Oorsprong van het leven: Early Earth Environment

Daaruit volgt dat de aarde zeer heet was, waardoor het vloeibare water in de atmosfeer verdampte. Toen de aarde echter afkoelde, condenseerde de door de zwaartekracht opgevangen waterdamp, die als regen viel en niet wegkookte, maar bleef opgeslagen in poelen die meren en oceanen werden. Men geloofde ook dat tektonische activiteit in die tijd veel vulkaanuitbarstingen veroorzaakte. Van hedendaagse vulkanen weten we dat wanneer zij uitbarsten, er kooldioxide, stikstof en een groot aantal niet-zuurstofgassen vrijkomen. Bovendien werd de aarde, zonder beschermende atmosfeer, voortdurend gebombardeerd met meteorieten en ander ruimtepuin dat nog in omloop was als gevolg van de oerknal. Uit het huidige astronomische onderzoek weten we dat meteorieten ijs en andere verbindingen, waaronder koolstofverbindingen, kunnen dragen. Onderzoekers denken daarom dat de atmosfeer van de vroege aarde bestond uit waterdamp, kooldioxide, koolmonoxide, waterstof, stikstof, ammoniak en methaan. Merk op dat er geen zuurstof aanwezig was in de atmosfeer van de vroege Aarde! Meteorologen vermoeden dat bliksem, stortregens en ultraviolette straling in combinatie met de intense vulkanische activiteit en constante meteorietenbeschietingen de vroege Aarde tot een interessante maar onherbergzame omgeving maakten.

Miller-Urey Synthese

Twee Amerikaanse wetenschappers, Stanley Miller en Harold Urey, ontwierpen een experiment om de omstandigheden op de vroege Aarde te simuleren en te observeren op de vorming van leven. Zij combineerden methaan, water, ammoniak en waterstof in een vat in de concentraties die volgens de theorie op de vroege Aarde bestonden. Om bliksem te simuleren, voegden zij een elektrische vonk toe. Dagen later onderzochten zij de gevormde “soep” en ontdekten de aanwezigheid van verschillende eenvoudige aminozuren! Hoewel deze experimentele opzet waarschijnlijk niet nauwkeurig het percentage gasachtige combinaties van de vroege aarde weergaf, leverden verdere werkzaamheden van Dr. Miller en anderen, waarbij verschillende combinaties werden gebruikt, alle organische verbindingen op. Nog in 1995 produceerde Miller uracil en cytosine, twee van de stikstofbasen die zowel in DNA als in RNA voorkomen. Tot op heden zijn in het laboratorium echter nog geen levende wezens uit niet-levende wezens gemaakt. Interessant is dat voortdurend onderzoek van meteorieten, nog maar pas in 1969, heeft aangetoond dat deze alle vijf de stikstofbasen bevatten. Dit stelt de hypothese voor dat misschien de ingrediënten die nodig zijn voor leven uit de ruimte werden meegebracht! Plate Tectonics and Continental Drift

Als je een moderne wereldkaart bekijkt, is het gemakkelijk te zien hoe de kustlijn van de westkant van Afrika lijkt overeen te komen met de oostkust van Zuid-Amerika. Toen de cartografische vaardigheden en de kennis van de grenzen van het continent toenamen door nautische verkenning, stelde de Duitse meteoroloog Alfred Wegener in 1912 een hypothese voor die de aarde deed bewegen. Hij veronderstelde dat de bestaande landmassa’s in feite in beweging zijn en waarschijnlijk allemaal als één grote landmassa zijn begonnen. Zijn theorie van de continentale drift deed de landmassa’s van de Aarde lijken op reusachtige drijvende eilanden die soms weg bewegen, soms tegen elkaar botsen door krachten die hij niet kon beschrijven. Hoewel de Afrika-Zuid-Amerika anomalie werd opgemerkt, kreeg zijn theorie niet veel steun tijdens zijn leven.

Met de recente vooruitgang in de geologie weten we nu dat alle oppervlaktekenmerken, land en water, in feite drijven op de viskeuze aardmantel, die de beweegbare korst en buitenste laag van de Aarde ondersteunt. De vaste korst, of plaat, waarop wij leven is een van de vele onregelmatig gevormde stukken van verschillende grootte die in bepaalde richtingen bewegen. Het idee dat deze grote continentale platen in voortdurende beweging zijn, veroorzaakt door geothermische verhitting, convectie en beweging, wordt plaattektoniek genoemd.

Plaattektoniek verklaart hoe grote landmassa’s zich van elkaar scheiden en ook tegen elkaar botsen. Deze voortdurende beweging van de aarde, vaak gemeten in centimeters per jaar, is verantwoordelijk voor aardbevingen, vulkanen, zeebodemverspreiding en continentverschuiving.

Het is duidelijk dat Wegener gelijk had; de vroege geïsoleerde landvormen zijn waarschijnlijk samengesmolten tot één landmassa, of supercontinent genaamd Pangaea, ongeveer 250 miljoen jaar geleden aan het eind van het Paleozoïcum. Let in de illustratie Pangaea op de voorgestelde vorm van het supercontinent.

Pangaea.

