EVOLUTIE Evolutie is aan de hand van elke

EVOLUTIE

Evolutie is aan de hand van elke diersoort, waarover voldoende gegevens bekend zijn, uit te leggen. Wij hebben als voorbeeld de giraf genomen. Bij evolutie gaat het altijd om minstens twee verschillende aspecten: 1. Wat weten we? 2. Hoe verklaren we het? Bij het eerste punt gaat het over feiten. Daarover verschillen wetenschappers onderling niet (of nauwelijks) van mening. Maar voor de verklaring kan het anders liggen. Evolutie heeft over tijdvakken van miljoenen jaren plaatsgevonden. We waren er niet bij en kunnen niets ‘life’ controleren. Hier moeten we dus gaan theoretiseren.

1. Wat weten we over de evolutie? Er worden soms fossielen gevonden. Dat zijn versteende overblijfselen van dieren (of planten), die vroeger leefden. Bij dieren zijn het meestal de botten (of andere harde onderdelen) die langzamerhand versteenden, maar het kan ook om afdrukken gaan. Alleen onder bijzondere omstandigheden fossiliseerde een dood dier. Bijvoorbeeld als hij dood ging aan een rivieroever en het dode lichaam direct daarna werd bedekt door een laag slib. De kans om te fossiliseren is heel klein en de vindkans ook. Dus we hebben doorgaans geen compleet beeld van wat er aan voorouderdieren geleefd heeft. Vergelijk het met een puzzel, die je moet leggen, ter grootte van 100 stukjes. Maar er zijn niet meer dan 10 stukjes van over en daarmee moet je het doen. . . Aan de hand van fossiele resten ( vaak maar enkele botten of een stuk schedel) doet een wetenschapper zijn best om de rest van het dier te reconstrueren. Het kan zijn dat er wat meningsverschil met andere geleerden op volgt, maar uiteindelijk komen ze tot een reconstructie, waar iedereen het mee eens is.

Welke verschillende fossielen zijn er beschikbaar over girafachtigen? Tientallen, maar we laten er maar twee van zien. Plus de reconstructies er van. Hoe oud zo’n fossiel is kunnen we op grond van radioactiviteit redelijk nauwkeurig bepalen. Hiernaast zie je een fossiele schedel van een girafachtige, afkomstig van het Griekse eiland Samos. Zo’n schedel inspireerde de oude Grieken tot een van de monsters, waarmee Heracles vocht. (Dit blijkt uit een afbeelding op een vaas). De moderne reconstructie van deze Samotherium zie je op de volgende pagina. In China zijn de resten gevonden van Shansitherium, een latere giraffe met een stevig (eland-achtig) postuur. Dit fossiel zie je hiernaast in een museum opgesteld staan.

Vroege girafachtigen in de tijd (mj = miljoen jaar) Nu - 5, 3 mj Gedurende het Mioceen (23 tot 5, 3 miljoen jaar geleden) leefden er van China tot Afrika (dus ook in India en Griekenland) meer dan 10 verschillende geslachten van girafachtigen. - 14, 6 Samotherium (-14, 6 tot -5, 3 mj) reconstructie (hoogte 3 m) De vroege vormen leken een beetje op herten, zoals de giraffe van Samos (Samotherium). - 23 mj

Vroege girafachtigen in de tijd (mj = miljoen jaar) Nu Halverwege dit tijdvak werd het klimaat - 5, 3 mj droger. Bossen veranderden in savannes. Er ontstonden girafvormen met langere nekken, zoals Bohlinia, die duidelijk de voorvader is van de hedendaagse giraf. Overal stierven de girafachtigen uit, behalve in Afrika. - 11, 6 Bohlinia (-11, 6 tot -5, 3 mj) reconstructie (hoogte 5, 3 m) - 14, 6 Samotherium (-14, 6 tot -5, 3 mj) reconstructie (hoogte 3 m) - 23 mj

Vroege girafachtigen in de tijd (mj = miljoen jaar) Als het gaat om de hoogte van de giraf, wat zie je dan als belangrijkste verandering sinds de voorouderlijke Bohlinia? Nu Giraffa camelopardalis - 5, 3 mj - 11, 6 Bohlinia

2. Hoe verklaren we de evolutie van giraffen? Deze vraag valt uiteen in: • waartoe werden giraffen zo lang. • welk proces maakte dit mogelijk?

Waartoe zo’n lange nek? Je ziet in de droge tijd op de grond alleen nog maar een beetje verdord gras. Niets groens. Grasgrazende dieren zijn elkaars voedselconcurrent. Van de struiken eten ze de groene blaadjes. Ze reiken zo. hoog als ze kunnen. Daarom zijn de struiken beneden kaal en pas hogerop weer groen. Gazelles gaan bij de struiken soms op hun achterpoten staan om zo hoog mogelijk te komen. Een enkele soort deed hetzelfde als giraffes: zij ontwikkelden lange poten en een lange nek. Dat zijn de girafgazelles of gerenoeks uit N. O. Afrika. Op de foto zie je ook kale, ontwortelde bomen: het werk van olifanten. Die trekken kleine bomen gewoon om en eten dan de bladeren en twijgen op

Girafgazelles kunnen tot boven de 2 meter reiken. Zo kunnen ze enigszins de hevige concurrentie ontlopen, die bestaat tussen de grazers van het laag gelegen groen.

