De stamboom van de zoogdieren

Centrale stamboom Het meest opvallende kunstwerk in Naturalis is de centraal opgestelde en uit zwarte buizen opgebouwde stambom die aangeeft hoe de dieren en de planten zich vanaf een ver en diep verleden tot aan het heden ontwikkeld hebben. Maar hoe kom je aan de ideeën voor zo'n stamboom? Wel, één manier is om te kijken naar de bouw van de organismen. Een simpel gebouwd organisme staat ergens onderaan, een ingewikkeld gebouwd organisme moet een plaatsje hoger in de stamboom krijgen, dat is duidelijk. Maar wat als we hoger in de stamboom komen en de dieren en planten al ver ontwikkeld zijn? Wel, hoe meer ze op elkaar lijken, hoe meer verwant ze zullen zijn en hoe dichter ze bij elkaar in de stamboom een plaatsje moeten krijgen.   Schijn bedriegt Maar de schijn kan bedriegen. Walvissen bij voorbeeld horen niet bij de vissen. Het zijn perfect aan het zeeleven aangepaste zoogdieren. En de pinguïn is geen zwemmend zoogdier (zoals de zeehond) maar een echte vogel. We zullen dus echt wat beter naar een plant of dier moeten kijken en er met name ook de inwendige bouw bij moeten betrekken om er achter te komen wie met wie verwant is en waar we ze vervolgens in de stamboom moeten plaatsen. Zo was men er al aardig in geslaagd aan te geven welke diergroepen met elkaar verwant zijn en welke niet. Geholpen door kennis van fossielen en van oude aardlagen waarin die fossielen voorkomen was het vervolgens mogelijk een betrouwbare stamboom op te stellen en de lijnen aan te geven waarlangs de ontwikkeling van diverse groepen zoogdieren was verlopen. Maar er bleven vragen over. Waar plaatsen we bijvoorbeeld die vreemde schubdieren in de stamboom? En - interessant voor de mens - welke groep er eigenlijk het meest verwant aan de aapachtigen?   Nieuwe inzichten Maar net zo als tegenwoordig de vraag of iemand wel de biologische vader van zijn zoon of dochter is niet meer wordt opgelost door te kijken of ze bepaalde uiterlijke kenmerken met elkaar gemeen hebben maar met een onderzoek van erfelijk materiaal (DNA), zo wordt recent onderzoek naar afstamming en verwantschap gebaseerd op uitkomsten van moleculair onderzoek van erfelijk materiaal. En dat nieuwe onderzoek levert hier en daar opmerkelijk nieuwe inzichten op. Wat eerst als verwant werd gezien, blijkt dat bij nader inzien toch niet te zijn en wat als ver verwijderd van elkaar werd beschouwd, bleek toch meer verwant te zijn. Zo is de oude morfologische stamboom (naar bouw en vorm) vervangen door de nieuwe moleculair-biologische stamboom, gebaseerd op onderzoek van erfelijk materiaal. en die stamboomziet er op een aantal punten heel anders uit dan wat we gewend waren.   Zoek de verschillen ! Het is erg boeiend beide stambomen eens naast elkaar te leggen en te zien tot welke verschuivingen het nieuwe onderzoek heeft geleid. We zullen dat doen aan de hand van een aangepaste figuur uit een artikel uit het tijdschrift Science (2004). Links staat de oude op de morfologie gebaseerde stamboom, rechts de huidige die op de molecularie biologie is gebaseerd. Anders dan de stamboom in Naturalis - die van onder naar boven begrepen moet worden - moet de stamboom in de beide figuren hieronder gelezen worden van links naar rechts. Linksboven in de figuur is het begin. We zijn dan in tijd zo'n 100 miljoen jaar terug. De reptielen (waaronder de Dinosauriërs) zijn op hun retour en de zoogdieren hebben de fakkel van de evolutie overgenomen. De diergroepen zijn weergeven op het niveau van "orde". De roofdieren vormen met elkaar een 'orde' en zijn verdeeld in 'families' (hondachtigen, katachtigen, marterachtigen). De families worden weer onderverdeeld in geslacht (b.v. wolf) en die weer in soorten (grijze wolf). De beide figuren geven de stamboom weer op het niveau van de 'ordes'.

 

De oude morfologische stamboom

De nieuwe moleculair-biologische stamboom

Bij de morfologische stamboom Vanaf de prille start van de zoogdieren (linksboven) is het maar één aftakking en we zijn bij de eileggende zoogdieren. De buideldieren bereiken we na twee vertakkingen. De miereneters zijn al een stap verder op de ontwikkeling en bereiken we na drie keer een vertakking te zijn gepasseerd.   Zo kunnen we verder gaan. De roofdieren bereiken we na 5 stappen. Het verst van het begin en daarmee het verst in deze weergave van de evolutie, staan de olifantachtigen en de zeekoeien. Het vergt welgeteld 8 stappen om bij die groepen dieren uit te komen. De evenhoevigen (herten, kamelen, varkens en nijlpaarden) en de walvissen staan dicht bij elkaar. De onevenhoevigen (paarden, ezels) staan op korte afstand er onder.   En de mens en zijn naaste verwanten? Wel, onze naaste verwanten zijn de Toepaja's (een groep kleine vruchtenetende zoogdieren uit Zuid-oost Azië), op enige afstand gevolgd door de huidvliegers (vliegende maki's) en de vleermuizen. De aardvarkens sluiten de rij onderaan af.

