|
Toon mij uw tanden, en ik zeg u waartoe
gij behoort,' moet George Cuvier, grondlegger van de
vergelijkende anatomie, eens hebben geroepen. Mede dankzij
de veroveringen van Napoleon kon Cuvier beschikken over
enorme hoeveelheden levende dieren, preparaten, skeletten
en fossielen, en was hij uiteindelijk in staat om aan
één tand of bot te zien om welk dier het ging, of waar
het aan verwant moest zijn. Cuvier was dé autoriteit
op het gebied van de taxonomie van het dierenrijk, Als
hij gesproken had, was de zaak voor velen afgedaan.
En eigenlijk is er sinds de dagen van Cuvier niet veel
veranderd. De taxonomie is nog steeds hoofdzakelijk
gebaseerd op uiterlijke kenmerken, en daarmee een zaak
van traditie en ervaring - en in geval van twijfel vaak
op fingerspitzengefühl en persoonlijke interpretatie.
Taxonomie is een kunde met een vleugje (en soms meer
dan dat) kunst.
En dat is natuurlijk niet echt een bevredigende
situatie, vooral niet voor paleontologen. De verwantschappen
tussen levende soorten hebben namelijk alles te maken
met de ontwikkeling van het leven op aarde, en zij zouden
dus graag een andere manier van indelen zien, een die
niet gebaseerd is op uiterlijkheden maar die samenhangt
met de evolutie van het leven. Inzicht, ervaring en
intuïtie moeten plaats maken voor gen-sequencing en
statistiek. De eerste resultaten van modern DNA-onderzoek
hebben al geleid tot enkele forse ingrepen in de boom
van het leven.
Van wal naar water
Over de grote lijnen, de indeling van
het dierenrijk in stammen ('weekdieren','gewervelden',
etcetera) en klassen ('zoogdieren') zijn taxonomen het
altijd wel eens geweest, maar zodra het op een verdere
indeling in orden ('knaagdiëren','primaten'), families
('mensapen'), geslachten (Homo) en uiteindelijk soorten
(zoals Homo sapiens) aankwam, stapelt de conflictstof
zich op. Welk kenmerk geeft de doorslag? Welke overeenkomsten
zijn niets-, en welke veelzeggend?
Het hete hangijzer van de taxonomie is
'convergëntie', het verschijnsel dat twee volstrekt
niet verwante dieren onder invloed van eenzelfde natuurlijke
omgeving qua uiterlijk sterk op elkaar gaan lijken,
'convergeren'. Het bekendste voorbeeld is dat van de
vis ende walvis. Wie zwemmen wil, moet over vinnen beschikken
en gestroomlijnd zijn.Vandaar dat vissen vinnen hebben,
en zo gemakkelijk door de vingers glippen. Vandaar ook
dat walvissen (geen vissen maar zoogdieren), nadat hun
voorouders voor een bestaan in zee hadden ge kozen,
steeds meer op vissen zijn gaan lijken.
Nu zal geen enkele zoöloog de walvis per
abuis tot de vissen rekenen - al was het maar omdat
een walvis geen kieuwen heeft en nog steeds boven water
adem moet halen - maar er zijn andere, veel subtielere
gevallen van convergentie die voor heel wat verwarring
hebben gezorgd. En soms werd pas met de komst van het
DNA-onderzoek duidelijk dat biologen door convergentie
om de tuin waren geleid. Maar ook als er geen vuiltje
aan de lucht lijkt te zijn, kan DNA-onderzoek voor verrassingen
zorgen.
Spitsmuis wordt olifant
Traditioneel worden dieren als de koe
en het nijlpaard, het varken en de kameel bij elkaar
gezet in de orde der 'evenhoevigen', samen (maar dan
wel op enige afstand) met de walvis en de dolfijn, die
rudimentaire pootresten in zich dragen. De Japanse bioloog
Mitsuru Shimamura van het Tokyo Institute of Technology,
toonde augustus vorig jaar in Nature, op basis van het
DNA, echter aan dat de koe en het nijlpaard veel nauwerverwant
zijn aan de walvis en de dolfijn dan aan het varken
en de kameel. Die zeezoogdieren ontstonden blijkbaar
uit de voorouders van koe en nijlpaard, lang nadat die
zich van (de voorouders van) varken en de kameel hadden
afgescheiden. Hoe het ook zij, de stamboom der evenhoevigen
moet op de schop.
Of neem de haasachtigen, Lagomorpha, waartoe
de hazen, konijnen en pikals of fluithazen
|
behoren. (Laatstgenoemde komen voor in
Zuidoost-Europa, Azië en NoordAmerika.) De haasachtigen
hebben veel weg van de gewone knaagdieren (orde Rodentia)
maar bezitten een tweede, kleiner paar snijtanden in
de bovenkaak en werden daarom altijd ingedeeld als een
curieuze ‘onderorde' van de Rodentia. Een Israëlisch
DNA-onderzoek uit januari 1996, waarbij 88 genen werden
vergeleken, veroorzaakte echter een ware beestenverhuizing.