Ten aanzien van het hoog gelegen bladergroen hebben twee dieren het rijk alleen: giraf en olifant. Zij beschikken dus in tijden van tekorten over een grotere voedselzekerheid dan de grote groep kleinere grazers. Dat moet dus wel de functie zijn van die lange giraffenek. 7 6 5 4 3 2 1 0 Vrouwtjesgiraffen zijn maximaal 4, 7 meter hoog en mannetjes komen nog hoger, in uitzonderlijke gevallen tot 5, 5 meter. Giraffen hebben een tong van vrijwel 0, 5 meter. Zo’n mannetje kan dus wel tot 6 meter reiken. Grote olifanten (lichaam tot 4 meter hoog) kunnen echter nog hoger komen, dankzij hun slurf. Wel tot 7 meter.

Waartoe zo’n lange nek? (2) Waarom hebben nu juist die mannetjes een wat langere (en ook bredere) nek? Ze gingen hun lange nekken gebruiken voor hun onderlinge gevechten om vrouwtjes! Rivaliserende mannetjes slaan dan hun nek met kracht naar de tegenstander, waarbij hun kop als hamer fungeert. Bij uitzondering slaan ze de tegenstander zelfs knockout! Vrouwtjes blijken de voorkeur te geven aan langgenekte mannetjes. Die hengsten zullen dus meer nakomelingen krijgen, waarvan de jongens ook weer. . .

Welk proces maakte dit mogelijk? (1) Als je zelf broertjes of zusjes hebt, weet je dat geen daarvan net zo is als jij. (Behalve als het om eeneiige tweelingen gaat. ) Dat is bij dieren niet anders. Als alle jonge dieren zouden overleven, dan was het allang overvol geworden op aarde. Dat is dus niet wat er gebeurt. Stel je konijntjes voor: de meeste jongen worden nooit volwassen! Slechts enkele worden uiteindelijk groot en planten zich opnieuw voort. Welke individuen zijn dat? Wat maakt dat jonge konijntjes dood gaan? Vanuit de lucht worden ze belaagd door roofvogels, op de grond door vossen en marterachtigen. En overal door ziekteverwekkers. Waarschijnlijk zijn het dus de meest oplettende, de snelste en de gezondste, die overleven. (Aanname. ) En voorzover deze kenmerken berusten op erfelijke eigenschappen geven ze deze weer aan hun nageslacht door. Dat zal bij giraffes niet anders zijn. Een jonge giraf moet bij gevaar tussen moeders poten blijven. Wie dat niet doet (ondeugende aard) of wie te traag reageert (sloom of zwak jong) is voer voor de leeuwen. (Observatie)

Welk proces maakte dit mogelijk? (2) Waar zitten die erfelijke eigenschappen dan? Elk dier (en elke plant) is opgebouwd uit cellen. Hoe zo’n cel is gebouwd hangt deels af van zijn functie. Zo moeten beencellen zorgen voor stevigheid en huidcellen het lichaam afsluiten voor invloeden van buitenaf. Elk celtype is te beschouwen als een minifabriekje, dat een bepaald product maakt. Beencellen bijvoorbeeld maken been, een hard materiaal. Huidcellen zijn min of meer vierkant gemaakt, net als bakstenen die je goed aan elkaar kunt sluiten om een muur van te maken. Die minifabriekjes draaien dankzij opdrachten (recepten), die in de celkern liggen opgeslagen. Scheikundige commando’s zijn het: het bekende DNA. (Feit) Tegenwoordig kunnen wetenschappers dit DNA ‘lezen’. Daarmee hebbben we nu een uiterst belangrijke methode in handen om eerdere opvattingen over evolutie te controleren. Immers, als twee soorten een hoge mate van overeenkomst hebben in hun DNA moeten ze sterk verwant zijn. Is de overeenkomst gering, dan zijn ze weinig verwant. Door het DNA onderling te vergelijken kunnen we zelfs als het ware terugkijken in het evolutionaire tijdspad. Zo kunnen we bijvoorbeeld vaststellen dat de voorouder van mens en chimpansee ongeveer 6 miljoen jaar geleden geleefd moet hebben. celkern onderdelen van de celfabriek

