NGV-Geonieuws 170

NGV-Geonieuws: elektronisch geologisch tijdschrift

• 1040 Een nieuwe dino met een ‘hart hoofd’
• 1041 Sabeltandtijger had extreem gespierde voorpoten
• 1042 Onderzeese vulkaan in detail bekeken
• 1043 Aarde blijkt iets jonger
• 1044 Torosaurus legt het loodje ten gunste van Triceratops
• 1045 De ontwikkeling van de schedel van een fossiel buideldier
• 1046 Er kan meer gericht naar diamant worden gezocht
• 1047 Nieuwe inzichten in beweging van lithosfeerschollen
• 1048 Raadselachtige tijdelijke afbraak van de thermosfeer
• 1049 Type sediment beïnvloedde kracht van aardbevingen bij Sumatra
• 1050 Vleesetende dino’s groeven zoogdieren op
• 1051 Gezamenlijke voorouder van apen en mensapen gevonden
• 1052 Ongewone variatie in diepzeebronnen
• 1053 Verwachte afkalving van enorme drijvende gletsjertong een feit
• 1054 Het ritme van de Stromboli
• 1055 Fossiele vertebraten geven lichaamstemperatuur prijs
• 1056 Niveau van meren op Titan fluctueert
• 1057 Leven zou in mica kunnen zijn ontstaan
• 1058 Atmosferisch zuurstofgehalte in geologisch verleden is te bepalen
• 1059 Carbonaten op Mars lijken mineralogisch op Pilbara stromatolieten
• 1060 Een kloddervormig silurisch ‘ding’ in drie dimensies
• 1061 Fotokaart van Mars voor iedereen beschikbaar
• 1062 Een ijskap op Hawaiï
• 1063 Genoom van spons werpt licht op de complexiteit van dieren
• 1064 De best bewaarde mosasauriër zwom als een haai
• 1065 ‘Duizelingwekkende’ draaiing van Gondwanaland of poolverschuiving?

  << Vorige uitgave: 169 | Volgende uitgave: 171 >>

1040 Een nieuwe dino met een ‘hart hoofd’ Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon, AMU, Poznan

Chasmosauriërs behoren tot de ceratopsiden; ze worden gekenmerkt door een soort ‘kraag’ op hun kop, waarvan het nut vooralsnog niet echt duidelijk is. De kraag bevat twee openingen, die waarschijnlijk met huid waren bedekt, maar dat is niet zeker. Een nieuw ontdekte soort heeft een kraag die hartvormig is, daarmee afwijkend van de vormen van de meer dan tien bekende verwante soorten. Als gevolg hiervan zou kunnen worden beweerd dat deze nieuwe soort zijn hart op zijn hoofd draagt.


De hartvormige schedel van Mojoceratops.

De chasmosauriërs, waarvan alleen vertegenwoordigers uit het Laat-Krijt bekend zijn, waren alle planteneters. Dat geldt ook voor de nieuwe soort, die Mojoceratops perifania is gedoopt, en die wat betreft zijn omvang vergelijkbaar is met een nijlpaard. Hij leefde ongeveer 75 miljoen jaar geleden (waarschijnlijk stierf hij binnen ongeveer een miljoen jaar uit), zo’n 10 miljoen jaar eerder dan de verwante - en bekende - Triceratops. Zijn resten werden gevonden in de Canadese provincies Alberta en Saskatchewan.


Vergelijking van de schedel van Mojoceratops (rechtsonder) met die van andere chasmosauriërs.

De geslachtsnaam was een min of meer toevallige vondst van onderzoeker Longrich. Het einde (ceratops; Grieks voor ‘gezicht met hoorns) lag voor de hand, gezien het om een ceratopside sauriër gaat. Toen Longrich bij een biertje over een naam nadacht, vond hij Mojoceratops erg goed klinken, maar pas nadat hij deze prettig luidende naam had bedacht, zocht hij in een etymologisch woordenboek op of ‘mojo’ ook iets betekent. En dat bleek het geval: het is een Afro-Amerikaanse term (uit het begin van de 20e eeuw) voor een amulet of talisman die vooral gebruikt wordt om iemand van de andere sekse aan te trekken. Omdat een van de hypotheses over het nut van de kraag is dat die dient om een paringspartner aan te trekken, bleek de naam dus wel heel passend. En met een hartvormige structuur nog meer! De soortnaam perifania betekent ‘trots’ in het Grieks.


Cartoon van Mojoceratops met zijn hartvormige ‘kraag’.

.

Referenties:

• Longrich, N.R., 2010. Mojoceratops perifania, a new chasmosaurine ceratopsid from the late campanian of western Canada. Journal of Paleontology 84, p. 681-694.

Illustraties (Nicolas Longrich, Yale University) welwillend ter beschikking gesteld door Suzanne Taylor Muzzin, Yale University, New Haven, CN (Verenigde Staten van Amerika)

1041 Sabeltandtijger had extreem gespierde voorpoten Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon, AMU, Poznan

De sabeltandtijger (Smilodon fatalis) is een van de grote zoogdieren die deel uitmaakte van de megafauna die omstreeks 10.000 jaar geleden plotseling grotendeels van de aarde verdween. Zijn enorme hoektanden maken hem tot een van de meest bekende soorten van de megafauna, die overigens ook zijn voedsel vormde. Hij had het vooral op dieren zoals bisons, kamelen, mammoeten en mastodonten voorzien. Met zijn enorme hoektanden kon hij deze grote dieren gemakkelijk zodanige verwondingen toebrengen (net als de huidige panters en diens verwanten scheurde hij waarschijnlijk de keel van zijn prooi open) dat zij de strijd snel moesten opgeven.


de sabeltandtijger is vooral bekend vanwege zijn enorme hoektanden.

Het is echter niet zo gemakkelijk om dergelijke tanden, bijv. na een sprong, goed in de keel van een prooi te planten: de prooi beweegt immers, schudt zijn kop en de keel is daarom geen gemakkelijk doelwit. Panters bespringen daarom hun prooi en klampen zich met hun klauwen aan hun prooi vast, waardoor zij langer de gelegenheid krijgen om de keel van de prooi met een welgemikte beet kapot te rijten.

Bij deze manier van jagen moet je uiteraard stevige tanden hebben, die bestand zijn tegen de krachten die worden opgeroepen wanneer de prooi zijn kop in alle richtingen schudt. De huidige katachtigen hebben daarom betrekkelijk korte, vaak kegelvormige tanden, die een ronde doorsnede hebben; de sabeltandtijger had echter kwetsbaarder tanden: niet alleen veel langer, maar ook ovaal in doorsnede. Dergelijke tanden breken relatief gemakkelijk als er grote krachten op worden uitgeoefend. Er is daarom wel gespeculeerd over de mogelijkheid dat de sabeltandtijger een andere wijze van jagen had dan de huidige katachtigen.

Het skelet van een sabeltandtijger.

Röntgenopnames van het opperarmbeen van een recente jaguar (Panthera onca; links) en de sabeltandtijger (rechts) (Cr = doorsnede).

Onderzoek heeft nu duidelijk gemaakt dat de botten uit de voorpoten van sabeltandtijgers aanhechtingsplekken van spieren vertonen die uitwijzen dat die spieren uitzonderlijk sterk moeten zijn geweest. Zo sterk dat deze dieren waarschijnlijk in staat waren om, wanneer ze hun prooi hadden besprongen, te voorkomen dat hun prooi de kop nog heen en weer kon schudden. Zo konden ze niet alleen zorgen dat de keel van de prooi goed bereikbaar was, maar ook voorkwamen ze zo dat hun hoektanden zouden afbreken.

Om te onderzoeken hoeveel sterker de voorpoten van sabeltandtijgers waren dan die van vergelijkbare katachtigen, maakten onderzoekers röntgenfoto’s van de voor- en achterpoten van fossiele katachtigen die ‘heelhuids’ waren opgedolven uit de beroemde teerputten van La Brea in Los Angeles. Zo konden ze de grootte en doorsnede van de botten vaststellen. Tevens deden ze dat voor een fossiel exemplaar van de Amerikaanse leeuw, de grootste katachtige met kegelvormige tanden die ooit heeft geleefd. Daarbovenop maten ze deze botten ook bij 28 recente katachtigen, uiteenlopend van een tijgerkat van 3 kg tot een tijger van 300 kg.


Zo moet de sabeltandtijger eruit hebben gezien.

Uit de metingen konden de onderzoekers de sterkte en rigiditeit van de botten berekenen. Niet verbazend was de uitkomst dat de sterkte van de botten van de 30 onderzochte soorten vrijwel altijd toenam met toenemende lengte van de voorpoten. Maar bij de sabeltandtijger bleken de botten uit de voorpoten exceptioneel sterk in verhouding tot hun lengte, vooral doordat ze een veel ‘te grote’ doorsnede hadden. Bovendien was de cortex (de dichte, buitenste laag van de botten) verhoudingsgewijs dikker dan bij de andere katachtigen, waardoor de botten extra sterk waren. Dat wijst erop dat de voorpoten grote krachten te verduren hadden, want net zoals mensen nu een dikkere cortex krijgen wanneer ze veel met gewichten oefenen, zo hebben de sabeltandtijgers door hun wijze van jagen waarschijnlijk niet alleen de spieren van hun voorpoten steeds sterker gemaakt, maar deed dat ook de cortex van de botten in de voorpoten dikker worden.

Referenties:

• Meachen-Samuels, J.A. & Valkenburgh, B. van, 2010. Radiographs reveal exceptional forelimb strength in the saber-toothed cat, Smilodon fatalis. Plos ONE 5 (7): e11412, doi:10.1371/journal.pone.0011412.

Foto's welwillend ter beschikking gesteld door Julie Meachen-Samuels, Department of Ecology and Evolutionary Biology, University of California Los Angeles, Los Angeles, CA; nu: National Evolutionary Synthesis Center, Durham, NC (Verenigde Staten van Amerika).

1042 Onderzeese vulkaan in detail bekeken Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon, AMU, Poznan

Een Indonesisch-Amerikaans onderzoek van de diepzeebodem ten noorden van Sulawesi heeft prachtige beelden opgeleverd van de Kawio Barat (West Kawio), een onderzeese vulkaan van 3800 m hoog. De beelden werden deels geofysisch verkregen vanaf het onderzoekschip Okeanos Explorer, deels in de vorm van foto’s die werden gemaakt vanuit een op afstand bediend voertuigje, de Hercules. De grote vulkaan werd als eerste belangrijk onderzoeksobject van de expeditie uitgekozen omdat dit een goede mogelijkheid bood om apparatuur te testen en de uitkomsten te vergelijken met gegevens die in 2004 tijdens een Indonesisch-Australisch onderzoek waren verkregen.


Het onderzoekship Okeanos Explorer.

Het water ter plaatse van de immense vulkaan is zo’n 6800 m diep, wat betekent dat de top van de vulkaan nog altijd zo’n 3 km onder de zeespiegel ligt. Toch blijkt de vulkaan vol met leven. Dat hangt waarschijnlijk samen met de relatief aangename temperratuur voor die diepte, want de vulkaan lijkt, hoewel er geen directe aanwijzingen zijn dat hij actief is, ook niet dood; er komen tenminste op sommige foto’s van de Hercules pluimen met gasbelletjes voor, die erop wijzen dat er nog steeds gassen uit de vulkaan ontsnappen.

Het op afstand bediende voertuig Hercules daalt af naar de top van de Kawio Barat.

Met sonar verkregen 3-D beeld van de Kawio Barat.

Het onderzoek wordt niet alleen vanwege wetenschappelijke nieuwsgierigheid uitgevoerd, maar ook om praktische redenen. Zo hoopt men, onder meer door bestudering van de aanwezige levensvormen, meer te weten te komen welke gevaren dat leven bedreigen, en hoe maatregelen kunnen worden genomen om de oceanen gezond te houden. Een belangrijke rol daarbij spelen verbetering van het inzicht in de diepzee-ecosystemen, in de verzuring van de oceaan en in de invloed van klimaatverandering. Beter inzicht in die factoren is overigens niet alleen gewenst om de oceaan gezond te houden, mar ook om te zorgen dat de oceaan voldoende voedsel kan blijven leveren. Daarbij wordt in dit geval natuurlijk eerst gedacht aan de enorme bevolking van Indonesië, die niet alleen op de paar bekende grote eilanden is geconcentreerd, maar die deels verspreid is over de 17.000 eilanden waaruit Indonesië is opgebouwd; vooral de bewoners van kleine eilanden zijn voor hun voedsel vrijwel uitsluitend op de zee aangewezen.

Op de vulkaan krioelt het van leven.

Opname door de Hercules van een gaspluim uit de top van de vulkaan.

Het onderzoek, dat grotendeels vanuit het NOAA commandocentrum in Seattle wordt gestuurd, volgt een logische opzet. Eerst wordt de zeebodem in kaart gebracht (dat gaat snel: omstreeks 5000 km2 per week, maar de oceaan is natuurlijk wel heel erg groot ...), en als daarbij iets interessants wordt opgemerkt, wordt het schip gestopt om, met behulp van speciale apparatuur, meer gegevens te verzamelen. In dergelijke gevallen kan ook de Hercules worden ingezet, die tot dieptes van zo’n 4 km kan opereren. Dankzij de verlichting die aangezet kan worden, kunnen foto’s en video-opnames worden gemaakt die direct aan boord en in het commandocentrum in Seattle kunnen worden bekeken.


Marien biologe Verena Tunnicliffe bekijkt beelden
van de expeditie in het NOAA commandocentrum in Seattle.

.

Referenties:

• NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration), 2010. NOAA ship explores undersea volcano more than 10,000-ft. high, maps Indonesian ocean seafloor. Press release.

Foto’s: INDEX 2010: “Indonesia-USA Deep-Sea Exploration of the Sangihe Talaud Region”.

1043 Aarde blijkt iets jonger Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon, AMU, Poznan

Wat is anderhalf procent van een leven? Bij een mens gaat dat om ongeveer een jaar. Dat is te overzien. Ook voor de aarde is anderhalf procent van zijn huidige ouderdom natuurlijk relatief weinig. Maar het gaat dan wel om 70 miljoen jaar, een tijdsduur die langer is dan die vanaf de K/T-grens tot nu. Het lijkt dus maar van betrekkelijk belang of de aarde 70 miljoen jaar ouder of jonger is, maar toch blijkt dat wel degelijk het geval.