Het leven dat zich op de afzonderlijke landmassa’s had ontwikkeld, moest nu concurreren met andere levensvormen van de andere geïsoleerde landmassa’s toen deze landmassa’s tot één landmassa samensmolten. Concurrentie om ruimte, voedsel en onderdak en toegenomen predatie creëerden extra natuurlijke selectiedruk. Fossiele vondsten wijzen op massale uitstervingen en een grote verandering in genetische diversiteit in deze tijd.

Een tweede cataclysmische gebeurtenis die ook van invloed was op de biologische diversiteit vond ongeveer 200 miljoen jaar geleden plaats tijdens het Mesozoïcum. In die tijd begon Pangaea zich af te scheiden, en de geïsoleerde landvormen werden weer hun eigen unieke geïsoleerde evolutionaire laboratorium. De zich afscheidende landmassa’s raakten reproductief van elkaar geïsoleerd.

Extinctie en genetische diversiteit

Extinctie blijkt een natuurlijk verschijnsel te zijn en bevordert, net als natuurlijke selectie, de voortplanting van bepaalde soorten ten koste van minder geschikte soorten. Uitsterven is het verlies van alle leden van een bepaalde soort en hun genetische aanvulling, om nooit meer te worden hersteld. Fossiele bewijzen wijzen erop dat na een massale uitsterving zoals de uitsterving van het Perm, toen Pangaea werd gevormd, en opnieuw aan het eind van het Krijt, toen dinosauriërs de wereld regeerden, een periode van groei en genetische variatie volgde. Blijkbaar openden de uitstervingen de randgebieden voor kolonisatie door de overblijvende soorten. Zoogdieren zijn de klassieke studie op dit punt, omdat bekend is dat zij 50 tot 100 miljoen jaar bestonden in gebieden die door dinosauriërs werden bewoond vóór het uitsterven van de dinosauriërs. Na het uitsterven van de dinosauriërs wijzen fossielen van zoogdieren op een aanzienlijke mate van soortvorming en groei in totale aantallen, beide waarschijnlijk geassocieerd met het verwerven van nieuw territorium en het verlies van dinosauriërs als concurrenten en roofdieren.

Adaptieve straling

De snelle genetische diversiteit na een uitsterving, splitsing van landmassa’s, of andere cataclysmische gebeurtenis kan het gevolg zijn van adaptieve straling, ook bekend als divergente evolutie.

Het wordt straling genoemd omdat de genetisch divergente afstammelingen vanuit een centraal punt lijken te stralen, ongeveer zoals de zonnestralen van de zon. Tijdens de div-ergente evolutie nemen de nakomelingen een verscheidenheid van kenmerken aan die hen in staat stellen even diverse niches te bezetten.

Het klassieke voorbeeld van adaptieve radiatie is de studie die Darwin voltooide toen hij 13 verschillende vinkensoorten observeerde tijdens zijn beroemde ontdekkingsreis naar de Galapagos Eilanden. De eilanden zelf zijn zeer geschikt voor adaptieve radiatie omdat zij bestaan uit talrijke kleine eilanden dicht bij elkaar in de Stille Oceaan ongeveer 125 mijl (200 kilometer) ten westen van Ecuador, Zuid-Amerika.

Sinds Darwin’s tijd, onthulde een analyse van de vinkensoort een stichterpopulatie die arriveerde van het vasteland en een eiland bezette. Specifieke druk van het eiland heeft er waarschijnlijk voor gezorgd dat die soort evolueerde tot een nieuwe soort die verschilt van de soort op het vasteland. Toen de vinken het eiland veroverden, nam de concurrentie toe en migreerden de pioniersoorten wellicht naar een ander eiland. Hierdoor ontstond een nieuwe pioniersoort die zich aanpaste aan de nieuwe druk op het eiland en zich wijzigde tot een nieuwe soort. Op dezelfde manier werden de resterende eilanden achtereenvolgens gekoloniseerd. Omdat elk eiland een beetje anders is, waren de vinkaanpassingen vaak uniek voor een specifiek eiland. Bovendien konden vinken terugkeren naar een bewoond eiland en concurreren met de bestaande soorten, of terugkeren en territorium, beschutting en hulpbronnen verdelen en vreedzaam naast elkaar bestaan. De terugkeer naar een bewoond eiland heeft waarschijnlijk ook extra natuurlijke selectiedruk teweeggebracht.

We weten nog steeds niet zeker hoe het leven op Aarde is ontstaan. Het zou een hemels meesterwerk kunnen zijn, een astronomische anomalie, of een reeks mutaties en aanpassingen. Er zijn bewijzen die voor elke theorie pleiten. Hoe dan ook, patronen in gelijkenis lijken sommige organismen nauwer te verbinden dan andere.

Uittreksel uit The Complete Idiot’s Guide to Biology 2004 door Glen E. Moulton, Ed.D.. Alle rechten voorbehouden, inclusief het recht van gehele of gedeeltelijke reproductie in welke vorm dan ook. Gebruikt volgens afspraak met Alpha Books, een onderdeel van Penguin Group (USA) Inc.

Om dit boek rechtstreeks bij de uitgever te bestellen, bezoek de Penguin USA website of bel 1-800-253-6476. U kunt dit boek ook kopen bij Amazon.com en Barnes & Noble.