Spectaculaire fossielen onthullen baanbrekende periode in evolutie

Lang voordat de eerste dieren vanuit de oceanen aan land kropen, betekende de ontwikkeling van het kaakgewricht een grote doorbraak in de evolutie van alle gewervelde dieren die tegenwoordig op aarde leven, waaronder de mens.

Door Michael Greshko
Gepubliceerd 3 okt. 2022 14:03 CEST
Chongqing_Fossil_Hands

Een wetenschapper toont een van de fossielen die zijn ontdekt in de Chinese stadsprovincie Chongqing. Bij de meeste van de fossielen, die in siltsteen liggen ingebed, is de positie te herkennen die ze tijdens hun leven aannamen: met de rug naar boven en de buik naar onderen. De rompen van sommige vissen zijn verwrongen, alsof ze nog altijd een doodsstrijd leveren.

Foto door LI HAO

In de loop van honderden miljoenen jaren hebben puur toeval en overlevingskunst het ontstaan van een verbazingwekkende menagerie van lopende, zwemmende en vliegende gewervelde dieren opgeleverd, oftewel van alle wezens (waaronder ook de mens) met een wervelkolom. Maar er is één ontwikkeling in de evolutie van de gewervelden die nóg belangrijker is dan het moment waarop deze verre voorouders vanuit de wereldzeeën aan land kropen, en dat is iets waaraan je niet meteen zou denken: de evolutie van de kaak.

De kaak is essentieel voor het uitstoten van uiteenlopende klanken en het verwerken van voedsel, en daarmee van levensbelang voor 99,8 procent van alle gewervelde diersoorten die momenteel op aarde leven. Slechts een fractie van de gewervelden, waaronder lampreien en slijmprikken, hebben zich tot in onze tijd ontwikkeld zonder de hulp van deze scharnierende botten.

Hoe gewervelde dieren met kaakgewrichten zich gedurende de evolutie tot in alle uithoeken van de aarde hebben verspreid, is een fascinerende geschiedenis die zich over een periode van 450 miljoen jaar uitstrekt, zij het dat de allereerste bladzijden van dat verhaal tot nu toe ontbraken. Maar in een rotsformatie in het westen van China zijn nu fossielen ontdekt die iets vertellen over de allereerste personages in die geschiedenis: de skeletten van de oudste kaakdieren ooit gevonden. In vier wetenschappelijke artikelen in het tijdschrift Nature beschrijft een team van Chinese paleontologen en wetenschappers uit andere landen de vindplaatsen waar talloze uitzonderlijk goed bewaard gebleven fossielen van de vroegst bekende kaakdieren zijn gevonden. Daartoe behoren botten en tanden van vissoorten die tussen de 439 en 436 miljoen jaar geleden hebben geleefd, tientallen miljoenen jaren vóórdat de eerste dieren aan land kropen.

Veel van de ongekend oude vissen die zijn ontdekt, zijn afkomstig uit de Chinese gemeente Xiushan, in de stadsprovincie Chongqing. Daar werden bij de aanleg van een kronkelige bergweg naar het dorpje Chuanhegai rotsformaties uit het Siluur afgegraven, waardoor de verschillende afzettingen als laagjes van een cake zichtbaar werden. Langs de hele bergweg werden rotslagen zichtbaar die zich goed lieten onderzoeken op de aanwezigheid van fossielen.

Foto door NIE LEI, CHONGQING INSTITUTE OF GEOLOGY AND MINERAL RESOURCES

De nu ontdekte fossielen zijn uitzonderlijk compleet. Tot de resten die in de Chinese stadsprovincie Chongqing zijn ontdekt, behoren een tot nog toe onbekende, drie centimeter lange verwant van de haaien en een nieuw type placoderm, een gepantserde vis. Daarnaast zijn er verder naar het zuiden, in de provincie Guizhou, fossielen gevonden van de ruggengraat van een andere vroege verwant van de haaien en de tot nu toe oudste tanden van een kaakdier: piepkleine halve cirkels van scherpe tandjes die elk een doorsnede van slechts een paar millimeter hebben.

Al met al illustreren de vondsten ‘een flink deel van onze eigen evolutie,’ zegt Per Ahlberg, paleontoloog aan de Universiteit van Uppsala in Zweden en medeauteur van een van de vier nieuwe studies. ‘We wisten dat deze vroege kaakdieren bestonden en dat ze heel erg belangrijk waren, maar feitelijk hadden we er geen enkel direct bewijs voor. En nu opeens: daar zijn ze!’

