., 2011. Vetuformosa buckleyi n. gen., n. sp. (Ephemeroptera: Baetidae; Vetuformosinae n. subfam.), a new subfamily of mayflies in Early Cretaceous Burmese amber. Historical Biology 23, 6 blz.

Foto’s welwillend ter beschikking gesteld door George Poinar Jr., Department of Zoology, Oregon State University, Corvallis, OR (Verenigde Staten van Amerika).

1199 Antarctica kende 12 miljoen jaar geleden nog een toendra
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon, AMU, Poznan

Klik hier voor alle artikelen over (Paleo)Klimaat ! Klik hier voor alle artikelen over Paleontologie, Fossielen & Uitstervingen !

Antarctica kent nu geen plantengroei meer op het land; de laatste resten vegetatie - een toendra - verdwenen 12 miljoen jaar geleden op het noordelijk schiereiland. Dat blijkt uit een gedetailleerd onderzoek van dit gebied, waarbij de ontwikkeling van de vegetatie (voor zover aanwezig) en daarmee ook van het klimaat werd gereconstrueerd op basis van pollen (stuifmeel). Het onderzoek gaat terug tot enkele tientallen miljoen jaren geleden.

Tijdens het klimaatoptimum van 55 miljoen jaar geleden was Antarctica ijsvrij en bedekt met bossen. De grote ijskappen die het continent nu voor meer dan twee-derde van de oppervlakte bedekken, begonnen zo’n 38 miljoen jaar geleden te ontstaan. Het ijs rukte sindsdien steeds verder op (uiteraard naar het noorden) en het Antarctisch schiereiland, dat het verste van de zuidpool was verwijderd, viel als laatste slachtoffer aan het oprukkende ijs ten prooi. Voordien had het geruime tijd gediend als refugium: een plaats waar bepaalde planten en dieren konden overleven terwijl dat elders niet meer mogelijk was.

Het is nog steeds een punt van discussie in welk tempo het landijs op Antarctica zich uitbreidde. De nu op basis van pollen uitgevoerde reconstructie laat daar geen twijfel meer over bestaan: het was een langdurig, zeer geleidelijk proces dat zich moet hebben voltrokken onder invloed van atmosferische en oceanische veranderingen, maar ook van tektoniek. Het onderzoek, waarbij in drie jaar duizenden pollen uit de laatste 36 miljoen jaar werden verzameld, profiteerde van het feit dat veel pollen bewaard zijn gebleven in de modderige sedimenten net onder de zeespiegel nabij de kust.

De oudste onderzochte sedimenten (Laat-Eoceen) waren overigens niet eenvoudig te bemonsteren: ze zijn inmiddels bedekt door een sedimentpakket van zo’n 30 m dik, en het zeewater is de meeste tijd van het jaar bedekt met zeeijs. Het onderzoeksschip van waaraf boringen werden gezet om sedimentmonsters te verkrijgen, de Nathaniel B. Palmer, moest bovendien - wanneer het zeeijs was weggesmolten - beducht zijn voor ijsbergen.


Pollen van de boom Nothofagus fusca,
die 36 miljoen jaar geleden op Antarctica groeide.


Een recent exemplaar (in Nieuw-Zeeland)
van Nothofagus fusca
(Nieuw-Zeelandse rode beuk).


Een van de soorten pollen die werden aangetroffen in de sedimenten van 36 miljoen jaar oud waren die van Nothofagus fusca. Deze boom komt nu nog in Nieuw-Zeeland voor. Op basis van deze (en uiteraard veel meer andere) pollen kon de begroeiingsgeschiedenis worden gereconstrueerd. Daarvoor was het uiteraard ook nodig om de sedimenten te dateren. Daarnaast werd onderzocht hoe de gletsjers zich op Antarctica uitbreidden. Door al die gegevens te combineren, kon de ontwikkeling van Antarctica in kaart worden gebracht. Dat er 12 miljoen jaar geleden nog sprake was van een toendravegetatie, zij het alleen in een relatief klein refugium, kwam als een volslagen verrassing.


Bladeren van Nothofagus fusca.


Onderzoeksleider John Anderson voor de
kust van Antarctica aan boord van de
Nathaniel B. Palmer.


Referenties:
  • Anderson, J.B., Warny, S., Askin, R.A., Wellner, J.S., Bohaty, S.M., Kirshner, A.E., Livsey, D.N., Simms, A.R., Smith, T.R., Ehrmann, W., Lawver, A.R., Barbeau, D., Wise, S.W., Kulhenek, D.K. Weaver, F.M. & Majewski, W., 2011. Progressive Cenozoic cooling and the demise of Antarctica’s last refugium. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 108, p. 11356-11360.