De aarde ontstond door de concentratie van gassen en vaste objecten.

Geochemisch onderzoek van materiaal uit de aardmantel en vergelijking van de gegevens met soortgelijke gegevens van meteorieten geeft namelijk niet alleen aan dat de aarde zo’n 70 miljoen jaar jonger is dan tot nu toe werd aangenomen, maar ook dat de geschiedenis van de aarde in wording anders moet zijn geweest dan gedacht.

Ons zonnestelsel is ca. 4,567 (wat een gemakkelijk getal!) miljard jaar oud. De aarde ontstond, net als de andere planeten, doordat gassen en vaste deeltjes zich in bepaalde banen concentreerden, waardoor het gewicht van deze ‘embryonale’ planeten geleidelijk toenam. Dat leidde tot een sterkere aantrekkingskracht, die er op zijn beurt weer toe leidde dat steeds meer materiaal uit de ruimte werd aangetrokken. Dit geleidelijke aangroeiingsproces wordt gewoonlijk met de term ‘accretie’ aangeduid.

Steeds meer “planetaire embryo’s” voegden zich samen tot een groter geheel.

Artistieke weergave van een protoplaneet.

Deze accretie duurde volgens eerdere inzichten ongeveer 30 miljoen jaar. Het nieuwe onderzoek wijst nu uit dat de aarde weliswaar in relatief korte tijd aangroeide tot zo’n 60% van zijn huidige omvang, maar dat verdere aangroei veel langzamer ging, waardoor het hele proces zo’n 100 miljoen jaar duurde: 70 miljoen jaar meer dan tot nu toe werd gedacht. Een vraag die hierbij natuurlijk wel gesteld kan worden is wanneer de aarde overging van een protoplaneet in een volwassen planeet. In het algemeen wordt daarbij het standpunt ingenomen dat een planeet pas volwassen is als hij - mits zijn grootte dat toelaat - differentiatie heeft ondergaan (wat vooral kan plaatsvinden door de vloeibare toestand waarin de protoplaneet verkeert als gevolg van de warmte die vrijkomt bij botsingen met, of inslagen van, andere vaste hemellichamen), waardoor een relatief zware kern is ontstaan. In het geval van de aarde gaat het om een kern die vrijwel geheel uit metalen bestaat, terwijl de mantel en de korst grotendeels uit silicaten bestaan.

Bij de differentiatie tussen kern en mantel/korst ‘kiezen’ bepaalde chemische elementen voor of tegen opname in de kern (of de mantel/korst). Dergelijke elementen komen daardoor relatief veel of weinig voor in de mantel. Een van de elementen die relatief veel in de mantel voorkomt in hafnium (Hf). De radioactieve isotoop Hf-182 gaat door radioactief verval over in wolfraam-182. Wolfraam (W) is een element dat juist affiniteit tot de metallische kern heeft. Het W-182 dat nu in de aardmantel wordt aangetroffen, moet dus voor een deel uit hafnium zijn ontstaan nadat de differentiatie tussen kern en mantel/korst plaatsvond. De relatieve hoeveelheden van deze isotopen zijn al eerder vergeleken met de waarden die voorkomen in chondrieten, primitieve (steen)meteorieten die nog steeds op aarde vallen, en die oude brokstukken vertegenwoordigen die nooit een differentiatie van kern en mantel hebben ondergaan omdat ze daarvoor te klein zijn. De vergelijking van deze waarden gaf, op basis van de bekende tijd waarin de helft van Hf-182 vervalt tot W-182, aan dat de accretieperiode van de protoaarde zo’n 30 miljoen jaar moet hebben geduurd.


Chondrieten deden dienst als referentiemateriaal
om de accretieduur van de aarde te bepalen.

Onderzoekers hebben een en ander nu vergeleken op basis van de tijdsduur waarin uranium overgaat in lood. Daaruit blijkt dat de accretie van de aarde nooit binnen 30 miljoen jaar kan hebben plaatsgevonden. Een eerste fase van snelle accretie moet 10-40 miljoen jaar hebben geduurd, waarna de accretie gedurende zo’n 70 miljoen jaar langzamer plaatsvond. Volgens deze berekeningen is de aarde geen 4,537 miljoen maar 4,467 miljoen jaar oud.

Referenties:

• Rudge, J.F., Kleine, T. & Bourdon, B., 2010. Broad bounds on Earth’s accretion and core formation constrained by geochemical models. Nature Geoscience 3, 439-443.
  
• Elliot, T., 2010. Hard core constraints on accretion. Nature Geoscience 3, 382-383.

1044 Torosaurus legt het loodje ten gunste van Triceratops Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon, AMU, Poznan

Regelmatig worden restanten van voordien onbekende soorten dinosauriërs gevonden. Nu is er echter een dino van het toneel verdwenen, en bijna was dat de fameuze Triceratops. Maar gelukkig heeft hij overleefd, zij het dat het overbekende beeld van hem wel moet worden bijgesteld. Een en ander is het gevolg van onderzoek waaruit blijkt dat Triceratops en Torosaurus niet twee verschillende geslachten zijn, maar tot hetzelfde geslacht behoren. Dat betekent dat de naam Torosaurus uit de boeken moet worden geschrapt, want (gelukkig) werd Triceratops twee jaar eerder beschreven dan Torosaurus, en dus heeft Triceratops, overeenkomstig de regels der biologische nomenclatuur, de oudste en daarmee doorslaggevende rechten op een eigen naam.


De kop van Triceratops zoals tot nu toe aangenomen (links)
en de werkelijke kop met veel grotere kraag (rechts);
tekeningen door Holly Woodward.

Het lijkt op het eerste gezicht moeilijk te geloven dat Triceratops en Torosaurus geen verschillende geslachten zijn. Triceratops heeft namelijk een relatief korte maar stevige kraag, terwijl die van Torosaurus veel hoger is en twee grote gaten of dunne plekken heeft. Dat het, volgens de onderzoekers, toch om één enkel geslacht gaat, leiden ze af uit verschillende gegevens. Ze komen daarbij tot de conclusie dat de - toch niet kleine - Triceratops de onvolwassen vorm was van wat tot nu toe als Torosaurus werd beschouwd. Dat betekent dus dat de juveniele vormen niet gewoon verkleinde uitgaven van de volwassen vormen waren. Maar dat is niets nieuws: al eerder werd aangetoond dat er tijdens de groei grote veranderingen optraden in de schedels van pachycephalosauriërs, tyrannosauriërs en diverse andere groepen dino’s.

De vindplaats van een Triceratops bij Hell Creek Ranch (foto Lon Bolick)

uitgraven van een Triceratops-schedel (foto Jeanette Wolak).

De onderzoekers kwamen tot de conclusie dat er sprake is van slechts één geslacht na het meten van de lengte, breedte en dikte van tientallen schedels. Ze bestudeerden ook de microstructuur daarvan, evenals de vorm van de kragen. Het microscopisch onderzoek toonde aan dat de weefsels van Torosaurus veel sterker waren veranderd door veroudering dan die van zelfs de grootste exemplaren van Triceratops. Dat is een zeer sterk argument. Daarnaast bleek dat de gemeten karakteristieken van de schedels van Triceratopsafhankelijk zijn van de grootte van de schedel, en dat zelfs bij de grootste schedels nog verschillen bestaan die wijzen op een voortgaande ontwikkeling tijdens groei.

Het uitgebreide onderzoek waaruit deze conclusie werd getrokken, maakte deel uit van een veel groter, tien jaar durend, onderzoek van de Hell Creek Formatie in de Amerikaanse staat Montana. Dat onderzoek had als eerste doelstelling om de ecosystemen ter plaatse gedurende het Krijt te reconstrueren. Daartoe werden onder meer honderden exemplaren van fossiele dino’s opgegraven. Zo’n 40% van alle exemplaren kon worden toegeschreven aan Triceratops, waarbij exemplaren van uiteenlopende stadia van ontwikkeling werden aangetroffen, met schedels die in grootte varieerden van een voetbal tot en kleine auto. Het aantal exemplaren van Torosaurus was veel kleiner, en het betrof alleen volwassen exemplaren, met zeer grote schedels.


Onderzoeker John Scanella bij Hell Creek Ranch
(foto Lon Bolick).

Dat doet de vraag rijzen waarom er zo weinig volwassen exemplaren van dit dier werden aangetroffen, en juist veel onvolwassen exemplaren. De onderzoekers opperen als mogelijkheid dat het dier zoveel vijanden had dat slechts weinig exemplaren de kans kregen om volwassen te worden.

Referenties:

• Scanella, J.B. & Horner, J.R., 2010. Torosaurus Marsh, 1891, is Triceratops Marsh, 1889 (Ceratopsidae: Chasmosaurinae): synonymy through ontogeny. Journal of Vertebrate Paleontology 30, p. 1157-1168.

Foto’s: Montana State University.

1045 De ontwikkeling van de schedel van een fossiel buideldier Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon, AMU, Poznan

De ontwikkeling van een nog ongeboren jong weerspiegelt de evolutionaire ontwikkeling van de diergroep waartoe het behoort; in wetenschappelijke bewoordingen: de ontogenie weerspiegelt de fylogenie. De vondst van 26 schedels van een fossiel buideldier, Nimbadon lavarackorum,is daarom van groot paleontologisch belang.

De vondst werd gedaan in de Australische staat Queensland, in de beroemde Riversleigh World Heritage fossielenvindplaats. Ter plaatse bestond zo'n 15 miljoen jaar geleden een grot, maar de kalksteen ter plaatse is inmiddels verdwenen. Op de bodem van de grond stapelde zich echter nog aanwezig sediment op, met daarin de restanten (botten) van dieren die in de grot aan hun eind kwamen (mogelijk vielen ze via een verticale schacht in de grot). Daartoe behoren kangoeroe's, bosvleermuizen, primitieve buideldassen, buidelwolven en een op een wombat lijkend buideldier. Om de schedels van dit laatste dier gaat het hier.

Opgraving bij Riversleigh site AL90.

Compleet (samengesteld) skelet van Nimbadon lavarackorum.

De 26 schedes van dit dier (Nimbadon) vertegenwoordigen namelijk verschillende ontwikkelingsstadia, uiteenlopend van zuigelingen die nog in de buidel van hun moeder leefden tot oude individuen. Door deze schedels met elkaar te vergelijken konden de onderzoekers vaststellen dat de ontwikkeling van Nimbadon, waarvan de jongen moeten zijn geboren na ongeveer een maand zwangerschap waarna ze in de buidel van hun moeder kropen om hun vroege ontwikkeling te voltooi en, niet wezenlijk verschilde van die van de huidige buideldieren.


Onbewerkt blok uit de grotbodem
met restanten van Nimbadon.

De schedels van Nimbadon tonen aan dat de botten aan de voorkant het eerst een sterke groei doormaakten, wat het drinken van moedermelk mogelijk maakte. In een latere ontwikkelingsfase, toen ook bladeren op het menu kwamen te staan, ontwikkelde de rest van de schedel zich; de schedel werd pas toen stevig doordat zich een serie benige kamers rondom de hersenen ontwikkelde. De hersenen bleven, zoals blijkt uit de grootte van de hersenpan, vrij klein, en de groei ervan stopte al betrekkelijk vroeg in het leven van een individu. Dat zich toch een stevige schedel ontwikkelde, was volgens de onderzoekers waarschijnlijk dan ook niet bedoeld om de hersenen te beschermen. De schedel van volwassen exemplaren vertoont ook veel inhammen en holtes; die vergroten het oppervlak, om zo goede aanhechtingsplaatsen te bieden voor de vele sterke spieren die onder meer nodig waren om grote hoeveelheden bladeren kapot te kauwen.

Schedel van een jong van Nimbadon dat nog in de buidel van zijn moeder leefde.

Schedel van een volwassen exemplaar van Nimbadon.

Naast de vele schedels werden ook honderden andere goed gepreserveerde botten gevonden, zowel van Nimbadon (voldoende om een compleet skelet te reconstrueren)als van andere dieren. Ook fossiele plantenresten werden aangetroffen. Die zijn mogelijk afkomstig van vegetatie die de schacht aan het oog onttrok waardoor de diverse dieren omlaag vielen.

Het sedimentpakket met fossielen lijkt metersdiep. Tot nu toe is alleen het bovenste laagje verwijderd, maar het is al wel duidelijk geworden dat er nog duizenden fossiele botten liggen te wachten. Er kan in de loop van de komende jaren dus nog veel meer duidelijk worden over de flora en fauna van dit deel van Australië, dat destijds een vochtig, warm klimaat kende, resulterend in een weelderige "broeikasvegetatie". Echter, het klimaat begon al over te gaan naar een droger type, met onherroepelijk een effect op de flora en fauna.

Referenties:

• Black, K.H., Archer, M., Hand, S.J. & Godthelp, H., 2010. First comprehensive analysis of cranial ontogeny in a fossil marsupial - from a 15 million year old cave deposit in northern Australia. Journal of Vertebrate Paleontology 30, p. 993-1011.

Foto's welwillend ter beschikking gesteld door Karen Black, Vertebrate Palaeontology Lab., School of Biological, Earth & Environmental Sciences, University of New South Wales, Sydney (Australië).

1046 Er kan meer gericht naar diamant worden gezocht Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon, AMU, Poznan

Diamant is zo zeldzaam dat er tonnen gesteenten moeten worden verkruimeld om een diamant van een paar karaat te vinden. Juist dat zeldzame voorkomen belemmert het opstellen van betrouwbare modellen die aangeven waar diamant een (relatief) grote waarschijnlijkheid van voorkomen heeft. Natuurlijk is allang bekend dat er twee belangrijke typen voorkomens zijn: alluviale placers (plekken in een rivierafzetting waar de relatief zware diamanten tussen ander grind zijn geconcentreerd) en vulkanische kraterpijpen van kimberliet en lamproiet. De diamanten in alluviale placers zijn uiteindelijk (voor het overgrote merendeel) uit kimberliet of lamproiet afkomstig, en daarom zou een betere kennis omtrent de plaats waar dergelijke vulkanische pijpen ontstaan, van groot belang zijn voor de opsporing van nieuwe diamantvoorkomens.

