NGV-Geonieuws 98

NGV-Geonieuws: elektronisch geologisch tijdschrift


1 Augustus 2005, jaargang 7 nr. 15

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

    Klik hier om deze uitgave af te drukken !
  • 591 De ouderdom van de Ediacara-fauna
  • 592 Het oudste, het vroegste en het heftigste
  • 593 Vulkanisme vermindert uitstoot van methaangas door 'wetlands'
  • 594 Permo-Carbonische ijstijd suggereert resistentie van huidige leven in zee
  • 595 Het eerste dier op aarde

    << Vorige uitgave: 97 | Volgende uitgave: 99 >>

591 De ouderdom van de Ediacara-fauna
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

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

Op het einde van het Precambrium ontwikkelden zich levensvormen zonder harde bestanddelen die vooral bekend zijn van afdrukken die ze in de zachte bodem van ondiepe zeeŽn achterlieten. Van veel van deze dieren is niet bekend tot welke groep ze gerekend moeten worden; in veel gevallen gaat het waarschijnlijk om vertegenwoordigers van groepen die al in het begin van het Cambrium (of zelfs nog eerder) uitstierven.


Doorsneden door een stekelige Acritarch (Tianzhushania) uit vuursteen in de Doushantuo fm

Deze bijzondere fauna, vernoemd naar het Australische plaatsje Ediacara waar hij het eerst werd aangetroffen, is inmiddels van veel plaatsen op aarde bekend. Desondanks blijven er nog steeds veel vragen onbeantwoord. Een daarvan is waarom er zo plotseling relatief gecompliceerde organismen in zo'n grote verscheidenheid ontstonden. Een andere vraag is hoe ze zich zo snel wereldwijd konden verspreiden, en een derde vraag is waarom de hele fauna ook weer zo snel en zo plotseling lijkt te zijn uitgestorven.


Een stekelige Acritarch (Meghystrichospaeridum) uit de fosforiet van de Doushantuo fm

Een van de punten die daarbij van belang is, is het tijdstip van opkomst en ondergang van deze fauna. Daar bestond tot nu toe weinig duidelijkheid over. Dat was des te minder plezierig omdat de fauna zo belangrijk wordt beschouwd voor het inzicht in de ontwikkeling van het leven op aarde dat deze periode inmiddels een eigen naam heeft gekregen (Ediacara Periode; in het Engels: Ediacaran). Het begin van deze periode kon tot nu toe echter niet met enige accuratesse worden bepaald omdat de fauna steeds werd aangetroffen in sedimenten die geen directe datering toelieten.

Zo'n datering is nu tot stand gebracht door een team onderzoekers van het Massachusetts Institute of Technology en de Chinese Academie van Wetenschappen. Ze deden dat door radiometrische datering (op basis van de vervalreeks van uranium naar lood) in zirkoonkristallen die ze aantroffen in twee laagjes vulkanische as in de Doushantuo Formatie (China). Deze formatie omvat volgens de onderzoekers meer dan 90% van de tijd waarin de Ediacara-fauna voorkwam.

Het bijzondere van de datering bestaat uit de positie van de aslaagjes. Het oudste bevindt zich op het niveau waar de gesteenten het einde markeren van een wereldwijde ijstijd. De ouderdom van dat laagje is 635 miljoen jaar. Direct boven dit laagje komen de eerste (nog weinig gedifferentieerde) vertegenwoordigers van de Ediacara-fauna voor. Het tweede aslaagje is gedateerd op 550 miljoen jaar. Direct boven dat laagje 'explodeert' de Ediacara-fauna: er komt een veel grotere verscheidenheid aan organismen. De onderzoekers denken dat ten tijde van de asafzetting een milieuramp heeft plaatsgevonden die een situatie creŽerde waarin de nieuwe ontwikkeling kon plaatsvinden.

