NGV-Geonieuws 92

NGV-Geonieuws: elektronisch geologisch tijdschrift

• 561 Een levend organisme van meer dan 250 miljoen jaar oud
• 562 Paarden steeds overtuigender bewijs voor evolutie
• 563 Vroege oceanen lieten geen complex leven toe
• 564 Zeespiegel zou 24 cm stijgen bij smelten van alle ijs buiten Antarctica en Groenland
• 565 Fossiele walvis had uiterlijk van reptiel

  << Vorige uitgave: 91 | Volgende uitgave: 93 >>

561 Een levend organisme van meer dan 250 miljoen jaar oud Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Enkele jaren geleden werd uit een vloeistofinsluitsel in Permisch steenzout - uit de Salado Formatie in Nieuw Mexico - een bacterie geïsoleerd. De vondst van zo’n Permische bacterie zou nog niet zo bijzonder zijn geweest als het om een fossiel exemplaar was gegaan. Dat was echter niet het geval: het bleek mogelijk om de bacterie (Virgibacillus sp.) in een kweek te vermenigvuldigen. Het ging dus om een nog levend exemplaar.


Bacteriën (Virgibacillus) uit het Permische zout

Althans, volgens de onderzoekers. Een levend organisme van 251 (± 0,2) miljoen jaar oud leek echter zo onwaarschijnlijk - zo niet onmogelijk - dat de vondst door velen werd beschouwd als een 'foutje'. Het zou daarbij niet gaan om een verontreiniging met een recente bacterie (de publicatie maakte juist gewag van extreme sterilisatietechnieken), maar de bacterie zou lang na de afzetting van het zout daarin terecht zijn gekomen. Deze 'beschuldiging' was niet zomaar uit de lucht gegrepen, want het zoutkristal waarin het pekelinsluitsel met de bacterie zat, maakte deel uit van een een stuk steenzout dat in een soort holte in het zoutpakket was neergeslagen; het afwijkende karakter blijkt onder meer uit de grootte (meer dan 1 cm) van de halietkristallen die deze eerdere ruimte nu opvullen. De vraag is dus wanneer de opvulling van de holte met grove zoutkristallen plaatsvond. Om dat na te gaan, is nu een nieuw stuk steenzout uit dezelfde formatie en van dezelfde plaats (op 564 m diepte) in de mijnschacht onderzocht.


Doorsnede door de Waste Isolation Pilot Plant bij Carlsbad (New Mexico). De vindplaats van de nog levende Permische zoutbacterie is aangegeven door een sterretje

Bij dit onderzoek bleek uit sedimentologische karakteristieken dat de holtes in het zout niet na de afzetting zijn ontstaan, maar synsedimentair waren, d.w.z. dat de neerslag van zout niet leidde tot een massief pakket, maar dat daarin vanaf het allereerste begin al ruimtes aanwezig waren. Toen dit duidelijk was geworden, werd de vraag natuurlijk wanneer die ruimtes weer werden opgevuld: tijdens, kort na, of lang na de opbouw van het zoutpakket. Vergelijking met recente milieus waarin zoutafzetting plaatsvindt, geeft aan dat ruimtes al worden opgevuld wanneer er nog maar weinig zout boven is afgezet; op 50 m diepte komen al geen zichtbare poriën meer voor. Verder blijkt uit de Kwartaire zoutafzettingen bij Salar de Atacama (Chili) dat er in zoutholtes in de bovenste twee meter al grote zoutkristallen uitkristalliseren uit het pekelige grondwater. Dat betekent echter nog niet per definitie dat alle openingen met het oppervlak ook snel verdwijnen.

Om na te gaan of dergelijke openingen inderdaad kunnen hebben bestaan in het Permische zoutpakket, zochten de onderzoekers uit bij welke temperatuur de grove zoutkristallen (waaruit de bacterie afkomstig was) werden gevormd, en wat de chemische samenstelling was van de pekel waaruit ze uitkristalliseerden. Daartoe werden onder meer de 0,01-0,5 mm grote (in uitzonderlijke gevallen 3 mm) pekelinsluitsels geanalyseerd. Uit de microthermometrische analyses bleek dat de uitkristallisatie bij 17-37 graden Celsius moet hebben plaatsgevonden; de gemiddelde gevonden waarde is 23 graden Celsius. Al deze temperaturen liggen binnen het bereik van de temperatuur van pekelig grondwater, waarbij ook de variatie in temperatuur tussen dag en nacht alsmede die tussen zomer en winter in aanmerking is genomen. Verder werden chemische samenstellingen met diverse technieken bepaald. Daaruit blijkt dat de pekel, toen die in zoutkristallen werd opgesloten, dezelfde samenstelling moet hebben gehad als de zee gedurende het Laat-Perm.