Ruwe diamanten zijn niet veel fraaier dan veel andere kristallen ...

... maar geslepen als briljant zijn ze - letterlijk - schitterend.

Opnieuw is die kennis nu uitgebreid, zij het dat het gaat om de onderbouwing van een van de diverse hypotheses over de plaats waar (vooral) kimberlietpijpen voorkomen. De desbetreffende hypothese stelde dat kimberlietpijpen worden gevormd door de - veelal in pulsen plaatsvindende - opstijging van heet magma uit de diepe aardmantel (mantelpluimen). Al zo=n 40 jaar geleden werd gesuggereerd dat die mantelpluimen begonnen op de grens tussen mantel en kern, zo=n 2000 km diep, maar daarvoor bestond tot voor kort geen overtuigend bewijs. Overtuigende aanwijzingen daarvoor zijn pas in de afgelopen paar jaar gevonden.

Een onderzoeksteam heeft nu deze aanwijzingen gecombineerd met seismische gegevens uit de diepe aarde. Die seismische gegevens zin eerder verzameld om na te gaan hoe de lithosfeerschollen in de afgelopen 500 miljoen jaar bewogen ten opzichte van elkaar. Uit die combinatie van gegevens, met daaraan gekoppeld allerlei berekeningen, stelden de onderzoekers vast hoe de structuur van de diepe aardmantel zich gedurende de laatste 500 miljoen jaar ontwikkelde. Daarbij bleek dat twee grote volumes mantelmateriaal juist boven de grens tussen kern en mantel gedurende al die tijd op dezelfde positie zijn blijven liggen. Die bevinding was geheel onverwacht, omdat algemeen wordt aangenomen dat de diepe aardmantel, hoewel vast, zo heet is en onder zo=n hoge druk staat dat er voortduren bewegingen in moeten plaatsvinden.

Diamanten ontstaan vooral in de bovenmantel door- dat daar de optimale temperatuur en druk heersen. Wanneer magma van grotere diepte opstijgt, kan het diamanten uit de bovenmantel tot aan of nabij het aardoppervlak meevoeren.

Aan het aardoppervlak wordt diamant vooral in kimberliet- en lamproietpijpen gevonden.

Diamanthoudende kimberlieten komen, zoals al zo=n 50 jaar bekend is, geconcentreerd voor in de oude kernen (cratons) van de continenten. Die kernen beslaan ca. 10% van de continenten, en de zoektocht naar diamanten heeft zich tot nu toe daarom vooral op die 10% gericht. Nu blijkt dat mantelpluimen alleen onder bepaalde omstandigheden op de grens tussen kern en mantel ontstonden, kan het zoeken naar diamanten tot veel kleinere gebieden worden beperkt

Referenties:

• Torsvik, T.H., Burke, K., Steinberger, B., Webb, S.J. & Ashwal, L.D., 2010. Diamonds sampled by plumes from the core-mantle boundary. Nature 466, p. 52-355.

1047 Nieuwe inzichten in beweging van lithosfeerschollen Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon, AMU, Poznan

Dat de lithosfeer is opgebouwd uit grotere en kleinere schollen, en dat die ten opzichte van elkaar bewegen, is inmiddels algemeen bekend. Waarom ze op een bepaalde manier bewegen, waarom ze met een bepaalde snelheid bewegen, en waarom de grenzen tussen de schollen lopen zoals ze lopen, is echter veel minder duidelijk. Nieuw onderzoek, onder leiding van de in Australië werkzame Nederlander Wouter Schellart, maakt nu meer duidelijk.

Computersimulatie van een lithosfeerschol gedurende subductie, waarbij een plak deels wegduikt in de bovenmantel en deels rust op de grens tussen onder- en bovenmantel. De rode kleur geeft de hoogste deformatie- snelheid aan, de paarse de laagste (figuur Wouter P. Schellart).

Het gedurende 30 miljoen jaar wegzinken van de Farallon-schol onder het Noord-amerikaanse continent resulteerde in de typische topografie van de Basin and Range Province in het westen (omlijnd gebied is Nevada) (figuur Mike Sandford, Universiteit van Melbourne, Australië).

Het onderzoek maakte zowel van waarnemingen als van geavanceerde computermodellen gebruik. Daarmee ontwikkelden de onderzoekers een mathematische theorie die aangeeft dat zowel de bewegingssnelheid van de lithosfeerschollen als hun onderlinge grenzen afhangen van de grootte van de subductiezone en van de aanwezigheid van scherpe randen van die zones. Het klinkt erg ingewikkeld (en dat is het in feite ook), maar het beeld wordt wellicht duidelijker via de vergelijking die onderzoeker Dave Stegman maakt met de vloeistofdynamische wetten die aangeven hoe een muntstuk in een pot met honing langzaam wegzinkt. Stegman ontwikkelde ook de computermodellen waarmee de tektonische bewegingen gedurende tientallen miljoenen jaren konden worden nagebootst. Die modellen geven aan dat het al weggezonken deel van een subducerende schol trekt aan het deel dat zich nog aan het aardoppervlak bevindt. Dat trekken resulteert in beweging van de schol en in beweging van de grens met de naburige schol; de grootte van de subductiezone bepaalt welk van beide bewegingen overheerst, en in welke mate dat gebeurt. Tot nu toe werd gedacht dat vooral de aardmantel en de convectiestromen daarin het gedrag van de lithosfeerschollen bepaalden; nu blijkt dus dat de schollen zelf een belangrijker rol spelen.

Schematische weergave van de ondergrond van de Basin and Range Province.

Onderzoeksleider Wouter Schellart (foto Monash University, Victoria, Australië).

Met de ontwikkelde theorie kunnen diverse waarnemingen ook daadwerkelijk worden verklaard. Zo is nu duidelijk waarom de Australische, Pacifische en Nazca schollen tot wel viermaal zo snel bewegen als de kleinere Afrikaanse, Euraziatische en Juan de Fuca schollen. Maar ook verklaart de theorie de wijze waarop bijvoorbeeld de oude Farallon-schol in de mantel wegzonk tussen Noord- en Zuid-Amerika. Deze schol verminderde zijn snelheid gedurende zijn beweging naar het oosten van zo’n tien tot slechts twee centimeter per jaar nu. De snelheidsafname resulteerde in een afnemende grootte van de subductiezone, van zo’n 14.000 tot zo’n 1400 km. Dat leidde tot een grote verandering van de topografie en de structuur van het westen van de Verenigde Staten. Tot 50 miljoen jaar geleden lag daar een bergketen die vergelijkbaar was met de Andes, en die van Canada tot het zuiden van Mexico doorliep. Toen de subductiezone kleiner werd, nam ook de druk langs de Amerikaanse westkust af, wat tot opbreking van het gebergte leidde. Zo ontstond de zogeheten Basin and Range Province, een gebied van ongeveer tweemiljoen vierkante kilometer dat is opgebouwd uit lange dalen en ruggen.

Referenties:

• Schellart, W.P., Stegman, D.R., Farrington, R.J., Freeman, J. & Moresi, L., 2010. Cenozoic tectonics of western North America controlled by evolving width of Farallon slab. Science 329, p. 316-319.

1048 Raadselachtige tijdelijke afbraak van de thermosfeer Auteur: prof.dr. A.J. (Tom) van Loon, AMU, Poznan

Op de grens van onze aardatmosfeer en de ruimte, op een hoogte van ongeveer 90-600 km, bevindt zich de thermosfeer, een laag waarvan de dichtheid fluctueert volgens de zonnecycli. Gedurende het minimum van de afgelopen cyclus, in 2008-2009, nam de dichtheid echter zo ver af dat van een ineenstorting van de thermosfeer kan worden gesproken: de dichtheid daalde tot zo’n 28% onder de laagste waarde die tijdens vorige minima was bereikt; dit komt overeen met een twee- tot driemaal zo grote afname als anders. De oorzaak van deze uitzonderlijke verandering blijft vooralsnog onduidelijk.

De thermosfeer is het gebied van meteorieten en satellieten die zich in een ban om de aarde bewegen, maar ook het gebied waar de zonnestraling voor het eerst contact maakt met de Aarde. Voor het leven op Aarde is belangrijk dat de thermosfeer extreem ultraviolette fotonen van de zon onderschept, die daardoor het aardoppervlak niet kunnen bereiken (minder extreem ultraviolet doet dat overigens wel). Bij sterk zonneactiviteit (de zonnecycli duren elk zo’n 11 jaar), zendt de zon veel extreem ultraviolette fotonen uit; daardoor wordt de thermosfeer opgewarmd, die daardoor uitzet. De temperatuur die hierbij wordt bereikt kan oplopen tot ca. 1400 K (1125 °C), wat de naam van de thermosfeer verklaart. Omdat de zonneactiviteit gedurende de laatste zonecyclus gering was (er waren weinig zonnevlekken), met een minimum in 2008-2009, richtten geofysici hun aandacht op de thermosfeer om na te gaan hoe die op zo’n uitzonderlijk minimum zou reageren.


De thermosfeer vormt de buitenste ‘laag’ van onze atmosfeer.

Dat gebeurde met behulp van een slim uitgedachte methode. Omdat satellieten een zekere (zeer geringe) wrijving ondervinden van de deeltjes waaruit de thermosfeer is opgebouwd, kan de dichtheid van de thermosfeer worden afgeleid uit de baanverandering die satellieten vertonen als gevolg van een (uiterst geringe) afname van hun snelheid. Onderzoekers analyseerden deze veranderingen voor meer dan 5000 satellieten die tussen 1967 en 2010 (bijna de hele periode waarin satellieten bestaan!) een baan volgden tussen 200 en 600 km boven het aardoppervlak. Zo verkregen ze voor die periode gegevens over dichtheid, temperatuur en druk van de thermosfeer. Daaruit bleek dat de dichtheid in 2008-2009 niet alleen veel geringer was dan ooit tevoren, maar ook dat de afname in dichtheid veel groter was dan verklaard kan worden door de afgenomen zonneactiviteit. Volgens de onderzoekers kan daarmee namelijk slechts zo’n 30% van de ‘extra’ afname worden verklaard.

Een van de hypotheses is dat CO₂ in de thermosfeer de temperatuurdaling heeft vergroot, maar ook de bekende eigenschappen van CO₂ kunnen de grootte van de temperatuurdaling niet geheel verklaren: die zouden slechts zo’n 10% van de ‘extra’ afname van de dichtheid kunnen verklaren. Dat betekent dat er voor 60% geen verklaring is. Mogelijk spelen klimaatveranderingen een rol: daardoor zouden bijvoorbeeld de samenstelling van de thermosfeer - en daarmee zijn thermische eigenschappen - kunnen veranderen, maar dat is speculatief want daarover bestaan nauwelijks gegevens.


De dichtheid (figuur a) van de thermosfeer op 400 km hoogte
nam toe en weer af gedurende de laatste vier zonnecycli.
Figuur b toont de intensiteit van de radiostraling van de zon
(golflengte 10,7 cm), een maat voor de zonneactiviteit.
In 2008 en 2009 was de dichtheid van de thermosfeer
28% lager dan tijdens eerdere zonnecycli (c).

Hierbij kan overigens worden aangetekend dat het minimum van de zonneactiviteit nu aan zijn cyclische einde komt, en dat de hoeveelheid extreem ultraviolette fotonen die de zon uitzendt weer toeneemt. Ook de dichtheid van de thermosfeer neemt weer toe. Maar de extreme dichtheidsafname in 2008-2009 blijft vooralsnog een raadsel.

Referenties:

• Emmert, J.T., Lean, J.L. & Picone, J.M., 2010. Record-low thermospheric density during the 2008 solar minimum. Geophysical Research Letters 37, L12102, doi:10.1029/2010GL043671, 5 pp.

Figuren (John Emmert): NASA.

1049 Type sediment beïnvloedde kracht van aardbevingen bij Sumatra Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon, AMU, Poznan

De locaties van de aardbevingen in 2004 en 2005 bij Sumatra.

Indonesië kent veel aardbevingen omdat er twee lithosfeerschollen bij elkaar komen, waarvan er een in een subductiezone vlak ten westen van Indonesië onder de ander wegschuift. Dat gebeurt niet regelmatig, maar doordat zich langzaam energie ophoopt die via plotseling bewegen (merkbaar als een aardbeving) weer vrijkomt. Gebeurt dat onder zee, dan kan een tsunami optreden, zoals de verwoestende ‘Kersttsunami’ van 2004 die ontstond na een aardbeving met een epicentrum vlak bij Sumatra. Niet altijd treedt zo’n tsunami op bij een aardbeving, en de wel optredende tsunami’s zijn lang niet altijd even groot. Dat bleek bij een nieuwe grote (zij het wat kleinere) aardbeving, die 3 maanden later op slechts korte afstand van de beving van december 2004 plaatsvond: die resulteerde slechts in een kleine, lokale tsunami.

Het onderzoek werd uitgevoerd vanaf het Duitse onderzoeksschip Sonne.

Onderzoekers zetten een airgun overboord.

Een internationaal team heeft, vanaf het Duitse onderzoeksschip Sonne, uitgezocht waarom er twee aardbevingen plaatsvonden (en niet één hele zware) en waarom ze zo verschillend waren. Ze deden dat door de sedimenten op de zeebodem ter plaatse te onderzoeken met geofysische instrumenten (airguns). Het bleek daarbij dat het breukvlak op de grens tussen de twee lithosfeerschollen op de locaties van de twee aardbevingen verschillende eigenschappen heeft. Dat betreft onder meer - maar als belangrijkste factor - de aard van de sedimenten ter plaatse. Daardoor vond in 2004 al een breukbeweging plaats op de ene plek, terwijl de spanning toen op de andere locatie pas in 2005 hoog genoeg was opgelopen om een beweging te krijgen.

Een serie airguns gaat af, zichtbaar als verstoringen van het zeeoppervlak.