Bij de moleculair-biologische stamboom Het eerste dat opvalt is dat de moleculair-biologische stamboom overzichtelijker oogt. Dat komt omdat de vertakkingen meer geclusteerd zijn (zie de zwarte, de blauwe en de oranje lijnen). De afrikaanse spitsmuizen zijn afgesplitst van de insecteneters en vormen nu een aparte groep die al in een vroeg stadium van de evolutie van de zoogdieren zijn ontstaan. Er zijn, vanwege de gebleken grote moleculaire verwantschap, ook twee groepen samengevoegd. De Evenhoevigen zitten nu met de walvissen in een en dezelfde groep.   En de aapachtigen (met de mens)? De Toepaja's staan nog steeds in de buurt. De haasachtigen zijn een stap dichterbij gekomen (het vergt maar drie stappen om bij de hazen en de konijnen uit te komen). De vleermuizen zijn op grotere afstand gekomen.: er zijn in de figuur nu zes stappen nodig om van mens naar vleermuis te komen.   De olifantachtigen zijn bovenaan in het schema terechtgekomen. En de aardvarkens? Ook die vinden we bovenaan in de stamboom terug.

evt. terug naar het hoofdstuk 'Oerparade'

De grote uitstervingsgolven

Het leven op aarde is bepaald niet altijd in opgaande lijn gegaan. Iedereen kent het lot van de Dinosauriërs die met vele andere dieren en planten aan het einde van het Krijt (dit is zo'n 75 miljoen jaar geleden) uitstierven. Maar de aarde heeft heel wat meer uitstervingsgolven gekend. Onderstaande figuur (welke is gemaakt naar gegevens van een artikel uit de 'National Geographic' van febr. 1999) brengt dat goed in beeld. Op de horizontale as is de tijd in miljoenen jaren weergegeven (vanaf -600 mjj tot heden). Op de verticale as is de biodiversiteit (gemeten in aantallen toen levende families) uitgezet.   De eerste grote uitstervingsgolf was in het Ordovidicum (1), 440 mjj jaren geleden, toen een kwart van alle families het loodje legden. Met name de Trilobieten leden veel schade maar overleefden toch de ramp. De tweede uitstervingsgolf was in het Devoon (2) (-370 mjj) en trof vooral de vissen en de koraaldieren. De meest rampzalige uitstervingsgolf vond plaats aan het einde van het Perm (3) (-250 mjj) toen maar liefst de helft van de families (waaronder veel insecten) uitstierven! De vierde ramp gebeurde in het Trias (4) (-210 mjj) toen vooral de reptielen en de primitieve zoogdieren flinke klappen opliepen. De vijfde en voorlaatste uitstervingsgolf was niet de grootste maar wel de meest bekende en vond plaats in het Krijt (5) (-65mjj). Zoals vermeld stierven de Dinosauriërs toen volledig uit en werd hun plaats ingenomen door nieuwe zoogdiersoorten. Van die vijfde uitstervingsgolf kennen we de vermoedelijke oorzaak: hoge vulkanische activiteit van de aarde in combinatie met de toevallige inslag van een reuzenmeteoriet die het klimaat van de aarde tijdelijk diepgaand beinvloedde. Volgens recent onderzoek (Peters en Foote in 'Nature', maart 2002) is de teruggang in het aantal soorten en families overigens ten dele schijnbaar doordat er - door bepaalde geologische oorzaken - juist in perioden als het Trias in de collecties minder fossielen voor handen zijn.

Van de zesde uitstervingsgolf is de oorzaak met zekerheid bekend: de mens. Reeds 50.000 jaar geleden hebben de voorouders van de Australische Aboriginals een einde gemaakt aan veel loopvogelsoorten en reuzenkangeroes. Het verstorende effect van de mens heeft echter pas de laatste eeuwen dramatische vormen aangenomen. Op lange termijn komt, volgens het genoemde artikel, zelfs ca 50% van alle planten- en dierensoorten in de gevarenzone, een situatie die zich sinds 250 miljoen jaar niet meer heeft voorgedaan!

evt. terug naar het hoofdstuk   'Oerparade'