De Ediacara-fauna komt ook in afzettingen voor die jonger zijn dan 550 miljoen jaar. De bovengrens van de Ediacara-fauna blijft daardoor nog onduidelijk, maar de fauna verdwijnt al heel snel boven de grens tussen Precambrium en Cambrium (542 miljoen jaar). Omdat die grens formeel is vastgelegd, eindigt de Ediacara Periode per definitie op die grens. De duur van de Ediacara Periode is nu dus bekend: van 635 tot 542 miljoen jaar geleden.

Referenties:
  • Condon, D., Zhu, M., Bowring, S., Wang, W., Yang, A. & Jin, Y., 2005. U-Pb ages from the Neoproterozoic Doushantuo Formation, China. Science 308, p. 95-98.
  • Kaufman, A.J., 2005. The calibration of Ediacaran time. Science 308, p. 590-60.

Foto's welwillend ter beschikking gesteld door Shuhai Xiao, Virginia Polytechnic Institute and State University, Blacksburg, VA (Verenigde Staten van Amerika).

592 Het oudste, het vroegste en het heftigste
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

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

Het vestigen van records is een behoefte van veel mensen; dus ook van wetenschappers. Dat is ongetwijfeld de oorzaak van de talrijke onderzoeken die worden gedaan om nůg oudere gesteenten, nůg eerdere levensvormen of nůg catastrofalere gebeurtenissen in de aardgeschiedenis te ontdekken. Veel van dat onderzoek spitst zich toe op zeer oude gesteenten, want die bieden uiteraard de beste kans op dergelijke records. Daarbij moet worden bedacht dat de aarde in de begintijd fundamenteel anders was dan nu. Na het ontstaan, ca. 4,5 miljard jaar geleden, was er geruime tijd sprake van zo'n hoge temperatuur dat er geen vaste gesteenten van zijn overgebleven, omdat die weer werden opgesmolten. Na ongeveer 100 miljoen jaar ontstond voor het eerst iets dat als een voorganger van de aardkorst kan worden gezien. De 'helse' omstandigheden (de term HadeÔcum - in het Engels Hadean - is gebaseerd op het Griekse woord 'hades': hel) duurden tot ongeveer 3,85 miljard jaar geleden.


Basalt uit de Isua Greenstone Belt van bijna 3,8 miljard jaar oud

Over de oudste gesteenten bestaat geen overeenstemming. Van gesteenten uit het westen van Groenland is al tientallen jaren duidelijk dat die zeer oud zijn; ze worden tegenwoordig gedateerd op 3,82-3,65 miljard jaar, en vormen daarmee het oudste onomstreden gesteente. Er zijn echter sterk gedeformeerde en gemetamorfoseerde gesteenten in de Isua Greenstone Belt die 3,8 miljard jaar oud zouden zijn, maar die datering is omstreden. Nog oudere gesteenten worden geÔnterpreteerd op basis van bepaalde 'overgeŽrfde' eigenschappen (bijv. kristallen met insluitsels waarin bepaalde isotopenverhoudingen voorkomen). Zo zouden bepaalde delen van de Isua Greenstone Belt afkomstig zijn van gesteenten die zich omstreeks 4,3-4,2 miljard jaar geleden hadden afgescheiden van de toenmalige aardmantel.


Impressie van de aarde tijdens het HadeÔcum (4,45-3,85 miljard jaar geleden)

Over sporen van zeer oud leven is in Geonieuws veel literatuur aangehaald. De oudste sporen waaraan niemand twijfelt betreffen restanten van primitieve organismen (onder meer in de vorm van stromatolieten) uit de 1,9 miljard jaar oude Gunflint Formatie in Canada. De claims van oudere sporen zijn echter talrijk. In de vorige aflevering van Geonieuws (nr. 588) werd nog gewag gemaakt van aardolie die zou zijn ontstaan uit organismen van 3,2 miljard jaar oud. Sporen van leven in 3,85 miljard jaar oude gesteenten op het eiland Akilia (waarover ook in Geonieuws uitvoerig is bericht) stuiten momenteel op veel scepsis nadat in de betrokken monsters bij een tweede analyse geen vergelijkbare sporen werden aangetroffen.


