De evolutie vertellende overblijfselen

Het ontstaan van het leven op aarde is een onderwerp wat de mens al eeuwen bezig houdt. Uit fossiele vondsten is veel op te maken. Doordat men de fossielen kan dateren is bekend geworden dat de aarde veel ouder is dan eerst gedacht werd. Uit de datering van de fossielen blijkt ook dat de aarde nooit in een dag geschapen kan zijn met alle nu levende organismen. Fossiele vondsten van de dinosauriërs vertellen namelijk een ander verhaal.

In de middeleeuwen deden er al meerdere denkbeelden de ronde over het ontstaan van de huidige soortenrijkdom die vandaag de dag de aarde bevolkt. Enkele bekende mensen die hun visie hierop gaven waren Lamarck en Darwin.

Fossiliseren

Fossiel is afgeleid van het Latijnse fossilis, wat het opgegravene betekent. Fossielen zijn resten of afdrukken van organismen veelal in gesteenten, maar ook in barnsteen, amber en vulkanisch glas. Ze vertellen het verhaal over de lang geleden, jaren op de aardbodem aanwezige organismen.

Wanneer een organisme sterft, wordt het lichaam meestal snel afgebroken door micro-organismen. Maar soms zijn er uitzonderingen. Raakt het lichaam snel bedolven onder een dikke laag zand of slib van een rivier, dan wordt het beschermd tegen rotting. De weke delen, zoals organen en vlees zullen wel vergaan, maar het skelet en de tanden blijven intact. De laag die de resten bedekt, kan door samenpersing in kalksteen veranderen. Tijdens dit proces worden de mineralen waaruit de botten bestaan geleidelijk vervangen door mineralen, opgelost in water, die de botten binnen dringen.

Hier volgt een schematische voorstelling van hoe het fossilisatieproces werkt:

1 Een dinosaurus sterft en zinkt naar de bodem van een meer.

2 Het vlees rot weg, botten worden zichtbaar, de dinosaurus raakt bedekt met sediment.

	3 Het skelet van de dinosaurus is compleet bedekt met lagen sediment die langzaam samengeperst worden tot gesteente.
		4 Het meer droogt op en verdwijnt. De mineralen in de beenderen van de dinosaurus worden vervangen door mineralen uit het omringende gesteente.

Geologische tijdschaal

De geologische tijdschaal is gebaseerd op twee uitgangspunten: de gelaagdheid van sedimentgesteenten en de evolutietheorie.

Als er wordt gekeken naar de gelaagdheid van sedimentgesteenten ligt de oudste laag onder en zo gevolgd door jongere lagen.

Volgens de evolutietheorie heeft het leven op aarde zich ontwikkeld van heel eenvoudig tot ingewikkeld. In de onderste aardlagen zijn fossielen te vinden van eenvoudige levensvormen, ééncelligen. In de bovenste aardlagen zijn fossielen van hogere levensvormen te vinden, zoals zoogdieren.

Tijdperk	Tijd in miljoen     jaren geleden
Kwartiair	0,013
Tertiair	65 - 3
Krijt	135 - 65
Jura	180 - 135
Trias	220 - 180
Perm	270 - 220
Carboon	330 - 270
Devoon	400 - 330
Siluur	500 - 400
Cambrium	570 - 500
Precambrium	3500 - 570
Stolling gloeiende     vloeibare aarde	4500 - 570

Datering bepalen

De ouderdom van een fossiel bepalen kan relatief en absoluut bepaald worden.

Relatieve datering

Met behulp van gidsfossielen kan er een relatieve datering gegeven worden van een gevonden fossiel. Gidsfossielen zijn fossielen die kenmerkend zijn voor een aardlaag (tijdperk) en die in meerdere werelddelen in een laag voorkomen (zie geologische tijdschaal). Als een fossiel in een laag voorkomt waar een dergelijk gidsfossiel ook voorkomt maakt dat waarschijnlijk dat het gevonden fossiel uit dezelfde tijd stamt. Zo kan dus een relatieve datering gegeven worden.

Absolute datering

Een manier om de ouderdom van een fossiel exact te bepalen is door middel van de radiometrische ouderdomsbepaling, gebaseerd op het radioactief verval in organisch materiaal. Dit gebeurt met behulp van 'radioactieve' isotopen.

Een atoom kan in een verschillend aantal isotopen voorkomen. Isotopen hebben hetzelfde atoomnummer, maar een ander massagetal. Sommige isotopen zijn stabiel en andere instabiel. De instabiele isotopen worden gebruikt voor de ouderdomsbepaling.