Welk proces maakte dit mogelijk? (2) Als een dier voortplantingscellen gaat maken (vaak heel veel) worden die commando’s gekopieerd. Dat gaat verbazend precies. Er wordt maar af en toe een foutje gemaakt. Die zijn willekeurig. Maar over een miljoen jaar gezien is dat toch wel een heel aantal. (Feit) De meeste foutjes leiden tot minder goed werkende minifabriekjes, maar sommige blijken toevallig een verbetering (feit). Daarom denken biologen dat zulke DNA-foutjes de motor vormen achter de evolutie. Voor kleine veranderingen, kleine evolutiestapjes, is dit ook wetenschappelijk aangetoond. Voor grote niet. (Bijvoorbeeld hoe bepaalde dino’s vleugels kregen, gingen vliegen en uiteindelijk evolueerden tot de vogels. ) Zo’n proces kost heel veel tijd (denken we), veel langer dan een mens leeft, zelfs veel langer dan de mens als soort bestaat. Hoe zoiets te verklaren is moeten we dus via denkkracht op zien te lossen. Af en toe worden nieuwe puzzelstukjes gevonden (fossielen dus) en dan kunnen we zien of we het goed gedacht hebben. Of dat we de bestaaande opvatting op dit punt wat moeten corrigeren. ? Archaeopteryx (reconstructie)

Maar. . . ‘zoveel hoofden, zoveel zinnen’, dus hier komen de meningsverschillen in zicht. Onze levensduur is echter enorm in vergelijking met die van bacteriën en virussen. Vooral bij deze groepen zien we voor onze ogen evolutionaire veranderingen optreden: inderdaad DNA-veranderingen. (Feit) Sommige daarvan geven ons grote problemen (aidsvirus, resistente ziekenhuisbacterie). (Feit). Een ander bekend voorbeeld van evolutie-onder-onze-ogen betreft de kleurverandering bij de ‘peper en zout vlinder’. (Een stapje in de richting van een eventuele nieuwe soort. ) Het diertje is een nachtvlinder en rust overdag goed gecamoufleerd op berken. Vóór de industriële revolutie (1850) was de lichte vorm de standaard; de zwarte kwam maar sporadisch voor. Toen door de luchtvervuiling de boomstammen donker werden, keerden de rollen om: de donkere vorm werd de standaard. Door de latere milieumaatregelen keerde de oorspronkelijke situatie weer terug. Het verschil berust inderdaad op DNA. Hoe werkt het? De vorm zonder camouflage wordt eerder ontdekt door vogels en opgegeten. DNA-veranderingen maken evolutie dus mogelijk. En dat is een goede zaak op een planeet waar de omstandigheden (over lange tijd gezien) schommelen. (Zie toelichting op volgende dia). Zo zullen de dieren met de best passende combinatie van eigenschappen de boventoon gaan voeren. Dit heet: ‘Survival of the fittest’. Dier- en plantsoorten kunnen op die manier geleidelijk aan veranderen en uiteindelijk een andere soort gaan worden. (Aanname).

Nu de toelichting op dat zinnetje van. . . ’ een planeet waar de omstandigheden (over lange tijd gezien) schommelen’. Dit was bijvoorbeeld het geval in het al eerder genoemde Mioceen (-23 tot -5, 3 mj). Rond 14, 8 miljoen jaar geleden was ‘t Mioceen op zijn warmst. Daarna koelde het klimaat plotseling snel af. Hiervoor bestaan verschillende hypotheses. Een meteorietinslag in Zuid-Duitsland kan veel fijn stof de atmosfeer ingeblazen hebben, waardoor het klimaat wereldwijd veranderde. En verhoogde vulkanische activiteit in Oost-Afrika beïnvloedde met zijn stofwolken in deze periode mogelijk het klimaat. Het late Mioceen koelde geleidelijk verder af, hetgeen uiteindelijk tot een ijstijdvak zou leiden in de periode erna. Omdat koude lucht minder vocht kan opnemen zorgde deze afkoeling ook wereldwijd voor minder neerslag (verdroging). Regionaal zorgden ook andere factoren voor verdroging. In oostelijk Afrika bijvoorbeeld kwamen door beweging van de aardkorst gebieden omhoog. Nog meer afkoeling dus, met als gevolg afname van regenwoud, toename van savanne.

Als zo’n proces maar langzaam genoeg gaat (denken we), kunnen binnen een soort de nakomelingen met passend, afwijkend DNA de boventoon gaan voeren (denken we). Bij giraffen dus de nakomelingen met wat langere tong, nek en poten. Dit is overigens niet de enige richting waarin een diersoort de oplossing kan vinden onder omstandigheden van verdroging. Geitachtigen bijvoorbeeld leven van nature in berggebieden, waar ze behendig van rots naar rots springen. Die aanleg (verankerd in hun DNA) hebben huisgeiten ook. . . en leveren daarmee onwaarschijnlijke prestaties!

Powerpoint gemaakt door team van ‘Biologie? Zelf doen!’ Deze wordt als freeware algemeen ter beschikking gesteld.

Met geluk kun je in de dierentuin zelf vast stellen hoe lang die tong van giraffes is. . .