Onderzoeker Sean Gulick maakt meetinstrumenten klaar

De breukbeweging in 2004 leidde, vooral door de samenstelling van de betrokken sedimenten, tot verplaatsing over een veel grotere afstand - en verder zeewaarts - dan die in 2005. Omdat de breukbeweging in 2004 over een aanzienlijk groter gebied plaatsvond, werd daar ook een grotere massa zeewater bij betrokken. Dat leidde tot de veel grotere tsunami in 2004. De onderzoekers vergeleken de geologie van de locatie waar de ‘Kersttsunami’ ontstond ook met die van andere subductiezones, en kwamen tot de conclusie dat die sterk afwijkt van die andere locaties, en wel zodanig dat de kans op grote aardbevingen en daarbij behorende verwoestende tsunami’s voor Sumatra uitzonderlijk groot is.


Onderzoekers op het achterschip van de Sonne.

.

Referenties:

• Dean, S.M., McNeill, L.C., Henstock, T.J., Bull, J.M., Gulick, S.P.S., Austin Jr., J.A., Bangs, N.L.B., Djajadihardja, Y.S. & Permana, H., 2010. Contrasting décollement and prism properties over the Sumatra 2004-2005 earthquake rupture boundary. Science 329, p. 207-210.
  
• Wang, K., 2010. Finding fault in fault zones. Science 329, p. 152-153.

Illustraties (foto’s © Science Party of SO-198-2; tekening © Nicolle Roger Fuller): National Science Foundation.

1050 Vleesetende dino’s groeven zoogdieren op Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon, AMU, Poznan

Dat er sauriërs hebben bestaan die groeven, was al bekend (zie Geonieuws 803). Het heeft er nu alle schijn van dat sommige vleesetende dino’s zelfs zoogdieren uit hun hol onder de grond opgroeven. Weliswaar zijn er nog geen harde bewijzen, mar de aanwijzingen zijn wel heel sterk. Die aanwijzingen bestaan uit sporen die in de Amerikaanse staat Utah gevonden zijn in gesteenten van 75-80 miljoen jaar oud (Laat-Krijt).

De indruk van een dinoklauw, die een stuk grond heeft weggegraven (illustratie: Max Needle en Edward Simpson).

Zo stellen de onderzoekers zich de dino voor bij het opgraven van zijn prooi.

De sporen werden aangetroffen in fijnkorrelige gesteenten die werden afgezet in een riviervlakte, waar overstromingen, net als in onze uiterwaarden, regelmatig zorgden voor de afzetting van nieuwe sliblagen. Zo bleven de sporen bewaard. Sommige van de gevonden pootafdrukken moeten, op basis van hun kenmerken (meer dan 20 cm diep en zo’n 10 cm in doorsnede, enorme klauwen), worden toegeschreven aan vleesetende dinosauriërs. Ze behoorden waarschijnlijk tot de dromaeosauriërs of de Troodontidae, groepen waarvan de talrijke soorten meer op vogels dan op reptielen leken. De sporen die ze achterlieten wijzen erop dat ze met hun grote (achter)poten aan het graven zijn geweest.

Onderzoeksleider Edward Simpson.

Sarah Tindall was een van de onderzoekers.

Op slechts enkele meters afstand vonden de onderzoekers structuren die ze interpreteren als grafgangen en (ondergrondse) kamers, waarvan één ongeveer 15 cm groot is. Dergelijke structuren zijn recent bekend van diverse soorten kleine zoogdieren. De graafactiviteiten van de dino’s vonden vlak bij deze gangen plaats, en soms werd een gang bereikt; op basis daarvan denken de onderzoekers dat de dino’s probeerden om deze zoogdieren op te graven, zoals sommige roofdieren dat nu ook doen.

Referenties:

• Simpson, E.L., Hilbert-Wolf, H.L., Wizevich, M.C., Tindall, S.E., Fasinski, B.R., Storm, L.P. & Needle, M.D., 2010. Predatory digging behavior by dinosaurs. Geology 38, p. 699-702.

1051 Gezamenlijke voorouder van apen en mensapen gevonden Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon, AMU, Poznan

De herkomst van de mens blijft intrigeren, en stukje bij beetje komt er steeds meer materiaal beschikbaar. Soms gebeurt dat min of meer per ongeluk, zoals in dit geval. Onderzoeker die in Saoedi-Arabië ‘op jacht’ waren naar fossiele walvissen en dinosauriërs, stuitten bij toeval op fragmenten van de schedel van een dier dat zij interpreteren als de laatste gezamenlijke voorouder van de apen en de mensapen.


De gevonden fragmenten van de schedel
(foto Julia Fahlke).

Hoewel het materiaal fragmentarisch is, kan eruit worden opgemaakt dat het dier (dat Saadanius hijazensis is gedoopt) geen kenmerken heeft die het mogelijk maakt om hem bij hetzij de apen hetzij de mensapen in te delen; aan de andere kant kan worden vastgesteld dat het vage kenmerken van beide groepen vertoont die aanduiden dat de splitsing tussen apen en mensapen bijna een feit was. Het dier, dat dus aan de vooravond van de afsplitsing stond, kan dus als de laatste gezamenlijke voorouder worden beschouwd.

Detail van een deel van de voor- zijde van de schedel (foto Julia Fahle).

De vondst van het stuk met verhemelte, bovenkaak en kiezen (foto Iyad Zalmout).

Tot nu toe was onduidelijk wanneer beide groepen uit elkaar gingen. Ook bestonden er verschillen van inzicht over de vraag hoe het gezicht van de laatste gezamenlijke voorouder er moest hebben uitgezien. Op beide vragen kan nu een, overigens nog niet erg duidelijk, antwoord worden gegeven.

Zowel de apen uit de ‘Oude Wereld’ (Afrika, Europa, Azië) als de mensapen behoren tot een groep van de primaten die als Catarrini bekend staan.


Een aap uit de ‘Oude Wereld’ (Theropithecus gelada)
(foto Brian Switek).

Hiertoe behoren onder meer de gibbon, de orang-oetan, de chimpansee, maar ook de Neanderthaler (Homo sapiens neanderthalensis) en de moderne mens (Homo sapiens sapiens).De vroegste vertegenwoordigers waren nog aap noch mensaap (en zeker geen mens!), en leefden in het Laat-Eoceen tot Vroeg-Oligoceen, zo’n 35-30 miljoen jaar geleden. Van 30-23 miljoen jaar geleden zijn zo weinig fossiele resten bekend, dat we geen goed idee hadden van wat er toen evolutionair gebeurde. Materiaal van 23 miljoen jaar geleden geeft aan dat de opsplitsing tussen apen en mensapen toen al had plaatsgevonden. De vondst van Saadanius dicht een stuk van de kloof van 7 miljoen jaar in onze kennis. De gevonden schedel is 29-28 miljoen jaar oud, en dus moet zeer kort daarna de splitsing tussen beide groepen hebben plaatsgevonden.


Plaats van Saadanius in de stamboom van de voorouders van de mens
(bron: het aangehaalde artikel)

.

Referenties:

• Zalmout, I.S., Sanders, W.J., MacLatchy, L.M., Gunnell, G.F., Al-Mufarreh, Y.A., Ali, M.A., Nasser, A.-A.H., Al-Masari, A.M., Al-Sobhi, S.A., Nadhra, A.O., Matari, A.H., Wilson, J.A., Gingerich, Ph.D., 2010. New Oligocene primate from Saudi Arabia and the divergence of apes and Old World Monkeys. Nature 466, p. 360-364.

Illustraties: National Science Foundation (Verenigde Staten van Amerika)

1052 Ongewone variatie in diepzeebronnen Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon, AMU, Poznan

Dat de diepzee momenteel, met de ruimte, het gebied is waar onderzoekers nog voortdurend echte ontdekkingen kunnen doen, is algemeen bekend. Een van de fenomenen die diepzeeonderzoekers telkens weer verbazen, zijn de kalkrijke hete bronnen, die de formatie van de meest vreemde structuren tot gevolg hebben. In sommige gevallen zijn er zoveel hete bronnen dicht bij elkaar dat de structuren wel “gebouwen”in een stad lijken te vormen. Een voorbeeld is de ‘Lost City’ (zie ook bijv. Geonieuws 120 en 178).

‘Schoorsteen’ van carbonaten in de ‘Lost City’.

Bijna 2 m lange kokerwormen in een van de velden met hete bronnen

Recent onderzoek op de Mid-Kaaiman-Rug heeft een uitzonderlijke variatie aan het licht gebracht, waarbij drie totaal verschillende soorten van heetwaterbronnen werden ontdekt. De relatief geïsoleerde ligging van de Kaaiman-Rug maakt dit nog uitzonderlijker. Uit onderzoeken in andere gebieden is gebleken dat gemiddeld slechts één heetwaterbron per 100 km optreedt. De Mid-Kaaiman-Rug is slechts zo’n 100 km lang, en daarom waren de verwachtingen van de onderzoekers niet bijzonder hoog. Dat er toch drie bronnen werden gevonden, leidde dus al tot opwinding, maar het feit dat die drie ook nog sterk in aard verschilden, was reden genoeg voor een interessante publicatie.


Het bootje ‘Nereus’, in feite een hybride robot voor diepzee-
onderzoek, wordt bij een dreigende storm binnengehaald op
het onderzoeksschip ‘Hatteras’.

Wellicht speelt de specifieke geologische situatie een rol. De Mid-Kaaiman-Rug ligt namelijk in de Kaaiman-Trog, het diepste deel van de Caraïbische Zee, op de grens van twee uiteendrijvende lithosfeerschollen. Dit geeft rek, en daardoor welt magma op, zodat de zeebodem aan weerszijden van de rug aangroeit; dat gebeurt overigens in een extreem laag tempo.



Een van de drie heetwaterbronnen ligt op een relatief ondiepe plaats, en er komt water uit dat veel minder warm is; deze bron is van een type waarvan tot nu toe slechts één exemplaar bekend was, namelijk in de ‘Lost City’ in het midden van de Atlantische Oceaan. Een tweede bron is de diepste die ooit werd aangetroffen. Toch komt ook daar leven voor, hoewel er geen daglicht kan doordringen. De organismen halen hun energie uit de chemische stoffen die met het hete water omhoog komen. Interessant is dat de condities waaronder dit leven floreert wellicht niet zoveel verschillen van die in de diepe oceaan van Jupiters maan Europa.

Het onderzoeksgebied met de drie sterk uiteenlopende onderzeese hete bronnen

Meetapparatuur wordt bij kalm weer overboord gezet.

Het chemicaliën- en microbenrijke hete water stijgt uit de bronnen op en vormt een soort pluim die blijft opstijgen totdat het drijvend vermogen niet langer toereikend is. Dat gebeurt op enkele honderden meters boven de zeebodem. Vanaf dat moment verspreidt de pluim zich horizontaal, al dan niet in een bepaalde richting als gevolg van zeestromen. Zo kan de locatie van de hete bronnen worden opgespoord zonder de hele zeebodem te hoeven afzoeken. En ook kan zo de aard van de hete bronnen worden vastgesteld.

De aard van de bronnen hangt af van het gesteenten waarin ze voorkomen. Het meest voorkomende type bevindt zich in magnesium- en ijzerrijke (mafische) gesteenten. De twee andere ‘gastgesteenten’ zijn ultramafisch van aard en zijn diep onder de zeebodem uit afkoelend magma ontstaan; soortgelijke gesteenten werden waarschijnlijk miljarden jaren geleden door uitvloeiend, veel heter,lava gevormd op de bodems van de vroegste oceanen. Dat betekent dat onderzoek van de bronnen die nu zijn ontdekt mogelijk ook licht kan werpen op de vroegste fase van de Aarde, waarin waarschijnlijk ook het leven is ontstaan.

Referenties:

• German, C.R., Bowen, A., Coleman, M.L., Honig, D.L., Huber, J.A., Jakuba, M.V., Kinsey, J.C., Kurz, M.D., Leroy, S., McDermott, J.M., Mercier de Lépinay, B., Nakamura, K., Seewald, J.S., Smith, J.L., Sylva, S.P., Van Dover, C.L., Whitcomb, L.L. & Yoerger, D.R., 2010. Diverse styles of submarine venting on the ultraslow spreading Mid-Cayman Rise. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 107, doi/10.1073/pnas.1009205107, 6 pp.

Foto’s: Woods Hole Oceanographic Institution, Woods Hole, MA (Verenigde Staten van Amerika).

1053 Verwachte afkalving van enorme drijvende gletsjertong een feit Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon, AMU, Poznan

Satellietopname van de afgebroken gletsjertong en
zijn omgeving op 2010-08-05 (A. Muenchow, UD).

Op 5 augustus is een enorm stuk ijs afgebroken van de tong van de Petermann-gletsjer op Groenland. Op satellietfoto’s is de ontwikkeling daarvan goed te zien. Vanwege de enorme omvang van de ijsmassa (meer dan 250 km2) is hieraan veel aandacht besteed in de media, waarbij vaak werd gesuggereerd dat het om een plotselinge gebeurtenis ging. Daarvan is echter geen sprake: de afkalving van dit enorme blok was al enkele jaren geleden voorspeld. Die voorspelling was trouwens niet zo moeilijk, want het kon fysisch niet anders (en het ontstaan van scheuren in de afgelopen maanden was ook al een duidelijke aanwijzing dat er iets stond te gebeuren). De Petermann-gletsjer komt namelijk uit in de Nares-Straat, een engte tussen Groenland en Canada. Omdat ijs lichter is dan water, drijft het ijs in het zeewater. De gletsjer is actief, wat inhoudt dat er voortdurend ijs naar het uiteinde stroomt, als een continue, zij het langzame (ongeveer 1 km per jaar) rivier. Het gevolg daarvan is dat de verhoudingsgewijze smalle tong zich steeds verder in zee uitstrekt (voor het afbreken was dat niet minder dan 70 km!). Daarbij wordt de ijsmassa steeds meer aan allerlei krachten (stromen, golfwerking) blootgesteld, en bovendien wordt de iets neerwaarts gericht beweging van het ijs boven Groenland zelf noodzakelijkerwijze omgebogen in een horizontale beweging (omdat het ijs nu eenmaal in het water drijft). Dit betekent dat er op het scharnierpunt grote krachten worden uitgeoefend, die groter worden naarmate de ijstong zich verder in zee uitstrekt. Op 5 augustus werd kennelijk een kritieke waarde overschreden, en brak de ijsmassa. Dat gebeurt vrij regelmatig (in 2008 en 2009 braken ook stukken af), al is het nu afgekalfde stuk de grootste ijsberg sinds 1962: toen brak een stuk ijs van bijna 600 km2 af van de Hunt ijsshelf.

