UGent

Nieuws

Vroegste meercellige levensvorm ouder dan eerder aangenomen

Abderrazak El Albani et al. - Nature 466, 100-104 (1 July 2010) doi:10.1038/nature09166

De vondst van schijfvormige fossielen van een twaalftal centimeter lang in Gabon werpt een nieuw licht op het ontstaan van meercellig leven. De fossielen zijn 2,1 miljard jaar oud, terwijl aanwijzingen voor multicellulair leven tijdens het paleoprotozoicum (2.5-1.6 miljard jaar geleden) controversieel was.

fossiel

Het is niet zeker of deze fossielen echte meercelligen zijn (i.e., geïntegreerde systemen van diverse, gespecialiseerde cellen), of een directe voorloper daarvan, namelijk een kolonie van eencelligen. In ieder geval is deze vondst een belangrijke aanwijzing voor de ontwikkeling van het leven op Aarde. Er is immers een sterke link tussen veranderingen in de atmosfeer, zoals een toename van zuurstof, en het ontstaan van complexe kolonies van eencelligen, die later zouden evolueren tot meercellige organismen. Dergelijke vondsten zijn bijzonder zeldzaam tot ca. 550 miljoen jaar geleden, toen er zich een ware explosie van levensvormen voordeed.

Fossiel DNA van neanderthaler toont occasionele kruising tussen mensen en neanderthalers aan

Richard Green et al. - Science 328, 710 (2010); DOI: 10.1126/science.1188021

Reeds decennialang vragen archeologen en paleoantropologen zich af of mensen (Homo sapiens) en neanderthalers (Homo neanderthalensis) zich ooit met elkaar hebben voortgeplant. De laatste gemeenschappelijke voorouder van deze soorten leefde ongeveer 400 000 jaar geleden. De voorouders van neanderthalers kwamen uit Afrika en koloniseerden het koude Europa en de Levant. Ze ontwikkelden diverse adaptaties tegen het leven in de koude, waaronder een zware lichaamsbouw en botstructuur. Daarnaast hadden ze ook een herseninhoud die groter is dan die van de moderne mens. Onze soort, Homo sapiens, kwam meer recent uit Afrika: pas rond 120 000 voor onze jaartelling bereikten ze de Levant; eerst rond 45 000 jaar geleden kwamen ze in Europa aan. Rond 28 000 jaar geleden stierven neanderthalers uit. Er was dus een lange periode waarin beide soorten het continent deelden en met elkaar konden in contact komen. Uit de fossielen kan men echter niet onbetwistbaar opmaken of er ooit kruisingen tussen hen hebben plaatsgevonden.
De extractie van fossiel DNA uit beenderen van neanderthalers heeft in dit verband nieuwe perspectieven geopend. Eerder onderzoek van mitochondrisch DNA (DNA dat zich in de mitochondriën van de cellen bevindt, en enkel wordt doorgegeven in vrouwelijke lijn) leek uit te wijzen dat er geen vermenging was tussen mensen en neanderthalers. Maar mtDNA is slechts één vorm van DNA.
Aan de hand van diverse fossiele DNA-sequenties hebben Richard Green et al. (Science, 2010, vol. 328) een voorlopige versie van het volledige neanderthaler genoom kunnen reconstrueren. Hieruit blijkt dat er tien sequenties voorkomen bij neanderthalers die we ook vinden bij huidige mensen.
De tien sequenties zijn aanwezig bij moderne Europeanen en Aziaten maar niet bij Afrikanen. Dit zou kunnen wijzen op een beperkte genetische vermenging tussen neanderthalers en de mensen die toen Europa en de Levant bewoonden. Aangezien neanderthalers nooit in Afrika leefden, kan men verwachten dat er ook nooit vermenging heeft plaatsgevonden tussen Afrikaanse Homo sapiens en Homo neanderthalensis. De tien sequenties zijn een deelgroep van dertien DNA-segmenten in het menselijk genoom die zeer sterk variabel zijn, waaruit blijkt dat ze zeer oud zijn. Toch is slechts 1 à 4 % van het genoom van huidige mensen in Eurazië van neanderthaler oorsprong. Dat zou erop duiden dat de vermenging tussen beide soorten eerder beperkt en occasioneel was.
Heel uitzonderlijk stelt het vakblad Science de artikelen die over deze ontdekking handelen op dit adres http://www.sciencemag.org/special/neandertal/ ter beschikking van het grote publiek.