De conclusie die de onderzoekers op basis van al hun analyses trekken, is dat de pekelinsluitsels (en dus ook de bacterie daarin) moeten zijn ontstaan terwijl het zoutpakket nog werd gevormd, dus voor het einde van het Perm. De gevonden (levende) bacterie zou dus ruim een kwart miljard jaar 'levend begraven' zijn geweest.

Referenties:

• Satterfield, C.L., Lowestein, T.K., Vreeland, R.H., Rosenzweig, W.D. & Powers, D.W., 2005. New evidence for 250 Ma age of halotolerant bacterium from a Permian salt crystal. Geology 33, p. 265-268.

Foto van de bacterie (© Russell Vreeland en William D. Rosenzweig) welwillend ter beschikking gesteld door Russell Vreeland, Department of Biology, West Chester University, West Chgester, PA (Verenigde Staten van Amerika).
Lijnfiguur welwillend ter beschikking gesteld door Cindy Satterfield, Department of Geological Sciences and Environmental Studies, State University of New York, Binghamton, NY (Verenigde Staten van Amerika).

562 Paarden steeds overtuigender bewijs voor evolutie Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Paardachtigen (Equidae) zijn al van oudsher een bekend voorbeeld van evolutie, waarbij oorspronkelijk kleine soorten zich vanaf omstreeks 55 miljoen jaar geleden (Eoceen) ontwikkelden en vertakten tot - in het algemeen - steeds grotere vormen. De meeste takken liepen dood, maar het geslacht Equus (het moderne paard) overleefde - als enige. Overigens kent het moderne paard 8-10 soorten en talrijke ondersoorten.

De interesse in de evolutie van paarden stamt al van lang terug. Thomas Huxley, die een overtuigd aanhanger was van Darwins evolutietheorie, had in Europa al tal van fragmenten van fossiele paardenbotten gevonden en op basis daarvan een ruwe evolutielijn opgesteld. Hij wilde onder meer daarover vertellen op een rondreis door Amerika, waar hij in 1876 een serie lezingen zou houden. Tijdens die rondreis trof hij op Yale University een door de paleontoloog verzamelde hoeveelheid fossiele paardenbotten aan. Deze botten vulden zijn eigen collectie zo goed aan, dat hij de evolutionaire ontwikkeling van de paarden kon vervolmaken; vooral daarop ging hij toen tijdens zijn lezingen in.


Skelet van Archaeohippus, een paard uit het Mioceen van Florida

Sindsdien is er uiteraard een zeer grote hoeveelheid nieuw fossiel materiaal gevonden. Dat het daarbij gaat om een duidelijke evolutie op het niveau van een familie (de Equidae), is eens te meer een bewijs dat niet alleen soorten maar ook hogere taxa evolueren. Daarbij is ook duidelijk het complexe karakter van een dergelijke macroevolutie= '(evolutie op niveau hoger dan van enkele soort)' aan de dag getreden, met tal van uitstervende takken, maar ook met tal van takken naar soorten die nauw verwant zijn met Equus.

Equus ontwikkelde zich zowel in Eurazië (het vasteland van Europa en Azië samen) als in Noord- en Zuid-Amerika. In Amerika stierf het paard echter ongeveer 10.000 jaar geleden uit, waarschijnlijk door een combinatie van klimaatverandering, bejaging door de prehistorische mens, en mogelijk nog een aantal factoren (pas door de Spaanse conquistadores werd het paard weer opnieuw in Amerika geïntroduceerd). In Eurazië werd het woongebied weliswaar kleiner, maar bleef het paard wijdverspreid. Het werd omstreeks 6000 jaar geleden gedomesticeerd uit een soort (E. caballus) die veel gelijkenis vertoonde met het wilde Przewalski-paard (dat overigens ook wel als een aparte soort wordt beschouwd: E. przewalskii).

De beperkte huidige variatie van de Equidae (met slechts één geslacht) staat in schril contrast tot de vroegere situatie, zoals die nu uit fossielen bekend is. Er zijn inmiddels enkele tientallen fossiele geslachten van de Equidae bekend, en enkele honderden (uitgestorven) soorten.