Vissen als verre voorouders

De pas ontdekte fossielen helpen wetenschappers om de hardnekkige kloof tussen genetische aanwijzingen en de tot nu toe gevonden fossielen te dichten. Het DNA van de huidige gewervelde dieren op aarde wijst er duidelijk op dat de allereerste gewervelden zo’n 450 miljoen jaar geleden op het toneel verschenen. Uit de eerste van deze vroege afstammingslijnen kwamen de kaakloze vissen voor, die ooit de wereldzeeën domineerden. Een latere afsplitsing leidde tot de ontwikkeling van de kaakdieren, die zich uiteindelijk zouden vertakken tot de kraakbeenvissen, waaronder haaien en roggen, en de beenvissen, een superklasse waarvan een klein deel uiteindelijk de zee zou verlaten en aan land zou kruipen, waar de dieren zich ontwikkelden tot amfibieën, reptielen, vogels en zoogdieren, waaronder de mens.

Vóór de nu gepubliceerde vondsten stamde het oudste complete skelet van een kaakdier uit gesteente van ‘slechts’ 425 miljoen jaar oud. In de afgelopen jaren hebben paleontologen schubben en andere kleine onderdelen van kaakdieren ontdekt die wijzen op de aanwezigheid van deze dieren in het Siluur, het geologische tijdperk dat duurde van 444 tot 419 miljoen jaar geleden. Maar zonder volledige skeletten konden onderzoekers maar weinig over de anatomie en het gedrag van deze zeer vroege kaakdieren zeggen.

‘Door de hiaten in het archief van fossielen dat tot nu toe is gevonden, waren de kaakdieren in de eerste tientallen miljoenen jaren na hun verschijning altijd een beetje de “dolende geesten” van de paleontologie,’ schrijft hoofdauteur You-an Zhu, paleontoloog aan het Chinese Institute of Vertebrate Paleontology and Paleoanthropology (IVPP), in de Chinese editie van National Geographic.

Fossielen langs de kant van de weg

Veel van de nieuwe vondsten werden gedaan toen Chinese paleontologen onderzoek deden langs de pittoreske bergweg naar het dorp Chuanhegai, die onlangs op steile hellingen in de stadsprovincie Chongqing werd aangelegd. Een team dat in 2019 door de paleontologen Min Zhu en Qiang Li werd opgezet, doorzocht de afgegraven rotswanden langs de route – die 45 haarspeldbochten telt – op fossielen. In een van die bochten zagen de onderzoekers een stuk steen in de rotswand waarop een piepklein fossiel was te zien. Het rotsblok maakte deel uit van een grote kei die eerder uit een hoger gelegen gesteentelaag naar beneden was getuimeld. Het fossiel, dat in 2021 werd gepresenteerd, was het eerste tot nu toe bekende fossiel van Bianchengichthys, een placoderm of vroege gepantserde vis.

De vroege placoderm (gepantserde vis) Xiushanosteus mirabilis, die in Chongqing werd blootgelegd, was maar zo’n drie centimeter lang.

Deze digitale uitbeelding van een van de rotsblokken uit de stadsprovincie Chongqing is samengesteld uit tweedimensionale opnamen en laat zien dat het gesteente boordevol fossielen zit. Hoewel veel vissen intact bewaard zijn gebleven, zijn ze doorgaans erg klein, met een gemiddelde lengte van amper vier centimeter.

Op basis van boogvormige ‘tandspiralen’ die in het gesteente zijn gevonden, denken onderzoekers dat de tandjes van het haaiachtige kraakbeenvisje Qianodus duplicis waarschijnlijk op de voorkant van de kaak zaten.

De ongeveer drie centimeter lange Fanjingshania renovata, een kraakbeenvisje met prominente stekels, is ontdekt in de provincie Guizhou. De vis wierp zijn schubben af door harde weefsels weer in het lichaam op te nemen, een kenmerk dat normaliter bij beenvissen wordt aangetroffen.

De ontdekking van het fossiel wees erop dat de rotsformaties in de streek weleens een verbluffend aantal resten van oeroude vissen zouden kunnen bevatten. Dus begonnen de paleontologen in 2020 de oudere gesteentelagen in de buurt te onderzoeken en stuitten vrijwel meteen op een diverse fauna van prehistorische fossielen.

Het eerste wezen dat uit de rotsen opdook, was Tujiaaspis vividus, een dier dat tot de galeaspiden – een groep van zeer vroege kaakloze vissen – behoorde en zijn wetenschappelijke naam dankt aan het Chinese Tujia-volk. Vanuit een modern perspectief doet de bodemvoedende vis primitief aan: hij heeft een boemerangvormige en benige kop, drie rugvinnen en twee lange, stompe vinnen aan weerszijden van zijn buik. Deze vroege vinnen zijn voorlopers van anatomische structuren die zich tot de borst- en buikvinnen van vissen zouden ontwikkelen en waaruit later onze ledematen zijn voortgekomen.