Satellietopname van de nog niet afgebroken gletsjertong op 2010-07-28 (NEO).

Satellietopname van de afgebroken gletsjertong op 2010-08-05, ongeveer 10 uur nadat de afkalving plaatsvond (NEO).

De ijsmassa, die nu de grootste ijsberg in de Noordelijke IJszee vormt, zou de hele Amerikaanse bevolking gedurende 120 dagen van drinkwater kunnen voorzien. Dat is een interessant gegeven, omdat in het verleden wel gesuggereerd is dat grote ijsbergen uit het Zuidpoolgebied een oplossing zouden kunnen vormen voor het drinkwaterprobleem in veel, vooral subtropische en droge landen. Dat bleek echter in praktijk niet haalbaar omdat het verslepen van zulke grote ijsmassa’s veel wrijving met het water veroorzaakt, waardoor de ijsbergen grotendeels al zouden zijn weggesmolten voor ze hun bestemming zouden hebben bereikt.


De Petermann-gletjer in 2009 (A. Muenchow, UD)

De enorme ijsberg drijft nu langzaam met de zeestroom ter plaatse van de gletsjer weg en zal in de Nares-Straat de komende tijd een groot gevaar opleveren voor de scheepvaart. Deze straat wordt namelijk in de zomer vrij druk bevaren, als verbindingsroute tussen de Noordelijke IJszee in het noorden en de Baffin-Baai in het zuiden. Deze route is vrijwel het gehele jaar bevroren, maar wordt juist in de maanden augustus en september, wanneer de ijsbedekking het minst is, opengehouden met ijsbrekers. In de Nares-Straat zou de ijsberg kunnen vastlopen op een van de talrijke eilandjes (dat gebeurde in 1962 ook met brokstukken van de ijsmassa die van de Hunt ijsshelf was afgebroken), en zo een doorgangsroute volledig kunnen blokkeren. Een andere mogelijkheid is dat hij in brokstukken uiteen zal vallen. Die - dan nog steeds deels zeer grote - ijsbergen zouden dan over zo’n twee jaar de Atlantische Oceaan kunnen bereiken.


Oceanograaf prof. Andreas Muenchow, UD
volgt de ontwikkeling van de afgebroken ijsmassa.

.

Referenties:

• Riebeek, H. & Scott, M., 2010. Ice island calves off Petermann Glacier. Natural Hazards (http://earthobservatory.nasa.gov/NaturalHazards/view.php?id=45112).
  
• University of Delaweare, 2010. Greenland glacier calved island 4 times the size of Manhattan, UD scientist reports (http://www.udel.edu/udaily/2011/aug/greenland080610.html).

Foto’s: University of Delaware (UD) en NASA Earth Observatory (NEO).

1054 Het ritme van de Stromboli Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon, AMU, Poznan

Zolang als de menselijke geschiedenis in Italië teruggaat (en waarschijnlijk ook nog duizenden jaren daarvoor) vertoont de Stromboli, een stratovulkaan voor de kust van Sicilië, een constant ritme: elke 5-20 minuten komt er een nieuwe uitbarsting. Zo’n regelmaat, die aan de geyser ‘Old Faithful’ in Yellowstone Park doet denken, is uitzonderlijk. Maar ook de hoge frequentie van de uitbarstingen is zeer ongewoon. Wetenschappers doen er hun voordeel mee, want vrijwel alle vulkanen barsten slechts zelden uit, en bijna altijd op onvoorspelbare momenten. De Stromboli is dus zeer geschikt voor studies, omdat er zekerheid bestaat dat de meegebrachte meetinstrumenten ook werkelijk iets te doen krijgen, en dat onderzoekers niet, vanwege het uitblijven van een uitbarsting, onverrichter zake huiswaarts hoeven te keren.

De Stromboli is een typische stratovulkaan.

De typisch gelaagde opbouw van de Stromboli.

Bij iedere uitbarsting spuwt de Stromboli fonteinen van gassen en as enkele meters de lucht in. Het uitstromen van lava gebeurt minder vaak, maar komt wel voor (daaraan dankt de Stromboli zijn typische opbouw van afwisselend as- en lavalagen op zijn flanken). Over de reden waarom zo frequent enorme hoeveelheden gassen worden uitgestoten, bestaat geen zekerheid. De meeste vulkanologen gingen er tot nu toe van uit dat de ritmische uitbarstingen elke 5-20 minuten werden veroorzaakt doordat er vanuit de magmakamer gasbellen zo groot als een zwembad opstijgen door honderden meters gesmolten magma in de kraterpijp, voordat ze uit de krateropening naar buiten ‘ploffen’.

Uitbarsting van de Stromboli.

De Stromboli vormt een eiland voor de kust van Sicilië.

Die hypothese lijkt nu echter onjuist, althans wanneer de computermodellen waarmee de magmastromen van de Stromboli nu zijn gemodelleerd, correct zijn. Gebaseerd op die modellen kunnen de gasbellen niet de drijvende kracht zijn achter de uitbarstingen, omdat het optreden van dergelijke enorme bellen niet mogelijk zou zijn volgens de fundamentele wetten van de vloeistofdynamica, de wetenschap die onderzoekt hoe vloeistoffen bewegen. De gefaseerde uitbarstingen zouden het gevolg zijn van het bestaan van een sponsachtige ‘kurk’ (plug) in de kraterpijp. Die sluit het opstijgende gasrijke magma af totdat de druk die door opstijgende kleine (slechts enkele centimeters grote) gasbellen wordt veroorzaakt, te groot wordt; dan ontsnapt er gas door de poreuze kurk heen, totdat de druk weer zover is gedaald dat de kurk verder uitstromen verhindert.


Mount Erebus op Antarctica gedraagt zich net zo als de Stromboli.

Alle vulkanen zijn verschillend. Bij sommige worden erupties vooral veroorzaakt door opstijgend gas, bij andere door opstijgend magma, en bij weer andere door een wisselwerking tussen het hete magma en water in de diepe ondergrond. Het voor de Stromboli opgestelde model kan dan ook zeker niet de uitbarstingen van alle vulkanen verklaren. Maar er zijn vulkanen die soortgelijke karakteristieken vertonen als de Stromboli. Dat geldt bijvoorbeeld voor de Erebus op Antarctica, die sinds zo’n veertig jaar voortdurend actief is.

Referenties:

• Suckale , J., Nave, J.-C. & Hager, B,H., 2010. It takes three to tango: 1. Simulating buoyancy -driven flow in the presence of large viscosity contrasts. Journal of Geophysical Research 115, B07409, doi:10.1029/2009JB006916.
  
• Suckale , J., Hager, B.H., Elkins-Tanton, L.T. & Nave, J.C., 2010. It takes three to tango: 2. Bubble dynamics in basaltic volcanoes and ramifications for modeling normal Strombolian activity. Journal of Geophysical Research 115, B07410, doi:10.1029/2009JB006917

Foto van de eruptie: United States Geological Survey; Foto van Mount Erebus: Sean Brocklesby.

1055 Fossiele vertebraten geven lichaamstemperatuur prijs Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon, AMU, Poznan

Uit evolutionair oogpunt is het interessant te weten of bepaalde uitgestorven taxa warm- of koudbloedig waren. Vooral over dinosauriërs zijn er langdurig verhitte debatten gevoerd, en onderzoeken leiden soms tot merkwaardige conclusies: zo lijkt de temperatuur van dino’s te zijn gestegen tijdens hun groei (zie Geonieuws 716). Aan alle uitgevoerde onderzoeken kleefden echter nogal wat bezwaren, maar nu ziet het er naar uit dat een betrouwbare methode is ontwikkeld om achter de lichaamstemperatuur van fossiele vertebraten te komen. Dat gebeurt door analyse van zeldzame isotopen in de botten, tanden en/of eierschalen van de gevonden fossielen. Die isotopen zijn koolstof-13 (¹³C) en zuurstof-18 (¹⁸O).

12 miljoen jaar oude tanden van dino’s (links) en nijlpaarden (rechts) die werden onderzocht (foto Jeff Gage) (EG/FMNH).

Enkele van de onderzochte tanden van dinosauriërs (EG).

De methode om de lichaamstemperatuur te reconstrueren is gebaseerd op het feit dat ¹³C en ¹⁸O de neiging vertonen om zich te koppelen, en de mate waarin dat gebeurt hangt af van de lichaamstemperatuur: hoe hoger die temperatuur, hoe minder dit koppelings effect optreedt. In recente vertebraten is dit effect duidelijk meetbaar in het kristalrooster van het mineraal bioapatiet, het mineraal waaruit botten, eierschalen, tanden en andere harde delen zijn opgebouwd. Het mineraal wordt door het bloed vervoerd en wordt afgezet bij het aanmaken van botten en dergelijke. De dan aanwezige mate waarin de isotopen gekoppeld zijn, wordt opgeslagen en bewaard in die botten, tanden of andere harde delen. Omdat juist die harde delen gemakkelijk miljoenen jaren bewaard blijven, kunnen die dus gebruikt worden voor de isotopen-analyse. Proefnemingen met materiaal van recente soorten (witte neushoorn, Indiase olifant, Nijl krokodil en tijgerhaai) tonen aan dat de lichaamstemperatuur zo op 1-2 ^oC nauwkeurig kan worden vastgesteld.

De onderzoekers wijzen er echter wel op dat de gevonden lichaamstemperatuur alleen geldt voor het moment waarop de tand of ander onderdeel werd gevormd. Later kan de temperatuur van het dier anders geweest zijn (vgl. De oplopende temperatuur van dino’s tijdens hun groei). De voor bijvoorbeeld door analyse van een tand gevonden temperatuur geldt bovendien voor het hoofd, maar de temperatuur in de poten kan anders zijn geweest. Die zou met de botten uit de poten moeten worden bepaald.

Ondanks deze restricties lijkt de methode goed te werken. Voor een fossiele mammoet (een warmbloedig dier) werd bijvoorbeeld een lichaamstemperatuur van 37-38 ^oC vastgesteld, wat een uitermate redelijke waarde lijkt. Voor een 12 miljoen jaar oude neushoorn (warmbloedig) en een even oude (koudbloedige) alligator werden, zoals te verwachten, sterk verschillende lichaamstemperaturen vastgesteld: die van de neushoorn blijkt zo’n 6 ^oC hoger te zijn geweest dan die van de alligator.


De massaspectrometer waarmee de diverse isotopen-
verhoudingen werden vastgesteld (EG).

Een van de dingen die men met vervolgonderzoek hoopt te kunnen uitvinden, is waar warmbloedigheid ontstond. Daarvoor moet verder in de tijd worden teruggegaan dan 12 miljoen jaar. Als eerste groep voor nader onderzoek zijn de dinosauriërs uitgekozen. Daarvan is genoeg materiaal beschikbaar. Mogelijk komt dan ook meer duidelijkheid over hun warm- of koudbloedig karakter. En hetzelfde geldt dan voor de vroege vogels, die zich uit de sauriërs ontwikkelden. Het is nu nog onbekend of ze hun warmbloedige karakter kregen voor of nadat ze het vermogen om te vliegen hadden ontwikkeld, en evenmin weten we of ze dat deden voor of nadat ze een verenpak hadden ontwikkeld.

Onderzoeker Richard Hulbert verwijdert het email van de tand van een fossiele alligator (foto Jeff Cage) (FMNH).

Van de tanden geïsoleerd email wordt voor analyse in een plastic houdertje gegoten (foto Jeff Cage) (FMNH).

Referenties:

• Eagle, R.A., Schauble, E.A., Tripati, A.K., Tütken, Th., Hulbert, R.C. & Eiler, J.M., 2010. Body temperatures of modern and extinct vertebrates from 13C-18O bond abundances in bioapatite. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 107, 10377-10382.

Foto’s (RE) welwillend ter beschikking gesteld door Rob Eagle, Division of Geological and Planetary Sciences, California Institute of Technology, Pasadena, CA, Verenigde Staten van Amerika) en (FMNH) het Florida Museum of Natural History, Gainsville, FL.

1056 Niveau van meren op Titan fluctueert Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon, AMU, Poznan

De grootste maan van de planeet Saturnus, Titan (ontdekt door Christiaan Huygens), is het enige hemellichaam (apart van de Aarde) waarvan we een “hydrologische” cyclus kennen. Terwijl de vloeistof op aarde gevormd wordt door water is het op Titan een mengsel van koolwaterstoffen (methaan, ethaan en propaan). Op Aarde fluctueert het niveau van meren en plassen op korte termijn door veranderingen in neerslag, verdamping, in het meer uitmondende stromen of juist door het wegvloeien van water via stroompjes. Op langere termijn kan klimaatsverandering een belangrijke oorzaak zijn. Nu blijkt dat ook op Titan het niveau van de (methaan)meren fluctueert. Op het zuidelijk halfrond van Titan blijkt het niveau in enkele meren per aards jaar ongeveer een meter te zijn gedaald. Dat moet worden toegeschreven aan verdamping.

Saturnus’ maan Titan (foto NASA).

Artist’s impression van het ruimtevaartuig Cassini-Huygens in een baan om Saturnus (NASA).

De waarneming werd gedaan met het ruimtevaartuig Cassini-Huygens dat in 2004 Saturnus bereikte. De radar aan boord heeft gegevens opgeleverd waarmee een zogeheten Synthetic Aperture Radar (SAR) kaart van bepaalde delen van Titan is vervaardigd. Dat betreft onder meer het grootste meer op het zuidelijk halfrond, het Ontario Lacus (Ontario-Meer), zo genoemd omdat het ongeveer even groot is als het gelijknamige meer op Aarde. Opnames uit juni 2005 en juni/juli 2009 zijn vergeleken (een Titan-jaar is net zo lang als 29,5 aardse jaren, en de periode van juni 2005 tot 2009 vertegenwoordigt op Titan slechts een seizoen van midzomer tot de herfst). Uit een samengestelde kaart blijkt dat de grens van het meer in 2005 (donkerblauw) in 2009 (lichtblauw tot blauwgroen) ongeveer 10 km horizontaal was verschoven, overeenkomend met een afname in diepte van ca. 4 m (dus 1 m per aardse jaar). Voor andere meren op Titans zuidelijk halfrond werden vergelijkbare ontwikkelingen vastgesteld. Merkwaardig is wel dat soortgelijke veranderingen niet konden worden vastgesteld voor meren op het noordelijk halfrond.