De onderzoeker kwam tot de conclusie dat de Lagomorpha
in de verte verwant waren aan de spitsmuizen - en dat
zijn geen muizen (familie muisachtigen, orde Rodentia)
maar een familie uit de orde der insekteneters, Insectivora,
waartoe ook het stekelvarken en de mol behoren.
Even later 'was er paniek bij de spitsmuizen.
Een familiaire aardverschuiving, alweer veroorzaakt
door DNA-onderzoek. Een van hen namelijk, de olifantspitsmuis,
was al geruime tijd onderwerp van discussie toen Mark
Springer van de universiteit van Californië in juli
1997 (op grond van DNA-onderzoek) constateerde dat dit
helemaal geen ‘echte' spitsmuis was, maar een verre
verwant (what's in a name) van ... de olifanten en hun
waterminnende neven de manati's (familie trichechidae,
orde van de Sirenia of zeekoelen). De voorouders van
de olifantspitsmuis moeten zich volgens Springer al
zo'n 90 miljoen jaar geleden - tezamen met die van de
olifant, de manati en het aardvarken - van de andere
zoogdieren hebben afgescheiden. Een deel koos voor het
water, een deel voor de bomen, een deel voor de stoffige
aarde. En dankzij convergentie lijkt de één nu op een
vis, terwijl een ander nu bedrieglijk veel weg heeft
van een spitsmuis.
Onbetrouwbare klokken
Het zijn niet alleen de onverwacht opduikende
verwantschappen die voor verwarring zorgen. De tijdstippen
die genetici zoals Springer op grond van DNA-onderzoek
vinden voor de momenten waarop orden of families zich
afsplitsten om hun eigen (genetische) weg in te slaan,
zijn minstens even choquerend.
De onderzoekers baseren zich hierbij op
de 'genetische klok'. Ze nemen een zeer oud en toch
redelijk scherp gedateerd paleontologisch 'beginpunt'
- bijvoorbeeld de oudste aardlaag waarin naast de reptielen
de eerste nog 'reptielachtige' vögels opduiken en delen
het huidige aantal genetische verschillen tussen reptiel
en vogel door de tijd die sindsdien verstreken is. Dit
geeft een gemiddelde 'mutatiesnelheid' aan de hand waarvan
andere afsplitsingen kunnen worden gedateerd. Uitgangspunt
hierbij is natuurlijk wèl dat mutaties zich gedurende
miljoenenjaren in ruwweg hetzelfde tempo opeenstapelen.
Het is geen sterk uitgangspunt: genen
muteren spontaan, maar de natuurlijke selectie straft
veel van dergelijke 'fouten' weer af, wat de mutatiesnelheid
verlaagt. Deze ‘selectiedruk' is echter variabel
en voor ieder gen weer anders. Dus beschikt ieder gen
eigenlijk over zijn eigen, variabele genetische klok.
Maar door zoveel mogelijk genetisch materiaal te gebruiken
en een heel oud beginpunt te kiezen, ontstaat –
zo denken de onderzoekers - toch een betrouwbaar gemiddelde.
En dankzij de moderne analysetechnieken kunnen ze ook
steeds meer DNA bekijken en vergelijken.
Alle statistiek ten spijt hebben de onderzoekers
niet kunnen voorkomen dat de met behulp van de genetische
klok berekendë ouderdommen vaak niet sporen met de geologisch-paleontologische
dateringen. Hun getallen zijn steevast veel groter dan
die der paleontologen. Tot voor kort waren de verschillen
gemakkelijk weg te masseren omdat de genetische uitkomsten
nog behoorlijk onzeker waren. Maar recenter, nauwkeuriger
DNA klok-onderzoek heeft daar geen verbetering in gebracht.
En de DNA-onderzoekërs zijn inmiddels zelf zó zeker
van hun zaak dat ze forse vraagtekens durven te zetten
bij een van de bekendste paleontologische theorieën.
Een ander opmerkelijk DNA-onderzoek was
dat van Sibley en Ahlquist, halverwege de jaren tachtig,
onder zo'n 1.700 vogelsoorten. Zij ontdekten dat de
gieren uit de nieuwe wereld eigenlijk uit de orde der
roofvogels, de Falconiformes (waartoe de adelaars, valken,
haviken et cetera van de oude wereld behoren), moesten
worden verwijderd. De vogels hadden genetisch weinig
van doen met hun op het oog verwanten in de oude wereld.