Vervolgens stuitten de onderzoekers op de resten van Shenacanthus vermiformis, een verwant van de haai die is vernoemd naar de beroemde Chinese schrijver Congwen Shen, wiens roman Grensstad uit 1934 speelt in een gebied dat in de buurt van de paleontologische vindplaats ligt. Kort daarna werd de gepantserde vis Xiushanosteus mirabilis gevonden, waarvan de soortnaam verwijst naar de ‘miraculeuze’ ontdekking van complete skeletten van deze vissen uit het Siluur, die van kop tot staart slechts drie centimeter lang waren maar niettemin veel anatomische details vertoonden.

Hoewel de beide vissen verschillende aftakkingen van de groep van kaakdieren vertegenwoordigen, zijn ze in bepaalde opzichten nog aan elkaar verwant, wat niet verwonderlijk is voor wezens die zo vroeg in de evolutie van de kaakdieren op aarde verschenen. ‘Door de combinatie van kenmerken van de beide nieuwe kaakdiersoorten uit Chongqing (...), vervaagt het onderscheid tussen de verschillende afstammingslijnen van deze diergroepen,’ schrijft Carole Burrow, een paleontologe van het Queensland Museum in Brisbane die niet bij de vier nieuwe studies was betrokken, in een e-mail.

Dit team van wetenschappers en digitale modelmakers heeft de oerwezens gereconstrueerd die bij dit artikel zijn te zien. Dankzij hun werk doen vissen die honderden miljoenen jaren geleden rondzwommen zich aan ons voor alsof ze nog leven.

Foto door LI HAO

Andere fossielen die op dezelfde vindplaatsen zijn gevonden, vertegenwoordigen waarschijnlijk andere nieuwe soorten, die de paleontologen nog wetenschappelijk moeten beschrijven. ‘Gezien het feit dat de nieuwe soorten die nu zijn gepresenteerd slechts twee van de mogelijk tien of meer kaakdieren zijn die hier zijn aangetroffen, zal er binnenkort zeker nog veel spannends op het gebied van vroege gewervelden zijn te melden,’ zegt Burrow.

Piepkleine tandjes

Hoe belangrijk Xiushanosteus en Shencanthus ook voor het inzicht in de evolutie van de kaakdieren zijn, ze zijn niet de oudste fossielen die in de vier studies worden gepresenteerd. Veel van de Chinese paleontologen die in de provincie Chongqing werkten, breidden hun onderzoek onder leiding van Min Zhu uit naar het zuidelijker gelegen dorp Leijiatun, in de provincie Guizhou, waar ze nóg oudere gesteentelagen (van rond de 439 miljoen jaar geleden) bestudeerden. In Guizhou groef het team zo’n vierduizend kilo aan rotsblokken uit, die naar een lab in de stad Quijing werden overgebracht. Daar werd de steen met behulp van een zwak zuur langzaam opgelost, waarna de resterende vijfhonderd kilo aan zandachtig materiaal nauwgezet werd gezeefd.

Vijf paleontologen hebben anderhalf jaar nodig gehad om het materiaal door te spitten, schrijft You-an Zhu in de Chinese editie van National Geographic. De onderzoekers vonden gemineraliseerde schubben en de harde en benige vinstralen die deze vissen kenmerken. Ook troffen ze resten van een kraakbeenvis aan, die net als moderne haaien beschikte over een wervelkolom van kraakbeen in plaats van bot. Al deze overblijfselen wijzen erop dat het wezen dat hier zijn schubben is kwijtgeraakt, waarschijnlijk een beenvis was en geen kraakbeenvis, wat aantoont dat kaakdieren zich 439 miljoen jaar geleden al begonnen te diversifiëren. De onderzoekers hebben het dier Fanjingshania renovata genoemd, een verwijzing naar het ongebruikelijke vermogen van dit wezen om zijn schubben af te werpen en te hernieuwen, en naar de berg Fanjingshan, die ten noordoosten van de vindplaats verrijst.

Omringd door microscopen blaast een wetenschapper zorgvuldig wat stof en ander overtollig materiaal van een van de vissenfossielen af. Hoewel de gefossiliseerde resten heel klein zijn, kon het Chinese onderzoeksteam er veel informatie uit afleiden, dankzij het gebruik van statistische analyses, hoogwaardige microscopen, röntgenscans en 3D-modellering.