Stromatoliet uit de Gunflint vuursten: het oudste onomstreden leven

Levensvormen van (meer dan) 3,85 miljard jaar oud zouden ook wel heel bijzonder zijn, want dat tijdstip karakteriseert het einde van een fase waarin de aarde, naar nu lijkt, de ergste catastrofe uit haar hele geschiedenis onderging: het zogeheten Late Zware Bombardement, dat omstreeks 4 miljard jaar geleden begon. Gedurende dat bombardement werd de aarde getroffen door enorme hoeveelheden ruimtemateriaal, waarschijnlijk de resten van een planeet (Vesta) die tussen Mars en Jupiter moet hebben rondgedraaid. De aarde (met een veel grotere zwaartekracht dan de maan, die toen al bestond) moet veel meer inslagen te verwerken hebben gekregen dan de maan. Toch vertoont de maan nog talrijke littekens van dat bombardement, onder meer in de vorm van de Mare Imbrium. Het geweld van de inslagen op aarde moet destijds zo groot zijn geweest dat de korst bijna geheel weer moet zijn opgesmolten.


De Mare Imbrium, een grote inslagkrater op de maan, dateert uit de periode ongeveer 4-3,85 miljard jaar geleden, waarin ook de aarde door een zwaar bombardement vanuit de ruimte werd getroffen

Records blijven er om gebroken te worden. Ook binnen de aardwetenschappen zal dat nog wel even doorgaan. Het meest aansprekende zijn natuurlijk de berichten over extreem oude levensvormen. Daarbij moet dan echter wel bedacht worden dat het bij organismen van meer dan ca. 2 miljard jaar geleden eigenlijk altijd gaat om structuren, chemische of fysische kenmerken die toegeschreven worden aan organismen die zelf niet meer als zodanig te zien zijn. Dat houdt in ieder geval de mogelijkheid tot levendige discussies in stand.

Referenties:
  • Moorbath, S., 2005. Oldest rocks, earliest life, heaviest impacts, and the Hadean- Archaean transition. Applied Geochemistry 20, p. 819-824.

Foto Isua Greenstone Belt: David Greene, Denison University, Granville, OH (Verenigde Staten van Amerika); foto stromatoliet: Natural Resources of Canada; foto Imbrium- krater: NASA.

593 Vulkanisme vermindert uitstoot van methaangas door 'wetlands'
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over Biologie & Evolutie ! Klik hier voor alle artikelen over Vulkanologie !

Onderzoekers van de Open Universiteit in Engeland hebben de effecten gesimuleerd van de zure regen die het gevolg was van een van de grootste uitbarstingen van een Europese vulkaan in historische tijden. Het gaat om de uitbarsting van de Laki (een vulkaan op IJsland) in 1783. De zure regen die het gevolg was zorgde voor grote schade voor de landbouw in Europa en deed daar ook het aantal sterfgevallen significant toenemen.


De typische 'Wetlands'(natte gebieden) waar veel methaangas wordt gevormd

Volgens de onderzoekers heeft vulkanisme tot nu toe onbekende effecten op het klimaat. Het is volgens hen algemeen bekend dat in de uitgestoten vulkanische gassen ook zeer kleine deeltjes (aerosolen) voorkomen, die een deel van het zonlicht weerkaatsen; ook is bekend dat deze aerosolen bijdragen aan het ontstaan van wolken, die eveneens zonlicht weerkaatsen. Beide processen dragen bij aan een afkoeling, die gewoonlijk een jaar of twee blijft bestaan. Er bestaat echter ook een ander effect: de uitgestoten zwavelverbindingen (vooral SO2) die in de atmosfeer worden omgezet in zwavelzuur (dat zorgt voor zure regen) dragen bij aan een vermindering van de uitstoot van het sterke broeikasgas methaan in zogeheten wetlands (zoals moerassige gebieden, maar ook weilanden op ongeveer grondwaterniveau).