SAR-kaart van Ontario Lacus
(foto Radar Science Team, NASA/JPL/Caltech).


Meren (kustlijnen in lichtblauw) van meren in het zuidpoolgebied
van Titan, die verdwenen tussen december 2007 en mei 2009, door ver-
damping van ongeveer 1 m vloeistof per jaar, net als bij Ontario Lacus
(foto Radar Science Teamn, NASA/JPL/Caltech).

De relatie tussen de afstand waarover het meer zich terugtrok en de daarmee corresponderende diepte van de meren, kon worden vastgesteld door dat met de radarapparatuur de hoogte van het ‘vasteland’ nauwkeurig kan worden bepaald. Uit die metingen blijkt ook dat de helling van de kuststrook zeer gelijkmatig is.

Onderzoeker Alexander Hayes (foto California Institute of Technology).

Onderzoeker Oded Aharonson (foto California Institute of Technology).

Referenties:

• Wall, S., Hayes, A., Bristow, C., Lorenz, R., Stofan, E., Lunine, J., Le Gall, A., Janssen, M., Lopes, R., Wye, L., Soderblom, L., Paillou, P., Aharonson, O., Zebker, H., Farr, T., Mitri, G., Kirk, R., Mitchell, K., Notarnicola, C., Casarano, D. & Ventura, B., 2010. Active shore,line of Ontarius Lacus, Titan: a morphological study of the lake and its surroundings. Geophysical Research Letters (Planets) 37, L05202, doi:10.1029/2009GL041821.

1057 Leven zou in mica kunnen zijn ontstaan Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon, AMU, Poznan

Over de oorsprong van het leven is veel gedebatteerd, en diverse hypotheses zijn ook in Geonieuws besproken (zie bijv. Geonieuws 994). Er is nu weer een nieuwe hypothese naar buiten gebracht, die waard lijkt te worden vermeld. Volgens deze hypothese zou het leven zijn ontstaan tussen dunne micalaagjes op de bodem van de zee.

Micamineralen (bijv. biotiet) zijn fyllosilicaten, opgebouwd uit zeer dunne laagjes, waartussen onder bepaalde omstandigheden andere stoffen, zoals water, kunnen binnendringen. Gebaseerd op deze gedachte zouden ook koolstofhoudende moleculen (hier aangeduid als ‘biomoleculen’ omdat het gaat om moleculen die ook door levende organismen worden gevormd) een plek hebben kunnen vinden tussen de mica plaatjes. Deze door hun micaomgeving beschermde biomoleculen zouden uiteindelijk cellen hebben gevormd, die het in principe vijandige milieu op de vroege aarde konden overleven.

AFM-opname van biomoleculen (geel) op mica (blauw).

Mica uit een verlaten micamijn met wat water tussen de micalaagjes, met scherpe randen (zwarte pijlen), luchtbel- letjes in het water (rode pijlen) en banden met organisch ‘vuil’.

Mica kan een gunstig fysisch en chemisch milieu voor biomoleculen vormen om drie redenen.
1. In de eerste plaats zijn de ruimten tussen de micalaagjes als het ware opgedeeld in compartimenten waarin biomoleculen “veilig” kunnen verblijven. De compartimenten zijn enerzijds voldoende afgeschermd om biomoleculen de kans te geven om te evolueren, anderzijds verhinderen ze niet de interactie van organische moleculen in aangrenzende compartimenten. Vooral deze interactie is van belang voor het formeren van steeds complexere organische moleculen. Mogelijk dienden de compartimenten zelfs als een soort mal waarin de organische moleculen als het ware vanzelf samen cellen gingen vormen.
2. In de tweede plaats worden de micaplaatjes bijeen gehouden door kalium. Als de mica relatief veel van dat kalium heeft afgestaan aan de biomoleculen, dan zou dat een verklaring kunnen zijn waarom in de cellen van veel huidige organismen (onder meer de mens) veel kalium voorkomt.
3. In de derde plaats moeten stukjes mica op de zeebodem een onuitputtelijke hoeveelheid energie ter beschikking hebben gehad van zonlicht, golfwerking, etc. Door golfwerking kan water tussen de micaplatjes dringen, die daardoor, afhankelijk van de hoeveelheid binnengedrongen water, op en neer bewegen ten opzichte van elkaar. Dat kan de biomoleculen in de compartimenten mede hebben geholpen om met elkaar in contact te komen en zich te verbinden tot complexe moleculen of zelfs cellen.


Biomoleculen (grijze structuren) tussen micalaagjes
(groene lijnen) in een vroege oceaan. Water bewoog
mogelijk tussen de laagjes door, zo de laagjes dwingend
om op en neer te bewegen. De hiermee gepaard gaande
energie zou biomoleculen en vetzuren zo uiteindelijk
tot celvorming hebben ‘gedwongen’.

Mica vormt ook vandaag de dag nog een gastvrij milieu voor cellen en complexe organische moleculen, inclusief eiwitten, nucleïnezuren, koolhydraten en vetten. Daarom zou mica ook een veel betere ‘voedingsbodem’ voor de vroegste organische moleculen hebben geboden dan welk ander substraat ook dat is genoemd in hypotheses over de oorsprong van het leven. Het gunstige ‘micromilieu’ van mica dankt zijn bestaan mede aan de dunne laagjes waarin water kan binnendringen, en aan de compartimenten. Veranderingen in bijvoorbeeld waterhoeveelheid vinden zo langzaam plaats dat geen extreem vochtige of droge omstandigheden ontstaan. Mica zwelt, in tegenstelling tot bijna alle andere fyllosilicaten (kleien), niet op wanneer het nat wordt.


De gelaagde kristalstructuur van biotiet.

Tenslotte merkt onderzoekster Helen Greenwood Hansma op dat mica’s zeker al meer dan 4 miljard jaar op aarde voorkomen. Bovendien zijn zulke oude mica’s aangetroffen in gebieden waar ook de (veronderstelde) 3,8 miljard jaar vormen van het eerste leven zijn aangetroffen.

Referenties:

• Greenwood Hansma, H., 2010. Possible origin of life between mica sheets. Journal of Theoretical Biology 266, p. 175-188.

Helen Greenwood Hansma, University of California, Santa Barbara, CA (Verenigde Staten van Amerika).

1058 Atmosferisch zuurstofgehalte in geologisch verleden is te bepalen Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon, AMU, Poznan

De huidige aardatmosfeer bestaat voor ca. 21% uit zuurstof. Dat is lang niet altijd zo geweest: in het begin had de aarde een vrijwel zuurstofloze atmosfeer, maar dat veranderde al zo’n 2,4 miljard jaar geleden (zie o.a. Geonieuws 851). Echter, ook nadien is het zuurstof gehalte aan sterke fluctuaties onderhevig geweest. Zo zouden bijvoorbeeld zo’n 300 miljoen jaar geleden, aan het einde van het Carboon, de concentraties zuurstof veel hoger zijn geweest dan nu.

Bosbranden leidden in het geologisch verleden tot uitgestrekte niveaus met houtskool (foto Aykut Ince).

Raadselachtige verkoolde structuur uit het Laat-Siluur of Vroeg-Devoon; mogelijk een schimmel (vgl. de recente Gandoderma).

De zuurstof fluctuaties hebben waarschijnlijk grote invloed uitgeoefend op de evolutie van flora en fauna. Zo zou de hoge zuurstofconcentratie aan het eind van het Carboon hebben bijgedragen aan een uitzonderlijke toename van de grootte van bepaalde diergroepen (gigantisme), vooral bij insecten: de libelle Meganeura monyi bijvoorbeeld, had een spanwijdte van zo’n 70 cm! Ook zou dit tijdelijke maar wel langdurige hoge zuurstofgehalte van de atmosfeer de gewervelde dieren in staat hebben gesteld om het land te veroveren.

Hoe groot de concentratie van zuurstof in de aardatmosfeer vroeger was, kon tot nu toe alleen tamelijk ruw worden bepaald met geochemische modellen; echter, de verschillende modellen leveren vaak tegenstrijdige uitkomsten. Nu lijkt er een methode te zijn gevonden om die concentratie min of meer direct te meten, althans voor de tijd dat er een land flora is geweest die sporen achterlaat in de vorm van houtskool (de onderzoekers onderzochten materiaal tot 419 miljoen jaar oud). Planten produceren tijdens de groei door fotosynthese zuurstof (uit koolzuurgas) en min of meer dezelfde hoeveelheid zuurstof wordt verbruikt gedurende het verrotting proces, met als resultaat een neutraal effect op de totale hoeveelheid zuurstof in de atmosfeer. Worden de planten echter ‘begraven’, afgesloten van de atmosfeer, dan vindt geen verrotting plaats, en blijft een deel van de door deze planten geproduceerde zuurstof in de atmosfeer, met als gevolg een stijging van het zuurstofgehalte. Het begraven en fossiliseren van grote hoeveelheden planten in de vorm van steenkool kennen we o.a. uit het Carboon in het Laat-Paleozoicum; ook in de Nederlandse ondergrond zijn in die periode dikke steenkool lagen afgezet.

Ook uitwerpselen werden bij brand omgezet in houtskool, zoals dit exemplaar uit het Lockhovian (oudste Devoon) van Brown Clee Hill in Engeland.

Grotsediment uit het Moscovian (Carboon) van Illinois (USA) met verkoolde restanten van coniferen.

Houtskool met een hoog gehalte aan het kooltype inertiniet uit het Perm van Gondwanaland.

Verkoold vruchtbeginsel van een vroege angiosperm (Krijt).

De concentratie zuurstof in de atmosfeer heeft grote gevolgen voor de brandbaarheid van tal van stoffen. Bij concentraties van minder dan 15% kunnen bosbranden, die ontstaan door bijv.Blikseminslag, zich niet uitbreiden. Bij concentraties boven 25% kunnen zelfs natte planten branden, en bij concentraties van 30-35%, zoals bijv in het Carboon zouden zijn voorgekomen, zouden bosbranden zeer frequent zijn geweest en van catastrofale omvang. Bosbranden produceren houtskool en de theorie is nu dat het houtskoolpercentage een maat voor de zuurstofconcentratie en temperratuur van de brand ten tijde van de verkoling. Hoe de verhouding precies ligt, kan experimenteel worden vastgesteld.

Op deze wijze vonden onderzoekers dat het houtskoolpercentage in (bruin)kool gedurende de afgelopen 50 miljoen jaar steeds tussen de 4% en 8% schommelt, wat aangeeft dat de atmosferische zuurstofconcentratie ongeveer gelijk moet zijn geweest aan de huidige concentratie van 21%. Oudere steenkool bevat echter soms wel tot 70% houtskool, wat wijst op grote, langdurige en extreem hete bosbranden. Dit geldt onder meer voor 320-250 miljoen jaar geleden (Carboon-Perm) en voor een periode omstreeks 100 miljoen jaar geleden (Midden-Krijt). Juist deze tijdsintervallen gaven ook grote veranderingen te zien in de ontwikkeling van de landplanten, onder meer met het tot bloei komen van coniferen in het Laat-Carboon, en van bloemplanten(Angiospermen) in het Krijt.

Volgens de onderzoekers kan hier ook een zelfversterkend proces zijn opgetreden: door het grote aantal branden werd de vegetatie over grote gebieden vernietigd, met als gevolg toenemende erosie, waardoor meer sediment werd afgevoerd dat elders afgebrande vegetatie kon bedekken, waardoor daar geen verrotting van de planten plaatsvond, waardoor de door die planten geproduceerde zuurstof niet aan de atmosfeer werd onttrokken, waardoor de zuurstofconcentratie hoger werd, waardoor meer branden konden optreden, enz., enz. Fluctuaties van de atmosferische zuurstofconcentratie zijn dus eigenlijk heel normaal. Het raadsel is, volgens de onderzoekers, juist waarom die concentratie in de afgelopen 50 miljoen jaar niet is veranderd.

Verkoold exemplaar van de recente schimmel Gandoderma.

Onderzoeksleider Ian Glaspool.

Referenties:

• Glasspool, I.J. & Scott, A.C., 2010. Phanerozoic oxygen concentrations reconstructed from sedimentary charcoal. Nature Geoscience 3, doi:10.1038/NGEO923, 4 pp.

Foto’s welwillend ter beschikking gesteld door Ian Glasspool, Department of Geology, The Field Museum of Natural History, Chicago, IL (Verenigde Staten van Amerika).

1059 Carbonaten op Mars lijken mineralogisch op Pilbara stromatolieten Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon, AMU, Poznan

Tot nu toe zijn er geen aanwijzingen gevonden voor recent of vroeger leven op Mars. Dat betekent uiteraard niet dat er geen leven is, en nog minder dat er nooit leven is geweest: tekenen van vroeger leven kunnen zijn verdwenen (door erosie, metamorfose, een inslag, vulkanisme, etc.), of we hebben op de verkeerde plaatsen gezocht, ons op verkeerde aanwijzingen geconcentreerd of bestaande aanwijzingen over het hoofd gezien. Het lijkt, vanwege de omstandigheden op Mars, vrijwel uitgesloten dat er ooit hoogontwikkeld leven is geweest, maar het is zeker niet uitgesloten dat er
ooit primitieve levensvormen zijn geweest. De vraag is daarom: waar heb je de meeste kans om de restanten van dergelijk primitief leven te vinden?


Mars zoals december 2007 gezien met de Hubble telescoop.


Locaties van eerdere landingen op Mars.

Wanneer we kijken naar de oudste aanwijzingen voor leven op aarde, dan gaat dat vaak om niet-morfologisch herkenbare vormen, maar om zaken zoals de verhouding tussen koolstofisotopen in kleine koolstofhoudende fragmentjes die een aanduiding kunnen zijn voor organische levensvormen, hoe primitief dan ook. Daarnaast zijn er ook sporen nagelaten die geen restanten zijn van organismen zelf, maar die door tussenkomst van organismen zijn ontstaan. Voorbeelden zijn kruipsporen (van uiteraard onbekende organismen), die zelfs al in gesteenten uit het late Archeïcum (3-2,5 miljard jaar) bekend zijn. Nog veel overtuigender zijn zulke sporen uit het Proterozoïcum. Kruipsporen zijn echter nauwelijks op te sporen op Mars: daarvoor zou sprake moeten zijn van een enorme toevalstreffer. Veel meer mogelijkheden bieden stromatolieten: golvende structuren (die zich over vele meters kunnen uitstrekken) die zijn ontstaan doordat primitieve organismen (op aarde bijv. cyanobacteriën) een soort biofilms ontwikkelden waarop zich kalk afzette. Dergelijke stromatolieten zijn niet alleen goed herkenbaar, maar zijn ook gekarakteriseerd door bepaalde mineralogische kenmerken.