Grote bijdragen zijn geleverd door de (goed fossiliseerbare) tanden. Deze ondergingen aanzienlijke veranderingen; soms snel, soms langzaam. Uit de tanden is ook het dieet te reconstrueren, en ook dat blijkt in de loop der tijd te zijn aangepast aan nieuwe omstandigheden. In het Eoceen en Vroeg-Mioceen hadden paarden tanden die vooral geschikt waren voor zachte bladeren. Dat type gebit werd daarna plotseling vervangen door andere typen. De meeste soorten ontwikkelden een gebit voor de grasvlaktes die 25-15 jaar miljoen jaar geleden ontstonden. Sommige soorten gingen daarna terug naar een gemengd dieet van gras en bladeren.

Het vele fossiele materiaal dat nu bekend is heeft niet geleid tot wezenlijke veranderingen in de evolutionaire geschiedenis die al ruim honderd jaar geleden was gereconstrueerd, maar heeft deze uiteraard wel sterk verfijnd (en een beter inzicht gegeven in de veranderende omstandigheden die aanpassing noodzakelijk maakten). De stamboom is, ondanks de ongetwijfeld nog aanwezige hiaten, nu zo compleet dat er gesproken mag worden van een onweerlegbaar bewijs van geleidelijke evolutie.

Referenties:

• MacFadden, B.J., 2005. Fossil horses - evidence for evolution. Science 307, p. 1728-1730.

Foto (Florida Museum of Natural History) welwillend ter beschikking gesteld door Bruce MacFadden, Florida Museum of Natural History, University of Florida, Gainesville, FL (Verenigde Staten van Amerika)

563 Vroege oceanen lieten geen complex leven toe Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

In de eerste 3,5 miljard jaar van de aardgeschiedenis kwamen er geen complexe levensvormen voor. Wel ontstonden er relatief vroeg (waarschijnlijk 3,8-3,5 miljard jaar geleden) microorganismen. Er zijn geen aanwijzingen dat het daarbij in het begin ook ging om eukaryoten (een- of meercellige organismen met structuren zoals een celkern en mitochondriën); die dateren pas van ca. 2,7 miljard jaar geleden. Pas zo’n 550 miljoen jaar geleden kwamen er complexere levensvormen: de Metazoa. Sindsdien is de evolutie snel voortgeschreden naar zeer complexe levensvormen zoals de primaten.


De oudst bekende vertegenwoordiger van de Metazoa, Grypania spiralis, die ca. 2,1 miljard jaar leefde in een zeer zoute zee

Juist de snelle evolutie die in de afgelopen 550 miljoen jaar optrad, doet de vraag rijzen waarom eerder zo’n lange periode zonder noemenswaardige evolutie bestond. Die vraag is niet alleen van belang voor een beter begrip van de omstandigheden die evolutie mogelijk maken, maar ook voor het zoeken naar levensvormen buiten de aarde. Vaak wordt aangenomen dat het verschijnen van de Metazoa, 550 miljoen jaar geleden, kon plaatsvinden doordat er pas toen voldoende zuurstof aanwezig was. Het gaat echter niet om de hoeveelheid atmosferische zuurstof, maar (omdat het leven zich geheel in zee afspeelde) om de hoeveelheid zuurstof die in het oceaanwater was opgelost.

De oplosbaarheid van zuurstof in zeewater hangt voor een belangrijk deel af van twee factoren: de temperatuur en het zoutgehalte. Deze twee parameters hebben gedurende de geologische geschiedenis sterk gefluctueerd. Hoe dat in het Precambrium gebeurde, en wat de invloed daarvan was op de evolutie, is onderzocht door Paul Knauth.

Uit isotopenanalyse van vuursteen kon hij opmaken dat de temperatuur gedurende het Archeïcum aan het oppervlak 55-85 °C bedroeg. Thermofiele microorganismen konden zich daarom over alle wereldzeeën verspreiden. Het zoutgehalte van de oceanen gedurende het Archeïcum was anderhalf- tot tweemaal zo hoog als nu (er waren geen continenten waarop zoutafzettingen konden accumuleren). Door het hoge zoutgehalte kon er nauwelijks zuurstof in het zeewater oplossen. Hoewel de atmosferische zuurstof al een concentratie bereikte van 70% van het huidige niveau, waren de Archeïsche organismen dus beperkt tot vormen die een hoge temperatuur en een hoog zoutgehalte konden verdragen, en die geen zuurstof nodig hadden.