Lavastroom van de Laki, met daarin een aantal secundaire vulkanen

De verminderde uitstoot van methaangas zou tien jaar of wellicht langer tot een zekere afkoeling kunnen leiden. Dat zou onder meer het geval zijn geweest na de uitbarsting van de Laki. Bij de uitbarsting kwam in 9 maanden meer SO2 vrij dan nu door de hele West-Europese industrie in een jaar wordt uitgestoten. De verminderde uitstoot van methaangas in 'wetlands' na een vulkaanuitbarsting blijkt het gevolg van de sterke toename in de grond van sulfaatreducerende bacteriŽn. Deze verdringen in sterke mate de gewoonlijk aanwezige bacteriŽn die het methaangas produceren. Dat bleek toen de invloed van de uitbarsting van de Laki werd gesimuleerd voor een veengebied in noordoost Schotland, waarvan bekend is dat het door de 'rookpluim' van de Laki werd bereikt. De simulatie toonde aan dat de uitstoot van methaangas nog verscheidene jaren na het einde van de veroorzaakte zure regen duidelijk minder was.

De onderzoekers menen dat hun bevindingen grote gevolgen kunnen hebben voor de inzichten in klimaatveranderingen. De meeste grote wetlands bevinden zich ver van industriŽle gebieden, maar vaak wel in vulkanisch actieve gebieden zoals IndonesiŽ, PatagoniŽ, Kamtsjatka en Alaska. Daar kan dus de uitstoot van het broeikasgas methaan gemiddeld over langere tijd veel lager zijn dan tot nu toe werd aangenomen. In iets mindere mate geldt dat ook voor de uitgestrekte wetlands in ScandinaviŽ en SiberiŽ, omdat die gebieden ook regelmatig door de gassen van veraf gelegen vulkanen worden bereikt.

Referenties:
  • Gauci, V., Dise, N. & Blake, S., 2005. Long-term suppression of wetland methane flux following a pulse of simulated acid rain. Geophysical Research Letters 32, doi:10.1029/2005GL022544.

594 Permo-Carbonische ijstijd suggereert resistentie van huidige leven in zee
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over Glaciologie !

Het huidige leven in zee zou wel eens relatief goed bestand kunnen zijn tegen factoren die normaliter tot uitsterving zouden leiden. Dat is de opzienbarende conclusie van een onderzoek - door een promovendus van de Johns Hopkins Universiteit in Baltimore (Verenigde Staten) - naar het uitsterven van diergroepen tijdens het voorlaatste ijstijdvak: zo'n 330-290 miljoen jaar geleden, op het einde van het PaleozoÔcum.


De carbonische ijstijd heeft ook in Zuid-Afrika zijn sporen nagelaten

De promovendus, Matthew Powell, analyseerde de mate waarin in zee levende brachiopoden (schelpdieren met kleppen van ongelijke grootte, zoals oesters) evolueerden en uitstierven tijdens de Permo-Carbonische ijstijd, toen landijs gebieden bedekte tot op 35 graden van de evenaar. Tijdens die ijstijd, die dus veel uitgesprokener was dan het Pleistocene ijstijdvak dat tweemiljoen jaar geleden begon (maar dat - met afwisselingen van ijstijden en interglacialen - ook nog best enkele tientallen miljoenen jaren zou kunnen duren), stierven opvallend weinig mariene brachiopoden uit.