Isotopen zijn radioactieve stoffen waarbij de kernen van de atomen instabiel zijn, bijvoorbeeld omdat ze teveel kerndeeltjes (protonen en/of neutronen) bevatten. Deze kernen vervallen onder uitzending van a-straling of ß-straling, al dan niet in combinatie met ?-straling. Bij dit radioactief verval verandert de instabiele atoomkern in een atoomkern van een andere stof. Het radioactief verval verloopt geleidelijk en constant. Van sommige instabiele isotopen is bekend wat de halveringstijd is en in welke hoeveelheden ze voor de verstening aanwezig waren. Aan de hand hiervan kan er met behulp van de verhouding tussen het instabiele isotoop en het element waar het in vervalt, berekend worden wanneer het gesteente werd gevormd.

Bij de ouderdomsbepaling van een fossiel is de meest gebruikte methode de koolstof-14 (14C) dateringsmethode. Deze methode is gebaseerd op het radioactief verval van de instabiele koolstof-14 isotoop. Koolstof-14 is een element wat van nature in elk organisme voorkomt. De koolstof-14 die uit kosmische straling is ontstaan, reageert met zuurstof en vormt koolstofdioxide. Dit gas wordt door planten opgenomen in het fotosyntheseproces. Mensen en dieren eten planten en nemen dus indirect ook koolstofdioxide op, met de radioactieve koolstof-14. Met behulp van koolstof-14 kunnen objecten van rond de 40 duizend jaar oud gedateerd worden. Bij het verval van koolstof-14 wordt stikstof-14 gevormd en wordt ß-straling (elektronen) uitgezonden.

De formule voor het radioactief verval is:

N (t) = N(0)(½) ^t/T

Voor objecten ouder dan 60 duizend jaar zijn er alternatieven, bijvoorbeeld het verval van kalium-40, uranium-235, uranium-238, thorium-232 en andere met een lange halveringstijd.

In de volgende tabel zijn een aantal voorbeelden van isotopen te zien welke gebruikt worden om een datering te geven van een gesteente en in welke stof het hierbij vervalt.

Evolutietheorieën

Over het ontstaan van de aarde en de huidige soortenrijkdom bestaan verschillende theorieën. Eén van de eerste beschreven theorieën is gebaseerd op de bijbel en op de kennis van de Grieken. Het verhaal is dat God de aarde en alle organismen schiep. Men dacht dat alle dieren die toen leefden er altijd geweest waren. De aarde zou plat geweest zijn, en was het middelpunt van het heelal. De zon, maan en sterren zouden als een koepel om de aarde heen trekken. Ook geloofde men in de voortplanting zonder levende wezens, de spontane generatie. Dit was een opvatting van Aristoteles.

Rond 1700 geloofde de mens niet meer in de spontane generatie van dieren en planten. In 1862 bewees Louis Pasteur dat ook micro-organismen niet zonder voortplanting ontstonden. Men bleef wel geloven dat alle soorten onveranderlijk zijn en dat er in die tijd nog evenveel en dezelfde soorten bestonden, als er in het begin door God geschapen waren. Linnaeus (1707-1778) heeft hiervan uitgaande alle organismen een Latijnse naam gegeven. Soorten die op elkaar lijken plaatste hij in hetzelfde geslacht. Geslachten ordende hij in familie's, deze weer in orden en de orden weer in klasse, deze vormden de stammen en uiteindelijk één van de vier rijken. Linnaeus heeft bij zijn werk te maken gekregen met varianten binnen een soort, die de afpaling van een soort vaak moeilijk maakten. Met deze afwijkingen wist hij niet goed raad. Later bleek de bestudering van deze variëteiten argumenten ten gunste van de evolutiegedachte op te leveren. Fossielen werden in die tijd gezien als spelingen der natuur.

In de 18e eeuw ontstond de gedachte dat fossielen overblijfselen waren van dieren die door de zondvloed getroffen waren. De zondvloed is een bijbelverhaal waarin God de wereld straft met een watervloed, waardoor alle mensen, op één familie na, en alle dieren, op één paar per soort na, verdrinken. Hierbij werd het gevonden skelet van een grote salamander beschreven als het skelet van een mens die getuige is geweest van de zondvloed. Cuvier begreep dat fossielen overblijfselen waren van uitgestorven dieren. Mogelijk zijn er meer grote rampen als de zondvloed geweest, waardoor vele dieren uitstierven. Na een dergelijke ramp zouden er door een nieuwe schepping nieuwe soorten zijn gekomen. Later is gebleken dat deze rampen geen overstromingen waren, maar inslagen van grote meteorieten op de aarde.