Steenzout (het mineraal Haliet) sloeg pas op het eind van het Precambrium in grote hoeveelheden neer, waardoor het zoutgehalte in zee drastisch daalde

In het Paleoproterozoïcum (2,5-1,6 miljard jaar geleden) daalde de temperatuur aanzienlijk, en 1,2 miljard jaar geleden varieerde die binnen min of meer dezelfde waarden als gedurende de afgelopen 550 miljoen jaar. Op het eind van het Precambrium daalde bovendien het zoutgehalte van de oceanen voor het eerst sterk, omdat toen in reusachtige bekkens door verdamping enorme hoeveelheden zout en pekel werden opgeslagen. Tevens vonden er op het einde van het Precambrium een aantal extreme vergletsjeringen plaats. Het samengaan van een lager zoutgehalte en een sterk dalende temperatuur zorgde ervoor dat er veel meer zuurstof in het water kon oplossen. Hierdoor konden zich niet alleen microorganismen ontwikkelen die zuurstof voor hun stofwisseling nodig hadden, maar zelfs organismen die echt adem haalden (Metazoa). Omdat de atmosferische zuurstof al langer een hoog niveau had, kan overigens niet worden uitgesloten dat de Metazoa zich buiten de zee ontwikkelden, bijv. in ondiepe kustnabije wateren. Ze zouden zich van daaruit naar de met kalk en silicium verzadigde zee hebben kunnen verspreiden, waarop de 'Cambrische explosie' van levensvormen met goed fossiliseerbare harde delen kon plaatsvinden.

Omdat chloor (dat samen met natrium het goed in zeewater oplosbare zout haliet vormt) een element is dat wijd verbreid in de ruimte voorkomt, en dat zich samen met waterdamp in de atmosfeer verspreidt bij ontgassing van een planeet, zijn zoute (vroege) oceanen op andere hemellichamen waarschijnlijk. Bij het zoeken naar buitenaards leven zou daarom goed gelet moeten worden op anaërobe microorganismen; het voorkomen daarvan is veel waarschijnlijker dan het voorkomen van ander extraterrestrisch leven.

Referenties:

• Knauth, L.P., 2005. Temperature and salinity history of the Precambrian ocean: implications for the course of microbial evolution. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology 219, p. 53-69.

564 Zeespiegel zou 24 cm stijgen bij smelten van alle ijs buiten Antarctica en Groenland Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Regelmatig wordt aangehaald hoeveel tientallen meters de zeespiegel zou stijgen als de ijskappen op Antarctica en Groenland geheel zouden afsmelten. Dat dat ook werkelijk zal gebeuren, is iets waarover we ons trouwens geen zorgen hoeven te maken, want de huidige temperatuurstijging op aarde is onvoldoende om die reusachtige ijskappen geheel te doen verdwijnen. Dat laat echter onverlet dat ook gedeeltelijke afsmelting rampzalige gevolgen kan hebben, en wel in de vorm van een zeespiegelstijging in de orde van grootte van enkele meters; genoeg om het grootste deel van de dichtbevolkte kustvlaktes onder water te doen verdwijnen.


Een typische ijskap op Ellesmere Island, Canada

Er wordt ook wel gesuggereerd dat het smelten van zeeijs aan een stijging van het zeeniveau kan bijdragen. Dat is echter onzin, want dat zeeijs, dat zich - net als ijsbergen - voor zo’n 90% onder water bevindt en er slechts voor zo’n 10% bovenuit steekt, heeft een groter volume dan de corresponderende hoeveelheid water. Smelten van zeeijs levert geen enkele verandering van de zeespiegelstand op.


Een typische gebergtegletsjer: De Mer Du Glace bij Chamonix

Hoe zit het echter met de ijskappen buiten Antarctica en Groenland, en hoe zit het met het ijs dat nu in talloze gebergtegletsjers is opgeslagen? Hoewel er tal van gebergtegletsjers zijn die zich momenteel uitbreiden, staat vast dat veruit de meeste gletsjers zich snel terugtrekken, dus in omvang afnemen. Wat is de invloed daarvan op de stand van de zeespiegel? Die vraag is moeilijk te beantwoorden, omdat het gaat om zulke grote aantallen gletsjers, waarvan de 'waterinhoud' niet altijd goed bekend is.

Twee onderzoekers hebben daarvoor een indrukwekkend onderzoek uitgevoerd, dat tientallen jaren in beslag heeft genomen. Ze hebben daartoe het aardoppervlak in 'cellen' opgedeeld en voor elke cel vervolgens de ijsbedekking vastgesteld. Omdat ijskappen een andere configuratie hebben dan gletsjers, hebben ze die twee typen daarbij afzonderlijk van elkaar geanalyseerd. Bij hun inventarisatie vonden ze dat er 401.000 km² met gletsjers is bedekt en 121.000 km² met ijskappen.