Mammoeten hadden antivries hemoglobine in hun bloed

Kevin L. Campbell et al. - Nature Genetics, in press, online op 2 mei 2010; doi:10.1038/ng.574

Dankzij de extractie van DNA uit gefossiliseerd materiaal zijn wetenschappers in staat unieke biologische adapaties te bestuderen in uitgestorven organismen. In het vakblad Nature Genetics beschrijven Kevin Campbell en collega's hoe zij DNA van een wolharige mammoet (Mammuthus primigenius) die ongeveer 43 000 jaar geleden stierf analyseerden, en combineerden met het DNA en RNA van huidige olifanten (nauwe verwanten van de uitgestorven mammoeten). Op die manier konden ze een hemoglobine proteïne reconstrueren van de uitgestorven mammoet. Hemoglobine is een ijzerhoudende proteïne die aanwezig is in de rode bloedcellen van zoogdieren. Zijn functie is het transporteren van zuurstof naar de diverse weefsels van het lichaam. Bij zoogdieren neemt de efficiëntie van hemoglobine om zuurstof te absorberen dramatisch af naarmate het kouder wordt.

mammoet

Zuurstoftransport bij lage temperaturen vormt een selectieve druk op zoogdieren in een koud klimaat. De gereconstrueerde mammoet hemoglobine proteïne bevat drie structurele veranderingen die maken dat de zuurstofopname efficiënt verloopt bij zeer lage temperaturen. Bij een omgevingstemperatuur van 37°C was de zuurstofopname bij olifanten en mammoeten even efficiënt, maar bij temperaturen die varieerden van -20 tot -40°C vertoonde het olifantenhemoglobine een sterkere vermindering in opname van zuurstof in vergelijking met dat van de mammoet. Wolharige mammoeten hadden een vorm van 'antivries' in hun bloed die we bij geen enkel levend zoogdier terugvinden. Vermoedelijk is deze structurele verandering te wijten aan de extreem koude omstandigheden (de laatste ijstijden) waarin deze dieren leefden.

Expelled: niet voor creationisme wel voor evolutionaire ideeën

Johan De Smedt - http://biologos.org/blog/on-the-courage-of-bruce-waltke/

In de mockumentary (i.e., pseudodocumentaire) film Expelled: No Intelligence Allowed worden wetenschappers aan het woord gelaten die een vaste aanstelling aan een universiteit niet zouden hebben gekregen of zelfs hun job zouden zijn verloren omdat zij aanhangers zijn van intelligent design en creationisme. Een nader onderzoek leert echter dat geen van deze wetenschappers hun grieven specifiek hieraan te wijten hebben, maar dat zij gewoon een te licht dossier hadden, of dat hun contract gewoon ten einde liep - ook wetenschappers die niets met ID of creationisme te maken hebben, kan dit overkomen. Er is vooralsnog geen enkele aanwijzing dat iemand ooit zijn job verloor over creationistische ideeën.
Helaas is het omgekeerde wel waar: de protestantse theoloog Bruce Waltke, een specialist in het Oude Testament, werd gedwongen ontslag te nemen door zijn evangelische theologische seminarie (Reformed Theological Seminar) te Orlando (Florida, USA) om zijn evolutionaire ideeën. Reden voor dit ontslag was een video op BioLogos, een website voor theistische evolutie, waarin Waltke de overweldigende aanwijzingen ter ondersteuning van biologische evolutie aanhaalt, en stelt dat evangelische kerken deze zouden moeten accepteren. Zijn administratie liet daarop weten dat hij de video moest laten verwijderen. Dat was echter niet voldoende: Waltke werd gedwongen ontslag te nemen. De voorzitter van het seminarie bevestigde dat hun leden inderdaad geen 'darwinistische ideeën mogen hebben, noch enige andere suggestie dat de mens niet op Aarde kwam door een directe creatie van God'.
Het verhaal staat meer uitgebreid te lezen op http://biologos.org/blog/on-the-courage-of-bruce-waltke/ en op http://www.usatoday.com/news/education/2010-04-09-IHE-evangelical-endors...