Lamarck ontdekte dat je dieren in een reeks van eenvoudig naar ingewikkeld kon rangschikken. Hij veronderstelde dat de eenvoudige dieren de voorouders moesten zijn van de verder ontwikkelde dieren. Hij was één van de eerste wetenschappers die uitging van het veranderen van soorten en het ontstaan van nieuwe soorten. Een evolutietheorie!

Volgens Lamarck veranderde dieren tijdens hun leven doordat bepaalde nuttige eigenschappen zich steeds beter ontwikkelden. Zo gaven ouders voordelen door aan hun nakomelingen. Andersom konden op deze manier eigenschappen die dieren niet of nauwelijks gebruikten ook verdwijnen. In de tijd van Lamarck werden zijn ideeën niet geaccepteerd. Men zag meer in de gedachten van Cuvier. Later is ook gebleken dat actieve aanpassingen tijdens het leven niet leiden tot veranderingen in het DNA. Dit maakt de theorie van Lamarck onmogelijk.

In 1859 publiceerde Darwin zijn beroemdste boek met zijn evolutieleer, 'On the Origin of Species'. Darwin heeft zijn evolutieleer gebaseerd op het werk van de econoom Malthus en de geoloog Lyell. Lyell dacht dat de structuur van de aarde geleidelijk ontstaan was door de inwerking van nu nog bestaande krachten. Zo moest de aarde ook veel ouder zijn dan de 6000 jaar waar de aarde toen op geschat werd. Dit aangezien de snelheid van die veranderingen zo gering is. Volgens Malthus zou er een gebrek aan voedsel komen en zo een verschrikkelijke 'strijd om het bestaan' (struggle for life), met als oorzaak de snelle bevolkingsgroei. Hij pleitte daarbij voor geboortebeperking.

Tijdens Darwins wereldreis ontdekte hij dingen waardoor hij de bovengenoemde ideeën aanvaarde. De 'struggle for life' zag Darwin als de drijfveer achter het ontstaan en veranderen van soorten. In de evolutietheorie van Darwin staat de natuurlijke selectie centraal. Deze vindt plaats door milieuomstandigheden die onderverdeeld worden in abiotische en biotische factoren. De best aangepaste in een ecosysteem is de sterkste en zal overleven. Verandert het ecosysteem, dan zal het organisme zich aan moeten passen om te kunnen overleven.

De bewijzen voor de evolutietheorie van Darwin:

• De embryonale ontwikkeling van de gewervelde dieren vertoont in het begin opvallende overeenkomsten.
• Bij veel planten en dieren komen rudimentaire organen voor. Dit zijn organen die hun functie duidelijk verloren hebben, maar in een ver verleden wel degelijk een functie gehad hebben.
• - Fossielen vormen het belangrijkste bewijs van het bestaan van een evolutie.
• - Aan elkaar verwante organismen lijken gemaakt volgens één zelfde bouwplan. Zij het met variaties door natuurlijke selectie.

De creationisten, aanhangers van de zondvloedtheorie, accepteerden de evolutietheorieën niet. Zij stuitten al snel op problemen toen er steeds meer fossielen gevonden werden en daarbij de geologische tijdschaal ontworpen werd. Tegenwoordig zijn ze van mening dat er beperkte variatie mogelijk is binnen een soort.

Darwin wist niet welk mechanisme er schuil ging achter het overerven van eigenschappen. Na de ontdekking van DNA en de mogelijkheid om kunstmatige mutaties op te wekken is er een nieuwe theorie ontstaan, het Neodarwinisme. Het Neodarwinisme is gebaseerd op de evolutietheorie van Darwin met de nieuwe kennis erin verwerkt.

Voorouder Dit is een 125 miljoen jaar oude fossiel op grond waarvan wetenschappers beweren dat de mens van de rat afstamt. Het ligt in het Carnegie Museum of Natural History in Pittsburgh (VS). Het rat-achtige zoogdier met een baarmoeder werd gevonden in het noordoosten van China en is het tot nu toe oudste zoogdier. Uit de Metro van vrijdag 26 april 2002

De aarde legt geheimen bloot. In de evolutie van het leven heeft de aarde bewijsmateriaal hiervan vastgelegd in de vorm van fossielen. De aarde speelde niet alleen hierbij een rol als abiotische factor, maar ook bij de evolutie van de organismen zelf. De tijdsbepaling van het toen levende organisme is vast te stellen met een relatieve en een absolute datering. Met behulp hiervan is de geologische tijdschaal opgesteld. De ouderdom van de aarde wordt hierbij geschat op 4,5 miljard jaar.