Deze ijsbedekkingen zijn door de onderzoekers op basis van een aantal karakteristieken omgerekend naar ijsvolumes. Zij komen tot een totaal volume van 87.000 km³, met een mogelijke afwijking van 10.000 km³. Opvallend is dat de hoeveelheden ijs in de ijskappen niet veel groter blijken te zijn dan die in de gletsjers: deze twee typen ijs bevatten resp. 59% en 41% van het totaal (buiten Antarctica en Groenland!). Het volume van 87.000 km³ zou, als het volledig door afsmelten zou verdwijnen, een zeespiegelstijging opleveren van 24,1 cm; de hiervoor genoemde onzekerheidsmarge zou deze stijging 2,6 cm hoger of lager kunnen doen uitvallen.

Referenties:

• Raper, S.C.B. & Braithwaite, R.J., 2005. The potential for sea level rise: new estimates from glacier and ice cap area and volume distributions. Geophysical Research Letters 32, doi:10.129/2004GL021981, 4 pp.

Foto Mer du Glace welwillend ter beschikking gesteld door Balázs Erd?helyi (Hongarije); foto Ellesmere Island: National Snow and Ice Data Center, Boulder, CO (Verenigde Staten van Amerika).

565 Fossiele walvis had uiterlijk van reptiel Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Een wadi (gewoonlijk droge rivierbedding) in het Egyptische deel van de Sahara staat bekend om de talrijke vondsten die er inmiddels zijn gedaan van fossiele grote zeedieren; er zijn inmiddels vijf walvissoorten van deze locatie bekend, drie soorten zeekoeien, twee soorten krokodillen, diverse schildpadden, een zeeslang en talrijke resten van haaien en beenvissen. Deze Wadi Hitan is mede daarom inmiddels genomineerd als een 'World Heritage Site' van de UNESCO; hij staat onder toezicht en bescherming van het Egyptische Bureau voor Milieuzaken, en wordt thans tevens ontwikkeld als een nationaal park, via een Italiaans/Egyptisch samenwerkingsprogramma.


Het lange skelet wordt stukje bij beetje blootgelegd

Wadi Hitan vormt een ver van de buitenwereld verwijderd dal, waar de wind vrij spel heeft. Er zijn ontsluitingen van zandsteenpakketten, die op de bodem van een ongeveer 40 miljoen jaar oude zee werden gevormd. In dat zandsteenpakket komen opvallend veel resten van grote zeedieren voor, die door de wind worden uitgeprepareerd. Zo zijn er inmiddels honderden fossiele restanten van walvissen aangetroffen. Een van de vroegste vondsten (1905) betrof het geslacht Basilosaurus, maar tot nu toe was er geen volledig skelet aangetroffen. Dat is nu wel gebeurd, tijdens een gezamenlijk onderzoek van de Universiteit van Michigan en het Egyptische Bureau voor Milieuzaken. Daarbij werd een 18 m lang exemplaar ontdekt.


Volledig skelet Basilosaurus (Tekening Hans Theweissen)

Het ontdekte exemplaar zal naar Michigan worden verzonden om het geheel schoon te maken en conserveren. Ook zal er daar een volledige kopie van worden gemaakt. De originele botten en de kopie zullen daarna teruggaan naar Egypte om te worden tentoongesteld in musea in Caïro en in het bezoekerscentrum van Wadi Hitan. Wellicht zal er ook een afdruk worden gemaakt voor het Universiteitsmuseum in Michigan.

De aandacht voor de nieuwe vondst heeft goede redenen, want Basilosaurus is een raadselachtige vertegenwoordiger van de walvissen, vooral door zijn langgerekte vorm die eerder aan een reptiel dan aan een walvis doet denken (de naam betekent 'koningsreptiel'). Het dier bezat nog (onbruikbare) pootjes, voeten en tenen, die het vroegere gebruik van de achterpoten aangeven, voordat die door de evolutionaire overgang terug naar zee overbodig werden.

Het is de bedoeling dat nauwgezet onderzoek hieraan meer inzicht zal verschaffen hoe dit dier leefde en zwom. Wellicht dat mede daardoor duidelijk wordt of er ter plaatse gedurende het Laat-Eoceen bijzondere omstandigheden heersten die kunnen verduidelijken waarom zoveel grote zeedieren ter plaatse zo goed konden fossiliseren.

Referenties:

• University of Michigan News Service, 2005. U-M team recovers ancient whale in Egyptian desert. Persbericht http://www.ns.umich.edu/htdocs/releases/print.php?Releases/2005/Apr05/r041205.

Foto: Philip Gingerich, Department of Geological Sciences, University of Michigan, (Verenigde Staten van Amerika).

Copyright © NGV 1999-2010
webmaster@geologischevereniging.nl