De Nili Fossae (Dal van de Nijl) herbergt mogelijk stromatolieten.


Een stromatoliet van ca. 1,9-1,6 miljard jaar oud (Laat-Proterozoïcum)
uit het Singhbhum-Bekken (oostelijk India).

In 2008 zijn voor het eerst carbonaten op Mars geidentificeerd. Ze komen voor in een diep dal, de Nili Fossae, en ze zijn ongeveer 4 miljard jaar oud. Deze gesteenten zijn nu met de zogeheten ‘Crism’, een instrument aan boord van de Mars Reconnaisance Orbiter, onderzocht met infrarood licht. Op dezelfde wijze werden zo’n 3,5 miljard jaar oude stromatolieten uit het Pilbara-gebied in NW Australië onderzocht. Uit een vergelijking van de resultaten bleek dat de carbonaten in Nili Fossae en Pilbara vrijwel identiek zijn wat betreft hun mineralogische samenstelling. Dat zou kunnen (met de nadruk op ‘kunnen’!) betekenen dat de kalkgesteenten op Mars stromatolieten herbergen, en dus tekenen van primitief vroeger leven.

De Nili Fossae zou daarom een veel betere plaats voor de speurtocht naar leven op Mars zijn dan eerdere landingsplaatsen van Marsvoertuigjes. Mede daarom is deze locatie nu voorgesteld als mogelijke landingsplaats voor het rijdende Marslaboratorium dat met een nieuw voertuigje volgend jaar op Mars zou moeten landen. Daar zitten overigens wel de nodige haken en ogen aan, want dit gebied werd al eerder aangemerkt als mogelijke landingsplaats, maar werd toen als zijnde te gevaarlijk afgeschreven vanwege het ongelijke, rotsachtige karakter. Een ander punt dat roet in het eten zou kunnen gooien is dat de missie volgend jaar primair is bedoeld om na te gaan of er een mogelijke (bewoonde) basis op Mars kan worden gevestigd; het speuren naar leven heeft geen prioriteit. Maar ook dan kan een toevalstreffer tekenen van leven opleveren.

Referenties:

• Brown, A.J., Hook, S.J., Baldridge, A.M., Crowley, J.K., Bridges, N.T., Thomson, B.J., Marion, G.M., De Souza Filho, C.R. & Bishop, J.L., 2010. Hydrothermal formation of clay-carbonate alteration assemblages in the Nili Fossae region of Mars. Earth and Planetary Science Letters, doi:10.1016/j.epsl.2010.06.018.

Illustraties Mars: NASA; foto stromatoliet: A.J. van Loon.

1060 Een kloddervormig silurisch ‘ding’ in drie dimensies Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon, AMU, Poznan

In 2005 verscheen in Nature een publicatie over silurische brachiopoden uit Engeland waarvan zachte delen waren gefossiliseerd. In die publicatie werd ook een fossiel afgebeeld waaraan de naam Drakozoon werd toebedeeld, maar dat niet goed was thuis te brengen. Dezelfde onderzoekers hebben nu een publicatie aan dit fossiel gewijd, nadat ze er een 3-dimensionaal computermodel van hebben gemaakt. Ze deden dat door het kleine fossiel in 200 stukjes te verdelen, die te fotograferen, en die beelden in een computer in te voeren, die zo een ruimtelijk beeld kon uitwerken.

Het 3-D computerbeeld van Drakozoon.

In een eerdere publicatie werden diverse brachiopoden van dezelfde vindplaats afgebeeld, samen met Drakozoon (figuur k: rechtsonder).

Het in 2005 getoond exemplaar is het enige individu dat ervan bekend is. Het is geen ‘normaal’ dier: in correspondentie spreekt de onderzoeksleider, Mark Sutton, zelfs van een ‘ding’. Er is inderdaad weinig vorm aan te onderkennen: het fossiel zoals dat nu 3-D te voorschijn is gekomen lijkt nog het meest op een tamelijk vormloze, iets kegelvormige, klodder.

Drakozoon “leefde” ongeveer 425 miljoen jaar geleden in een betrekkelijk diepe zee, waarvan de sedimenten nu terug te vinden zijn in Herefordshire. Het fossiel werd daar gevonden in een bijzondere fossielvindplaats, die beroemd is door fossielen waarin zachte lichaamsdelen goed herkenbaar zijn (paleontologen spreken dan van een Lagerstätte). Die goede fossilisatie is te danken aan een vulkanische uitbarsting, die ervoor zorgde dat het bodemleven snel met een laag as werd bedekt, waardoor het organisch materiaal van de afgestorven individuen geen tijd kreeg om te verrotten, of om door prooidieren te worden opgegeten.

Mede door deze goede fossilisatie is het mogelijk gebleken om nu een beter beeld te krijgen van Drakozoon. Typisch is een soort kap of capuchon, een leerachtige huid en een geleiachtig voorkomen, vergelijkbaar met het materiaal waaruit recente kwallen bestaan. Het lijkt erop dat Drakozoon zich vasthechtte op hard gesteente, of op de harde schal van een ander, groter, organisme dat in hetzelfde milieu leefde.

Het ‘ding’ was ongeveer 3 mm groot en gebruikte van draden voorziene tentakels om organische deeltjes uit het water te vangen, die hij als voedsel gebruikte. Zijn ‘capuchon’ gebruikte hij waarschijnlijk om zich tegen rovers te beschermen die hem als een prooi beschouwden. Zodra de kust weer veilig was, kon hij de capuchon laten zakken om zich weer met het vangen van voedseldeeltjes bezig te houden. Een organisme met dergelijke kenmerken is met geen enkel ander bekend organisme te vergelijken. De onderzoekers zien hierin een mogelijkheid om meer te weten te komen over de aard van de vroege meercellige organismen die zich op aarde hebben ontwikkeld.


Onderzoeksleider Mark Sutton.

Het 3-D computer model wijst uit dat het dier acht ‘ruggen’ bezat op elk van zijn twee zijkanten. Deze ruggen zouden genetisch bepaalde overblijfselen van segmenten kunnen zijn, wat de hypothese van veel paleontologen zou bevestigen dat de vroege, nog primitieve maar al iets gecompliceerdere levensvormen gesegmenteerd waren. Ook wijst het computermodel uit dat Drakozoon moet worden gerekend tot de lophophoraten, een groep ongewervelde dieren waartoe onder meer ook de brachiopoden behoren. Dat maakt begrijpelijk dat het ‘ding’ samen met veel andere brachiopoden in de Lagerstätte werd aangetroffen.

Referenties:

• Sutton, M.D., Briggs, D.E.G., Siveter, D.J. & Siveter, D.J., 2010. A soft-bodied lophophorate from the Silurian of England. Biology Letters, doi:10.1098/rsbl.2010.0540.
  
• Sutton, M.D., Briggs, D.E.G., Siveter, D.J. & Siveter, D.J. 2005. Silurian brachiopods with soft-tissue preservation. Nature 436, 1013-1015.

Foto’s welwillend ter beschikking gesteld door Mark Sutton, Department of Earth Science & Engineering, Imperial College, London (Engeland).

1061 Fotokaart van Mars voor iedereen beschikbaar Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon, AMU, Poznan

Voor iedereen is nu de meest gedetailleerde fotokaart van Mars beschikbaar gekomen. Hij is samengesteld uit ruim 20.000 opnames die zijn gemaakt met het zogeheten Thermal Emission Imaging System (THEMIS), een op vele golflengtes werkende infraroodcamera aan boord van het ruimtevaartuig Odyssey.


Artist’s impression van de Odyssey in zijn baan om Mars.

De opnames met THEMIS begonnen acht jaar geleden, en de grote hoeveelheid foto’s is vanaf het moment dat de eerste foto’s binnen kwamen door onderzoekers van de Mars Space Flight Facility van de Universiteit van Arizona, in samenwerking met onderzoekers van NASA’s Jet Propulsion Laboratory (JPL), verwerkt tot de meest gedetailleerde kaart die van de ‘rode planeet’ bestaat. Dat is een enorm werk geweest, want alle foto’s moesten worden bijgewerkt om een gelijkmatige zwarting te krijgen, en er moest heel wat gepuzzeld worden om de juiste foto’s op de juiste wijze met elkaar te verbinden (doordat de opnames onder verschillende hoeken werden genomen, passen ze niet vanzelf aan elkaar maar moeten ze met computerprogramma’s ‘rechtgetrokken’ worden).

Verwacht wordt dat veel professionals de kaart zullen gebruiken, maar dat hij ook door amateurs veelvuldig zal worden geraadpleegd (zie de URL bij de referenties). Het is mogelijk om enorme objecten waar te nemen, maar door inzoomen met een zeer krachtige computer en software die het binnenhalen van foto’s in de orde van gigabytes mogelijk maakt, kunnen ook details worden bestudeerd; bij volledig inzoomen zijn de kleinst zichtbare details slechts zo’n 100 m groot. De verwachting is dat deze kaart daarom gedurende talrijke jaren als basismateriaal voor verder onderzoek zal dienen. Zulk onderzoek betreft onder meer de aard van de gesteenten aan het Marsoppervlak en de samenstelling daarvan.


Het grootste ‘Marskanaal’, de Valles Marineris, is ruim 4000 km lang.
Het roodomlijnde gebied is weergegeven in de detailfoto.



Detail van de Valles Marineris, met diepe geulen en afgegleden rotsmassa’s.

Als voorbeeld wordt hier het grootste ‘Marskanaal’ (de Valles Marineris) afgebeeld. Deze enorme erosiegeul heeft een lengte van ruim 4000 kilometer, en heeft op aarde geen equivalent. Een detail van dit dal laat zien dat er afglijdingen vanaf de steilwanden hebben plaatsgevonden, en dat het afgegleden materiaal zich op de bodem van het dal heeft opgehoopt. Uiteraard zijn veel foto’s al bekeken door specialisten, maar het is zeker niet uitgesloten dat nieuwsgierige non-professionals met een hartstocht voor Mars verschijnselen op de foto’s zullen ontdekken die nog niet eerder werden herkend. Er is immers een hele planeet te onderzoeken!

Referenties:

• Marskaart te raadplegen op:
  
• www.mars.asu.edu/maps/?/layer=thm_dayir_100m_v11
  
• Voor de kleinste details (alleen met zeer krachtige computer en software):
  
• www.mars.asu.edu/data/thm_dir_100m

Foto’s: NASA/JPL/Arizona State University

1062 Een ijskap op Hawaiï Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon, AMU, Poznan

Hawaiï wordt gewoonlijk niet geassocieerd met een ijskap, maar daarvan is wel degelijk sprake geweest, in ieder geval gedurende de laatste ijstijd. Dat blijkt uit grote brokken gesteente die op de top van de vulkaan Mauna Kea zijn aangetroffen. Geochemische analyse daarvan onthult een aantal interessante feiten over het vroegere klimaat dat op Hawaiï heerste, althans op de top van deze vulkaan die zo’n 10 km hoog oprijst vanaf de oceaanbodem, waarvan ongeveer 4 km boven water. Met zijn hoogte van 10 km is het in wezen de grootste vulkaan op aarde; haast vanzelfsprekend vormt de Mauna Kea dan ook de hoogste top van Hawaiï.


De Mauna Kea op Hawaii, met (achtergrond)
rode vulkanische gesteenten en (voorgrond)
grijs glaciaal materiaal.

Momenteel is er geen ijs meer aanwezig op deze enorme vulkaan, maar in het verleden strekte zich daarop een ijskap uit die op het hoogtepunt van de laatste ijstijd, zo’n 21.000 jaar geleden, een geschatte omvang had van ca. 70 km2. Toen het klimaat warmer werd, begon het ijs te smelten en werd de ijskap kleiner, maar omstreeks 15.400 jaar geleden begon de ijskap weer te groeien; hij bereikte zelfs bijna weer zijn eerdere maximale grootte. Die ontwikkeling viel samen met een grote verandering in circulatiepatroon van de noordelijke Atlantische Oceaan. Die verandering betekende een belangrijke afname van de hoeveelheid warmte die door het water vanuit de tropen naar het noorden wordt vervoerd.

We weten allemaal hoe de ‘warme golfstroom’ nu het klimaat in Europa aanzienlijk plezieriger maakt dan op grond van de geografische breedte verwacht zou mogen worden; dat warmtetransport is in het niet eens ze verre geologische verleden een aantal malen onderbroken geweest. Daarbij bleven de klimaateffecten echter niet tot de Europese kant van de Atlantische Oceaan beperkt; dat gold ook voor de Amerikaanse kant, en zelfs voor veel andere plaatsen, zoals Hawaiï waar de ijskap op de Mauna Kea zich dus weer kon uitbreiden. Dat kwam overigens niet alleen door een afname van de temperatuur, maar ook door een toename van de neerslag (in de vorm van sneeuw): de hoeveelheid neerslag op de Mauna Kea nam 15.400 jaar geleden toe tot het drievoudige van de huidige hoeveelheid. Dat kan niet worden verklaard door toegenomen verdamping van zeewater; de onderzoekers nemen aan dat Hawaiï destijds door veel frequentere regenstormen vanuit het noorden werd geteisterd dan nu.

De ijsbedekking van de top van de Mauna Kea kon worden vastgesteld met behulp van heliumisotopen in de blokken die de gletsjer op de top heeft achtergelaten; de verhouding tussen de verschillende helium isotopen is een maat voor de tijd dat het gesteente aan de atmosfeer is blootgesteld en dus ook tot wanneer ze in het ijsdek opgesloten hebben gezeten. Met het vaststellen van het bestaan van een vroegere ijskap op de Mauna Kea kunnen nu ook velden met puin worden verklaard; die moeten door het ijs of door smeltwaterstromen zijn achtergelaten. Dat het bestaan van een vroegere ijskap op de Mauna Kea kon worden gereconstrueerd, is min of meer toeval. De vulkaan slaapt namelijk, terwijl veel andere vulkanen op Hawaiï actief zijn. Daar zijn alle sporen van een vroegere ijsbedekking inmiddels door de vulkanische activiteit verdwenen.