Foto door LI HAO

Het team heeft ook 23 ringvormige afdrukken van een paar millimeter doorsnede gevonden, zogenaamde ‘tandspiralen’. Deze fossielen zijn een overduidelijk bewijs voor de aanwezigheid van kaakdieren. De spiraalvormige fossielen zijn afkomstig van dieren die naast hun oude tandjes voortdurend nieuwe tandjes vormden. De spiralen zijn asymmetrisch, wat er duidelijk op wijst dat ze zich op de linker- of rechterkaak van het wezen hebben gevormd. Op grond van de kenmerken van de tandspiralen zijn de tandjes waarschijnlijk afkomstig van een type kraakbeenvis dat door de onderzoekers als Qianodus duplicis wordt aangeduid.

Dit soort tandjes zijn zó zeldzaam dat de ‘kans om ze aan te treffen’ zonder een enorme opgravingsoperatie ‘vrij minimaal’ is, zegt Ivan Sansom, paleontoloog aan de Britse University of Birmingham en medeauteur van twee van de nieuwe studies. ‘In sommige opzichten was het puur geluk, maar je moet natuurlijk wel blijven zoeken – en dat heeft de groep van Min Zhu zeker gedaan.’

In Beijing worden in een enorme opslagloods op de campus van het Institute of Vertebrate Paleontology and Paleoanthropology, onderdeel van de Chinese Academie van Wetenschappen, veel van de nog niet geprepareerde fossielen bewaard die in heel China zijn blootgelegd. Hoewel de fossielen door de tand des tijds zijn verweerd, bevatten ze talloze kostbare aanwijzingen die wetenschappers in staat stellen de geheimen van het oerleven op aarde te ontcijferen.

Foto door LI HAO

De oerwereld van de eerste kaakdieren

Ondanks de vele details die in de nieuwe studies worden onthuld, blijven er nog veel raadsels bestaan. Zo weet men niet hoe de fossielen zelf ooit zijn ontstaan. Volgens Sansom lijkt de vindplaats in Chongqing waarschijnlijk op andere plekken waar veel vissen uit het Siluur en het Ordovicium zijn gevonden: een getijdenzone aan of nabij een kust. Mogelijk zijn de vissen in het ondiepe water verrast door enorme hoeveelheden slib die plotseling door rivieren in het gebied werden aangevoerd of heeft er een onderzeese aardverschuiving plaatsgevonden die het gebied in een massagraf voor vissen heeft veranderd.

De onderzoekers hebben al plannen om de nieuwe schat aan fossielen uit China nader te bestuderen. Volgens Ahlberg van de Universiteit van Uppsala heeft het team hoogwaardige röntgenscans van meerdere fossielen gemaakt en worden die scans nu geanalyseerd. Het zal nog jaren duren voordat de fossielen al hun geheimen hebben prijsgegeven, en de onderzoekers staan nog maar aan het begin van hun zoektocht naar een dieper inzicht in de oorsprong van de kaakdieren en de vele soorten die daaruit voortkwamen.

‘Zoals archeologen in een ruïne inscripties bestuderen die duizenden jaren lang door wind en zand zijn verweerd en proberen daaruit de geschiedenis van oude beschavingen te reconstrueren, zo werken wij hard aan het ontcijferen van deze woordeloze inscripties, in de vorm van miljarden jaren oude fossielen, om een completer beeld te krijgen van de evolutie van het leven,’ schrijft You-an Zu in de Chinese uitgave van National Geographic.’

Dit artikel berust op een langer verhaal dat oorspronkelijk in de Chinese editie van National Geographic is verschenen.

Dit artikel werd oorspronkelijk in het Engels gepubliceerd op nationalgeographic.com

Lees meer

Dit vindt u misschien ook interessant

Geschiedenis en Cultuur
Prachtig bewaard gebleven fossiel is Afrika’s oudste dinosauriër
Reizen
De Schitterende landschappen verhalen over de oorsprong van het leven
Wetenschap
Zeldzaam fossiel van garnalen verborgen in een schelp
Dieren
Niet alle sabeltanddieren waren vleeseters, blijkt uit fossielen
Wetenschap
Nieuw ontdekte dinosauriër had vleermuisvleugels

Ontdek Nat Geo

  • Dieren
  • Milieu
  • Geschiedenis en Cultuur
  • Wetenschap
  • Reizen
  • Fotografie
  • Ruimte
  • Video

Over ons

Abonnement

  • Abonneren
  • Shop
  • Disney+

Volg ons

Copyright © 1996-2015 National Geographic Society. Copyright © 2015-2021 National Geographic Partners, LLC. Alle rechten voorbehouden.