Foto’s van de pollen en van Anderson: Rice University, Houston, TX (Verenigde Staten van Amerika). Foto van de boom: Rudolph89. Foto van de bladeren: Karuhoa.

1200 Een symbiose van 500 miljoen jaar
Auteur: auteur:

Klik hier voor alle artikelen over Biologie & Evolutie !

Niet alle levensvormen uit een ver geologisch verleden zijn inmiddels uitgestorven. Er bestaan immers levende fossielen, en bepaalde diergroepen (zoals krokodillen) zijn al zeer lang op aarde aanwezig. En er worden nog steeds opvallende vondsten gedaan. Zo werd onlangs uitgedokterd dat een nog steeds bestaande – en op zichzelf al bijzondere - symbiose al 500 miljoen jaar geleden moet hebben bestaan.

In dit geval gaat het om platwormen van het geslacht Paracatenula, die in symbiose leven met bepaalde protobacteriën. Deze wormen komen in ondiepe, kustnabije zanden voor, van de tropen tot de Middellandse Zee. Het zijn diertjes van een paar millimeter lang die in de poriënruimtes tussen de zandkorrels leven. Ze hebben een kenmerk dat zelden voorkomt: ze hebben geen bek die het mogelijk maakt om iets te eten, en evenmin hebben ze een keel. Toen deze diertjes in 1970 werden ontdekt, rees dan ook direct de vraag hoe ze aan hun voedsel kwamen. Die vraag werd overigens al snel beantwoord toen bleek dat bij onderzeese hete bronnen grote platwormen leven die evenmin een echte mond hebben. Onderzoek toonde toen aan dat die diepzee-platwormen in symbiose leven met bacteriën die zich in hun lichaamscellen hebben genesteld en die daar zwavelverbindingen oxideren. Daarbij komt energie vrij die de bacteriën gebruiken om anorganische koolstof om te zetten in biomassa. Dat gebeurt in zo grote hoeveelheden dat het genoeg voedingsstof oplevert voor de wormen.

Veel dieren (uit tal van fyla) leven in symbiose met micro-organismen die energie ontlenen aan de oxidatie van zwavelverbindingen. De micro-organismen die daarbij betrokken zijn, zijn veel minder gevarieerd; ze behoren alle tot twee klassen van de protobacteriën: de gamma- en de epsilon-protobacteriën. Het kwam daarom als een volslagen verrassing toen bleek dat Paracatenula weliswaar ook gebruik maakte van zwavel-oxiderende bacteriën, maar dat het daarbij ging om een derde klasse: de alfa-protobacteriën. De alfa-protobacteriën omvatten meer micro-organismen die binnen de cellen van hun gastheer leven. Het bekendst zijn de mitochondriën, die in de cellen van alle hogere organismen voorkomen en daar als het ware als energiebron werken.

De symbionten van Paracatenula worden samen ‘Riegeria’ genoemd. Het gaat om een bijzondere symbiose, want de symbionten die in bepaalde gespecialiseerde cellen (zogeheten bacteriocyten) leven, maken meer dan 50% van de weefsels uit. Dat is veel meer dan in welke andere bekende vorm van symbiose tussen dieren en bacteriën ook. Deze symbiose is dan ook onderwerp van onderzoek dat meer inzicht moet opleveren over de mechanismen die er in het geologische verleden toe hebben geleid dat alfa-protobacteriën op verschillende momenten en onafhankelijk van elkaar met diverse organismen een intracellulaire symbiose konden gaan vormen. Een van de inmiddels uitgevoerde onderzoeken betreft de genetische sequenties. Daaruit kan worden opgemaakt dat de symbiose ongeveer 500 miljoen jaar geleden moet zijn ontstaan, waarmee het de oudst bekende symbiose tussen een dier en bacteriën is. En in al die 500 miljoen jaar heeft Paracatenula de alfa-protobacteriën in zijn cellen in onveranderde vorm aan zijn nageslacht doorgegeven.


De platworm Paracatenula urania.


Onderzoeksleider Harald Gruber-Vodicka


Referenties:
  • Gruber-Vodicka, H.R., Dirks, U., Leisch, N., Baranyi, Ch., Stoecker, K., Bulgheresi, S., Heindl, N.R., Horn, M., Lott, Ch., loy, A., Wagner, M. & Ott, J., 2011. Paracatenula, an ancient symbiosis between thiotrophic Alphaprotobacteria and catenulid flatworms. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States ???

Foto’s: Universität Wien.


Copyright © NGV 1999-2017
webmaster@geologischevereniging.nl