Onderzoeker Peter Clark op een vlakte aan de voet van de Mauna Kea met glaciaal puin.

Referenties:

• Anslow, F.S., Clark, P.U., Kurz, M.D. & Hostetler, S.W., 2010. Geochronology and paleoclimatic implications of the last deglaciation of the Mauna Kea ice cap, Hawaii. Earth and Planetary Science Letters, doi:10.1016/j.epsl.2010.06.025, 15 pp.

Foto’s: Oregon State University, Corvallis, OR (Verenigde Staten van Amerika).

1063 Genoom van spons werpt licht op de complexiteit van dieren Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon, AMU, Poznan

Sponzen vormen geologisch gezien een zeer oude diergroep; het is een zeer primitieve diergroep, die zelfs pas in de 19e eeuw als behorende tot de dieren werd herkend. Nu is het genoom geanalyseerd van de sponsAmphimedon queenslandica (een genoom is een complete set van chromosomen - met daarop de genen - en bepaalt de combinatie van alle erfelijke factoren). Amphimedon is daarmee de vertegenwoordiger van de oudste en meest primitieve diergroep waarvan (tot nu toe) het genoom is geanalyseerd. Dat is vooral interessant omdat een sponsachtig organisme in het verre verleden waarschijnlijk het eerste meercellige organisme is geweest dat ontstond uit het samensmelten van een zaadcel en een eicel, het wezenlijke kenmerk van dieren. Met de analyse van het genoom van A. queenslandica kan dus meer duidelijkheid ontstaan over de evolutionaire genetische ontwikkeling van alle diergroepen, van primitief tot hoger ontwikkelt.

De spons Amphimedon queenslandica.

Detail van de spons (foto Maely Gauthier, University of Berkeley).

Terwijl sponzen als de meest primitieve dieren worden beschouwd, zien we - al dan niet terecht - mensen vaak als de evolutionair hoogst ontwikkelde vorm van leven. Dat zou in principe tot uiting moeten komen in de verschillen in opbouw van het genoom van spons en mens: de mens zou groepen genen moeten hebben die de complexiteit van deze levensvorm verklaren, en die genen zouden bij de spons afwezig moeten zijn. Het blijkt echter dat het genoom van de spons de meeste genenfamilies bezit die ook in het genoom van de mens voorkomen. Door na te gaan welke genenfamilies bij de mens verrijkt of juist verarmd zijn ten opzichte van de spons, konden de onderzoekers echter toch vaststellen welke groepen genen verband houden met de complexiteit van dieren. Dat sponzen primitieve organismen zijn, bleek bij het genoomonderzoek uit het feit dat ze geen genen bezitten die cellen aanzetten om zich te ontwikkelen tot spieren, een darmkanaal of neuronen. Dat was zeker in het verre verleden geen grote handicap: sponzen konden toen de oceanen koloniseren. En ook nu nog komen sponzen in grote getalen voor. Daarentegen zijn er bij de spons wel genen aangetroffen die een andere functie hebben bij celdeling (en dus ook groei), onder andere bij het ontwikkelen van cellen met verschillende functies en bij het afsterven van cellen.

De vroegste sponzen moeten verder genetisch al zo ingericht zijn geweest dat zich daaruit later zeer complexe levensvormen konden ontwikkelen; daarvoor was het nodig dat cellen zich konden gaan specialiseren. Dat doen ze onder invloed van biochemische prikkels. Het is in dit verband interessant dat sponzen veel biochemische karakteristieken hebben die we gewoonlijk in verband brengen met complexe functies bij de mens of andere complexe diergroepen. Sponzen missen echter wel bepaalde componenten, en juist die componenten kunnen dus heel goed de evolutie van meer complexe diergroepen mogelijk hebben gemaakt.

Het feit dat sponzen de eerste meercellige dieren waren, heeft bepaalde consequenties. Zo kunnen eencellige organismen geen kanker krijgen, omdat de oorzaak van kanker de ongebreidelde groei van nieuwe cellen is, door zeer snelle celdeling. De cellen in een meercellig organisme moeten goed samenwerken om dat organisme effectief te laten functioneren. De genen die deze samenwerking reguleren, zijn dezelfde die kunnen aanzetten tot de ongewenste celdelingen die tot kanker kunnen leiden. Kennis van het genoom van de spons kan daarom het inzicht in het ontstaan van kanker bevorderen.


Onderzoekers Kenneth Kosik, Cecilia Conaco en Todd Oakley
(foto Rod Rolle).

Kennis van het genoom van de spons heeft trouwens ook mogelijk al op korte termijn praktische consequenties. Zo produceren ze een breed spectrum aan chemische stoffen die de farmaceutische industrie gebruikt. Die stoffen zullen nu mogelijk synthetisch kunnen worden vervaardigd. Daarnaast produceren sponzen vezels van silica, dat ze direct uit het zeewater opnemen. Dergelijke vezels zijn van groot belang voor de communicatie-industrie, en ook dergelijke vezels zullen mogelijk al op relatief korte termijn op een milieuvriendelijke manier uit zeewater kunnen worden vervaardigd.

Referenties:

• Srivastava, M., Simakov, O., Chapman, J., Fahey, B., Gauthier, M.E.A., Mitros, Th., Richards, G.S., Conaco, C., Dacre, M., Hellsten, U., Larroux, C., Putnam, N.H., Stanke, M., Adamska, M., Darling, A., Degnan, S.M., Oakley, T.H., Plachetzki, D.C., Zhai, Y., Adamski, M., Calcino, A., Cummins, S.F., Goodstein, D.M., Harris, C., Jackson, D.J., Leys, S.P., Shu, S., Woodcroft, B.J., Vervoort, M., Kosik, K.S., Manning, G., Degnan, B.M. & Rokhsar, D.S., 2010. The Amphimedon queenslandica genome and the evolution of animal complexity. Nature 466, p. 720-726, doi:10.1038/nature09201.

Foto’s: University of California, Santa Barbara, CA (Verenigde Staten van Amerika).

1064 De best bewaarde mosasauriër zwom als een haai Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon, AMU, Poznan

In Nederland zijn we nog steeds trots op de schedel van de Mosasaurus die in 1764 in de mergelgrotten bij Maastricht werd gevonden, maar het gaat daarbij slechts om de schedel en wat botten (in een stuk steen dat door de Fransen werd meegenomen naar Parijs, waar het ook nu nog ligt). Het bleek, na veel verkeerde determinaties, uiteindelijk een vertegenwoordiger van een groep aquatische sauriërs die nu als mosasauriërs bekend zijn. Er zijn inmiddels talrijke geslachten van bekend, en veel van de aangetroffen fossielen zijn veel completer dan het Maastrichtse exemplaar. We weten inmiddels dat het in ondiepe zeeën levende rovers moeten zijn geweest met een gestroomlijnde vorm. Op basis van hun vorm werden ze tot nu toe geacht min of meer als een salamander of een paling te hebben gezwommen. Recent onderzoek van een in 1969 in de Amerikaanse staat Kansas gevonden fossiel exemplaar van Platecarpus tympaniticus levert echter een ander beeld op.

Het materiaal waarin deze mosasauriër werd gevonden bestaat uit vier brokken steen, die gezamenlijk vrijwel het hele dier bevatten; dat dier moet zo’n 8 m lang zijn geweest en 85 miljoen jaar geleden Laat Santonien tot vroegste Campanien) hebben geleefd. Het is nu te bewonderen in het dino lab van het Museum voor Natuurlijke Historie van Los Angeles County, waar het in 2011 deel zal gaan uitmaken van een enorme tentoonstelling (Dinosaur Mysteries) met een oppervlakte van ca. 1500 m2.

Het bijzondere van dit fossiel is zijn unieke staat. Het is, voor zover bekend, het best bewaard gebleven exemplaar van een mosasauriër. Een deel van de omtrek van het lichaam is nog zichtbaar, delen van de geschubde huid zijn bewaard gebleven (en daarvan lijkt op enkele plaatsen zelfs de oorspronkelijke kleur nog aanwezig te zijn), zich vertakkende delen van de luchtpijp zijn te onderscheiden, en de maaginhoud (vis) is deels bewaard gebleven.

Uit deze details blijkt dat het dier, net als andere mosasauriërs, een zeer gestroomlijnde vorm heeft gehad, en dat het een goed ontwikkelde staartvin had in de vorm van een maansikkel. Dit bewijst, gezien de ouderdom van het dier, dat deze twee voor de voortbeweging belangrijke factoren al in een vroeg stadium van de evolutie van de mosasauriërs tot volledige ontwikkeling zijn gekomen. Vooral de in dit exemplaar zo goed bewaarde staartvin geeft belangrijke informatie: de mosasauriërs moeten betere zwemmers zijn geweest dan tot nu toe werd aangenomen, en ze moeten meer op de manier van een haai dan op de manier van een salamander of een paling hebben gezwommen. Het betekent dat de geavanceerde, zeer effectieve manier waarop haaien zwemmen, ook al eerder in de geologische geschiedenis werd ontwikkeld door de mosasauriërs, dus vele miljoenen jaren eerder dan tot nu toe werd aangenomen.

Details van de gefossiliseerde huid
(PLoS).


Zelfs delen van de maaginhoud zijn gefossiliseerd
(PLoS).

Het gefossiliseerde linkeroog (PLoS).

Het voorste brok steen met onder meer de schedel (DINHMLAC).

Reconstructie (door Stephanie Abramwicz) van Platecarpus tympaniticus
(DINHMLAC).

.

Referenties:

• Lindgren, J., Caldwell, M.W., Konishi, T. & Chiappe, L.M., 2010. Convergenjt evolution in aquatic tetrapods: insight from an exceptional fosil mosasaur. PloS ONE 5 (8), e121998.

Illustraties: Dinosaur Institute, Natural History Museum of Los Angeles County (DINHMLAC) en het aangehaalde artikel (PLoS).

1065 ‘Duizelingwekkende’ draaiing van Gondwanaland of poolverschuiving? Auteur: prof. Dr. A.J. (Tom) van Loon, AMU, Poznan

Het vroegere supercontinent Gondwanaland, ook wel kortweg ‘Gondwana’ genoemd (hoewel specialisten een subtiel onderscheid maken tussen beide termen), lijkt nog meer beweging te hebben ondergaan dan tot nu toe bekend. Gedurende het Vroeg Cambrium, d.w.z. binnen een tijdsbestek van ‘slechts’ ongeveer 25 miljoen jaar, zou dit supercontinent over maar liefst 60⁰ geroteerd zijn. Deze ongekend snelle rotatie kon worden vastgesteld door paleomagnetische metingen in het Amadeus-Bekken in centraal Australië. De metingen geven aan dat sommige gebieden bij deze gigantische rotatie een snelheid bereikten van 8-28 cm per jaar (de onderzoekers houden ca. 16 cm/jaar aan als meest waarschijnlijke snelheid). Dat is ongelooflijk snel, want de hoogste snelheid waarmee lithosfeer schollen zich in de laatste paar honderd miljoen jaar hebben bewogen, is ongeveer 4 cm/jaar. Deze uitzonderlijke rotatie die Gondwanaland zou hebben ondergaan, was de eerste van dit supercontinent. Latere rotaties, ook bij de opsplitsing van Gondwanaland in landmassa’s van ‘normale’ continentale afmetingen, gingen aanzienlijk langzamer.

De ‘duizelingwekkende’ snelheid van deze draaiing moet volgens onderzoeksleider Ross Mitchell hebben geresulteerd in geologisch gezien zeer snel veranderende condities van de oceanen (zeestromen, verbindingswegen), en daarom lijkt het hem ook heel waarschijnlijk dat die extreme continentbeweging ook consequenties heeft gehad voor het leven in zee (voor zover bekend was er nog geen leven op het land). Het lijkt hem dan ook niet toevallig dat juist in het Vroeg Cambrium de zogeheten ‘cambrische explosie’ plaatsvond, een fase waarin binnen zeer korte tijd vrijwel alle nu bestaande groepen van complexe (ongewervelde) dieren ontstonden uit wat daarvoor nog zeer primitieve organismen waren. Aan deze plotseling gewijzigde omstandigheden van het mariene ecosysteem zouden volgens Mitchell veranderingen in het patroon van oceaanstromen, maar ook fluctuaties van het niveau van de zeespiegel en de concentratie van CO₂ ten grondslag hebben kunnen liggen.


Paleomagnetische metingen van gesteenten uit het
Amadeus-Bekken in Australië (ster) wijzen op een
grote verschuiving van Gondwanaland t.o.v. de Zuidpool

De paleomagnetisch bepaalde extreme rotatiesnelheid komt de onderzoekers zelf haast onmogelijk voor. Ze besteden daarom ook aandacht aan een mogelijke alternatieve verklaring: als een continent beweegt ten opzichte van de magnetische polen (en dat is immers wat gemeten wordt met paleomagnetisme), dan bewegen per definitie ook de polen ten opzichte van dat continent. Er bestaat reeds tientallen jaren veel discussie over de vraag of paleomagnetisch bepaalde continentverschuivingen werkelijk het gevolg zijn van schollentektoniek, of dat de desbetreffende gebieden (min of meer) op hun plaats bleven, maar dat de polen van de aarde verschoven (door verandering van de stand van de aardas). Die laatste optie lijkt de onderzoekers waarschijnlijker dan schollentektoniek, want de processen die verantwoordelijk moeten worden gehouden voor een rotatie zoals die nu is waargenomen, kunnen niet op de gebruikelijke wijze worden verklaard. “Het is logischer dat de polen zich verplaatst hebben”, meent Mitchell.

Referenties:

• Mitchell, R.N., Evans, D.A.D. & Kilian, T.M., 2010. Rapid Early Cambrian rotation of Gondwana. Geology 38, p. 755-758.

Illustratie: Ross Mitchell/Yale University.

Copyright © NGV 1999-2010
webmaster@geologischevereniging.nl