Gieren uit de nieuwe wereld zijn veel nauwer verwant
aan de ooievaarachtigen uit de Oude.
|
Onopvallende onderkruipsels
Het Krijttijdperk geldt als 'het tijdperk
van de dinosauriërs'. Er was een mondialë ramp - naar
verluidt veroorzaakt door een kosmische indringer -
voor nodig om ruimte maken voor de zoogdieren die sindsdien
nu al zo'n 65 miljoen jaar, 'heersers' over de aarde
zijn. Tot aan die kosmische klap, zo hebben paleontologen
altijd gedacht, hielden de zoogdieren zich koest. De
klasse bestond uit een kleine groep onopvallende, spitsmuisachtige
onderkruipsels, nog teklein om onder de dinovoeten verpletterd
te worden. Pas nadat de dino's waren weggevaagd, grepen
ze hun kans en vulden de opengevallen plekken in de
ecosystemen in. Pas na die ramp, 65 miljoen jaar geleden,
ontstonden de vele orden die we nu kennen.
Dat was het traditionele beeld, in ruime
mate ondersteund door fossiel bewijsmateriaal. Maar
het DNA vertelt nu een ander verhaal. De Nieuw Zeelandse
biologen Alan Cooper en Davis Penny publiceerden in
februari vorig jaar een studie - nog gebaseerd op een
eenvoudige genetische klok waaruit bleek dat veel zoogdierorden
al ruim vóór het verdwijnen van de dino's waren ontstaan.
De bescheiden hoeveelheid zoogdierfossielen daterend
van vóór de klap is echter met geen mogelijkheid in
allerlei voorouders van de huidige orden in te delen,
en dus maakte hun conclusie onder paleontologen weinig
indruk.
In april van dit jaar publiceerden Blair,
Hedges en Sudhir Kumar van de Pennsylvania State University
in Nature een onderzoek met exact de zelfde conclusies,
alleen veel breder van opzet - ze hadden 658 genen vergeleken
bij 207 gewervelde dieren en hun genetische klok was
daarmee een stuk betrouwbaarder. Hun ijkpunt was ook
veel ouder en door paleontologen scherp gedateerd: het
uiteenvallen van de zoogdierachtige en vogelachtige
reptielenfamilies, 310 miljoen jaar geleden.
Op grond van die gegevens concludeerden
ze niet alleen dat bijvoorbeeld de buideldieren twee
keer zo oud zijn als tot nog toe werd gedacht (niet
93 maar ruim 170 miljoenjaar) maar ook dat alle vogel-
en zoogdier-orden van ruim vóór de catastrofale Krijt-Tertiair
overgang dateren. De voorouders der olifanten en manati's
van 105 milioenjaar geleden, die der carnivoren 75 miljoen
jaar, et cetera.
'Om gek van te worden!', zo omschreef
de Amerikaanse paleontoloog Philip Gingerich het resultaat.
De vooraanstaande Britse paleontoloog Michael Benton
gelooft er gewoon niets van. ‘Volgens Hedges en
Kumar,' briest hij in Science van 1 mei, 'moeten we
tussen de dinosauriërs eenden, kippen, eekhoorns en
konijnen aantreffen.' Met andere woorden: hij gelooft
dat zelfs hun uitgebreide genetische klok volstrekt
onbetrouwbaar is. Hij moet wel. Het is óf de genetische
klok, óf de traditionelë paleontologie. Als Hedges en
Kumar gelijk hebben, zit er in de fossiele vondsten
een 'gat 'van zo'n 70 miljoen jaar.
Verdwenen voorouders
Zijn al die voorouders van al die zoogdierorden
werkelijk over het hoofd gezien? Het lijkt onwaarschijnlijk,
want temidden van de dino's duiken toch regelmatig resten
van kleinere dieren (slangen, hagedissen, vogeltjes)
op. En temidden van dat fossiele grut zijn primitieve
zoogdieren uiterst zeldzaam. Een dergelijke vondst is
nog steeds groot nieuws. Is er dan toch iets mis met
die aanname dat het mutatietempo im grossen Ganzen constant
is? Het probleem is vooral nijpend bij de zoogdieren
- zijn zij een apart geval? Was de selectiedruk zo vlak
na de Krijt-Tertiair overgang extra laag, juist omdat
de aarde zo netjes schoongeveegd was van hun grootste
vijanden, de dino's? Geen vijanden, dus minder natuurlijke
selectie, dus meer slordige mutaties - met als ge volg
dat ze nu genetisch 'ouder' lijken dan ze zijn. Het
is mogelijk, maar dan is het effect van korte duur geweest.
De 'jonger' uitvallende genetische dateringen (van de
momenten waarop primaten en runderen ontstonden bijvoorbeeld)
kloppen namelijk weer wél met het fossiele materiaal.
Als de genetici hun klokken niet grondig
bijstellen (en Hedges ziet geen enkele reden om dat
te doen), dan zitten paleontologen met een groot probleem.
Hun fraaie, in alle boeken breed uitgemeten theorie
over de overname van de 'lege' aarde door het uniforme,
onooglijke groepje zoogdieren (dat zich pas vanaf dat
moment in allerlei richtingen ontwikkelde), zal op de
helling moeten. Dan waren die zoogdiertjes al veel eerder,
tussen de poten der dino's door, bezig de wereld te
veroveren Maar waar zijn die pioniers dan gebleven?
|