Endosymbiose:  een heel vroeg samengaan

Sinds Darwin zijn we bekend met het belangrijkste mechanisme van de evolutie en dit is de natuurlijke selectie van mutatie. Maar aan het begin van de evolutie heeft nog een belangrijk mechanisme gespeeld en dat is Endosymbiose. Dit is een proces waarbij bepaalde grote oerbacteriën kleine gespecialiseerde bacterievormen opgeslokten onder vorming van nieuwe en beter aan de omstandigheden aangepaste levensvormen (deze vrij recente en inmiddels wijd aangehangen theorie gaat terug op de ideeen van Lynn Margulis uit1963.)   De eerste keer waren het relatief grote, onbeweeglijke bacteriën die een fusie aangingen met bepaalde kleine beweeglijke bacteriën welke al waren uitgerust met zweephaartjes (de voorouders van de huidige Spirochetae). Voor de gastheer betekende dit de mogelijkheid de bewegingsstructuren te gebruiken als bouwelementen voor interne membranen en andere organellen (de naam 'organel' wordt gebruikt voor de kleine orgaantjes binnen een cel).   Bij een tweede endosymbiotische sprong namen de gastheercellen weer andere kleine gespecialiseerde bacteriën in zich op die het vermogen hadden ontwikkeld in zuurstofomgeving te kunnen leven. Binnen de gastheer ontpopten ze zich tot wat we nu mitochondriën noemen (de producenten van energiepakketjes in de cel). De derde keer waren het kleine fotosynthetiserende bacteriën die door de grote broers werden opgeslorpt. Ook nu nestelden de gasten zich blijvend in de gastheer met een dramatisch gevolg. De combinatie kon immers voortaan beschikken over het vermogen om fotosynthese te plegen (het proces waarbij onder invloed van licht zuurstof en water worden omgezet in zuurstof en bouwstoffen). Een nieuw soort organellen, de plastiden, zag zo het licht. De groene vorm kennen we als de chlorofylkorrels. De meercellige vormen stonden aan de basis van het hele plantenrijk! Onderstaande figuur brengt een en ander schematisch in beeld.     De bewijsvoering voor de theorie komt vooral uit onderzoek van het erfelijk materiaal. De mitochondrien en plastiden hebben van de kern afwijkend DNA wat eerder overeenkomt met het DNA van hun oervormen. De plastiden delen ook onafhankelijk van de kern. Tegelijkertijd maar vermoedelijk los van deze endosymbiose verkreeg een deel van deze organismen de mogelijkheid om het erfelijk materiaal wat eerder 'los' in de cel rondzwierf in een van een membraan voorziene kern op te bergen, waardoor het beter beschermd was tegen UV en andere schadelijke factoren. We staan dan op de overgang van de Prokaryoten (nog geen kern) naar de Eukaryoten (met kern).

evt. terug naar het hoofdstuk  'Oerparade' (Na de oerknal)

Scheppingsverhaal en  evolutie

De evolutietheorie (waarop de opstelling van de Oerparade is gebaseerd) houdt in dat alle organismen (door een proces van toevallige mutatie, selectie en aanpassing) zijn ontstaan uit eerdere levensvormen en uiteindelijk teruggaan tot een eerste grotendeels onbekende oervorm van leven. In de evolutietheorie worden de wegen waarlangs die evolutie is verlopen beschreven en de processen die hierbij een rol spelen in kaart gebracht. Belangrijke hulpmiddelen zijn hierbij het onderzoek aan aardlagen en hun fossielen, de vergelijking van de bouw van de organismen en de moderne moleculaire technieken waarmee de mate van overeenkomst in afstamming kan worden nagegaan. De meeste religies kennen een scheppingsverhaal waarin in beeldvorm is weergegeven hoe de schepping van de aarde en de levende wezens is verlopen. De bijbel begint in het boek Genesis met het bekende verhaal van een schepping van de wereld in 7 dagen met de mens op de 6e dag en 7e dag als de dag van de voltooiing en de rustdag. Ook in de Koran is dit scheppingsverhaal opgenomen. Deze verhalen bedoelen aan te geven dat God aan het begin van de schepping staat en geven een bepaalde visie op de plaats die de mens in de hem omringende natuur inneemt.   De evolutietheorie is een product van wetenschappelijk onderzoek en -denken en bedoelt een wetenschappelijk verantwoorde uitleg te geven van de ontwikkeling van het leven op aarde. De theorie doet dan ook geen uitspraak over het doel en de zin van het bestaan. Groepen dieren en planten ontstaan en verdwijnen. De mens is een diersoort die zich in enkele opzichten (herseninhoud, spreektaal) onderscheid van zijn naaste verwanten, de mensapen. De natuur die hem omringt kent geen goed of kwaad. In het religieuze denken gaat het juist wel om het zoeken naar het doel van de schepping, de betekenis van de mens daarin en de zin van het individuele bestaan. Religie kent begrippen als goed en kwaad, loutering en bevrijding.   Het evolutieverhaal van de oerparade en het scheppingsverhaal moeten dan ook goed uit elkaar worden gehouden. Zij passen, zoals dat heet, 'íeder in hun eigen context' en hebben ieder hun eigen waarde.     evt. terug naar het hoofdstuk 'Natuurtheater'  (de Rondgang)

terug naar het begin van dit hoofdstuk 'Evolutie'