Een tot steen verworden keileem uit het Carboon van Zuid-A|frika

Powell voerde zijn analyse uit door een database op te bouwen waarin, voor gebieden op uiteenlopende breedtegraden, de patronen van evolutie en uitsterving gedurende het einde van het PaleozoÔcum duidelijk worden. Het is de eerste keer dat er voor een geologisch tijdsinterval een dergelijke database tot stand is gebracht waarmee deze patronen van macroevolutie (evolutie op een taxonomisch niveau boven dat van geslachten) in beeld worden gebracht.

Uit de database blijkt dat vooral groepen brachiopoden die voornamelijk dichtbij de evenaar leefden, uitstierven, en dat ze in slechts relatief geringe aantallen werden opgevolgd door nieuwe groepen brachiopoden. Het verdwijnen van de meeste groepen die min of meer aan de evenaar gebonden waren, bood groepen waarvoor een warme zee niet nodig was, volop kans. De groepen die het minst aan een bepaalde breedtegraad waren gebonden, bleken het meest succesrijk.

Volgens Powell is dit patroon te verklaren doordat de brachiopoden die aan een smalle geografische breedtezone (bijv. de tropen) waren gebonden, het meest te lijden hadden van de extreme minimum- en maximumtemperaturen die op het einde van het PaleozoÔcum optraden. De brachiopoden die slecht waren aangepast aan dergelijke sterke temperatuurschommelingen, stierven volgens Powell uit, al sluit hij niet uit dat de afwisseling van ijstijden en interglacialen samenhangende zeespiegelfluctuaties (die leidden tot vernietiging van bestaande leefgebieden) ook een rol hebben gespeeld.

Het ziet ernaar uit dat de meeste 'gevoelige' soorten al aan het begin van het ijstijdvak waren uitgestorven, en dat de soorten die zich gemakkelijk aan wisselende omstandigheden konden aanpassen, ook langdurig tijdens het ijstijdvak overleefden. Dat kan er volgens Powell op wijzen, zeker als de bevindingen voor brachiopoden ook opgaan voor andere diersoorten, dat het huidige zeeleven (dat al tweemiljoen jaar blootgesteld is aan een afwisseling van ijstijden en glacialen) relatief goed bestand is tegen uitsterven vanwege goede aanpassingsmogelijkheden aan veranderende omstandigheden. In hoeverre de veranderingen die worden veroorzaakt door menselijke activiteiten ook snel genoeg tot aanpassing van diergroepen kunnen leiden, weet Powell natuurlijk ook niet. Bezorgdheid over de invloed van de mens op het mariene milieu vindt hij dan ook alleszins op zijn plaats.

Referenties:
  • Powell, M.C., 2005. Climatic basis for sluggish macroevolution during the late Paleozoic ice age. Geology 33, p. 381-384

595 Het eerste dier op aarde
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

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

Levende organismen bestaan al heel lang, zeker 1,9 miljard jaar, misschien wel meer dan 4 miljard jaar. Het ging daarbij lange tijd uitsluitend om eencellige organismen zoals bacteriŽn. Pas omstreeks 600 miljoen jaar geleden verenigden sommige eencelligen zich om zo een meercellige levensvorm te creŽren die als een dier beschouwd kan worden. Het ging naar alle waarschijnlijkheid daarbij om een dier dat we nu zouden rekenen tot de Metazoa (een groep waartoe de sponzen behoren).


Afdruk van een fossiel zonder harde delen uit de Ediacara-Fauna

Deze belangrijke evolutionaire ontwikkeling leidde ertoe dat cellen zich konden gaan specialiseren. Die specialisatie leidde in de afgelopen 600 miljoen jaar tot de haast oneindige variŽteit in dierlijke levensvormen die we nu kennen. Dat kon echter alleen gebeuren doordat onze eerste dierlijke voorouder al beschikte over een soort blauwdruk voor een bouwplan. Dat bouwplan werd steeds aan het nageslacht doorgegeven, waarbij de nakomelingen steeds voor verdere uitbouw en verfijningen zorgdroegen.

Bij dit alles blijft de vraag bestaan hoe de oude eencellige organismen ertoe kwamen - en in staat waren - om de handen ineen te slaan en een meercellig organisme te vormen met cellen die in bepaalde taken waren gespecialiseerd, hoe simpel aanvankelijk ook. Omdat er geen fossiele overblijfselen van de eerste diersoort bestaan, moet het antwoord op die vraag worden gezocht bij zijn naaste recente verwanten. Dat zijn -wat betreft de meercellige dieren - sponzen, maar daarnaast ook eencellige organismen: de choanoflagellaten. Door deze twee diergroepen met elkaar te vergelijken hopen onderzoekers nu een beeld te krijgen van zowel de genetische eigenschappen als de lichaamskenmerken van de eerste diersoort.


De spons Suberites domuncula, die een chemische stof maakt die de differentiatie van cellen beÔnvloedt

Sponzen worden al heel lang beschouwd als de oudste dieren, omdat ze zo primitief zijn: geen voor- of achterkant, geen spijsverteringskanaal, laat staan hersenen. Volwassen dieren pompen zeewater door de holten in hun lichaam om daar zo voedsel aan te onttrekken. Toch hebben de huidige sponzen zeer gespecialiseerde cellen. Stamcellen zorgen voor sperma en eieren, 'huidcellen' zorgen voor een beschermende buitenlaag, enz. Al deze cellen moeten samenwerken, waarvoor een vorm van communicatie nodig is. De sponzen gebruiken, net als meer complexe dieren, bepaalde moleculen om zulke boodschappen over te brengen. Onderzoek van de spons Reniera wijst uit dat de embryo's van dat geslacht al tenminste 11 gespecialiseerde celtypen hebben, die in een speciaal patroon liggen gerangschikt. Die cellen moeten tijdens de ontwikkeling van het embryo 'verhuizen', en dat gebeurt waarschijnlijk onder invloed van chemische stoffen die niet overal in even grote concentratie voorkomen; de veranderingen in concentratie wijzen de cellen als het ware de weg.

Uit een andere spons, Suberites domunculata, is inmiddels een stof geÔsoleerd die zo'n rol lijkt te vervullen en die ook de celdifferentiatie in zowel embryo's als volwassen exemplaren van deze soort lijkt te bepalen (of op z'n minst beÔnvloeden). Ook blijkt dat bepaalde bouwstenen van genetisch materiaal, dat medebepalend is voor hun vorm, in alle dieren voorkomt. Dat wijst erop dat ook de eerste dieren al zulk materiaal bevatten, dus dat ze daarmee over een soort - nog steeds gebruikt - bouwplan beschikten. Waar dat materiaal vandaan kwam, wordt nu onderzocht met behulp van choanoflagellaten, eencellige afstammelingen van de voorouders van het 'oerdier'. Deze choanoflagellaten lijken sterk op bepaalde sponscellen, maar bevatten ook veel van het 'gereedschap' dat nodig is om meercellige organismen te vormen.

Dit lijkt erop te wijzen dat al vroeg in de geschiedenis van het leven eencellige organismen zulk gereedschap kunnen hebben bezeten. Waarom vormden ze dan 'pas' 600 miljoen jaar geleden meercellige levensvormen? Dat zou, volgens deskundigen, weleens kunnen komen omdat niet het genetisch materiaal daarvoor doorslaggevend was, maar het leefmilieu. Een van de hypotheses daaromtrent is dat er voldoende zuurstof in de atmosfeer moest zijn. De oorzaak van die zuurstoftoename tot de noodzakelijke 'drempelwaarde', zo'n 600 miljoen jaar geleden, is overigens nog een punt van discussie.

Referenties:
  • Moorbath, S., 2005. Dating earliest life. Nature 434, p. 155.
  • Pilcher, H., 2005. Back to our roots. Nature 435, p. 1022-1023.


Copyright © NGV 1999-2017
webmaster@geologischevereniging.nl