Snelle diversificatie van soorten in Europa

Luis M. Valente, Vincent Savolainen, Pablo Vargas - Proc. R. Soc. B in press (2010) doi:10.1098/rspb.2009.2163

In sommige gebieden, zoals de Andes of Kaap de Goede Hoop in Zuid-Afrika, veranderen soorten zeer snel, waardoor men algemeen aanneemt dat speciatie (soortvorming) in andere gebieden minder intens is. De snelheid waarmee nieuwe soorten ontstaan, is evenwel weinig onderzocht. Een studie van soortvorming bij eenjarige anjers (Dianthus, Carophyllaceae), een bekende groep planten in de gematigde gebieden van Eurazië, toont aan dat deze planten zich sneller hebben gediversifieerd dan eender welke andere groep planten of gewervelden die men eerder heeft bestudeerd.

anjers

De auteurs, Luis Valente en collega's, berichten hun bevindingen recent in Proceedings of the Royal Society London B. De meeste anjers behoren tot een evolutionair geslacht dat zeer rijk is aan soorten, en dat groeide in een tempo van 2,2 à 7,6 soorten per miljoen jaar (zie begeleidende figuur voor enkele voorbeelden). Deze versnelde soortvorming viel samen met een periode van toenemende droogte tijdens het Pleistoceen die aanving ongeveer 2.5 miljoen jaar geleden, wat een sterk verband tussen biodiversiteit en klimaat doet vermoeden. De soortvorming in anjers toont aan dat Europa werd onderschat als een gebied van snelle en recente soortvorming.

Nieuwe hominide soort ontdekt in Zuid Afrika

Lee Berger et al. - Science, Science 9 April 2010: Vol. 328. no. 5975, pp. 195 - 204 DOI: 10.1126/science.1184944

Naarmate nieuwe fossielen worden ontdekt, zijn paleoantropologen verplicht de stamboom van de menselijke evolutie te hertekenen. En het lijkt er inderdaad op dat dit een echte boomstructuur is, met vele vertakkingen en doodlopende punten, zoals enkele weken ook al bleek met de ontdekking van een onbekende hominide soort van slechts 45 000 jaar oud. In Zuid-Afrika, vindplaats van diverse belangrijke hominide fossielen, werd recent een nieuwe uitgestorven menselijke soort beschreven in het wetenschappelijk blad Science. De fossielen komen van twee individuen van ca. 2 miljoen jaar oud. In die periode ontstond onder meer Homo ergaster, een bipedale hominide met een gesofisticeerde steentechnologie (waaronder vuistbijlen), die helemaal rechtop liep, vermoedelijk jaagde en een grote herseninhoud had. In dezelfde periode leefden ook nog hominiden met meer primitieve (i.e., mensaapachtige) kenmerken, waaronder grotere tanden en een kleinere herseninhoud. Dergelijke hominiden worden meestal ondergebracht in het genus Australopithecus.

australopithecus sediba

De nieuwe fossielen verschillen voldoende van alle bekende menselijke soorten om een nieuwe soortnaam te krijgen, Australopithecus sediba (sediba betekent bron in het Lesotho). De eerste auteur, Lee Berger, meent dat de soort transitioneel is tussen de australopithecinen en latere leden van het genus Homo, voorouders van de huidige mens. Deze positie is echter controversieel, omdat Australopithecus sediba tegelijkertijd leefde met leden van het genus Homo, waaronder zoals gezegd Homo ergaster. Bovendien heeft A. sediba een bekken dat meer ontwikkeld is voor bipedalisme dan andere australopithecinen, en heeft hij een minder sterk ontwikkelde kaak. Sommige paleoantropologen menen daarom dat hij moet geklasseerd worden als Homo, maar anderen vinden dat hij daarvoor te sterk verschilt van reeds beschreven leden van ons genus.

DNA-analyse van vingerbeentje brengt nieuwe uitgestorven menselijke soort aan het licht

Johannes Krause et al. - Nature, 464, 2010. doi:10.1038/nature08976

De stamboom van de hominiden (mensachtige soorten) wordt met de dag interessanter: wetenschappers gebruiken vandaag niet enkel uiterlijke verschillen tussen fossiel materiaal, maar ook analyse van oud mitochondriaal DNA om relaties tussen verschillende uitgestorven hominide soorten te bestuderen. Eerdere analyses van het mtDNA van neanderthalers en anatomisch moderne Homo sapiens brachten veel interessante ontdekkingen aan het licht: zo zouden wij ca. 500 000 jaar geleden een gemeenschappelijke voorouder hebben gehad met de neanderthaler, en zou er nadien geen vermenging meer plaats hebben gevonden tussen Homo sapiens en neanderthalers.
In 2008 groeven Russische archeologen een menselijk vingerbeentje op in Siberië van ca. 40 000 jaar oud. Zij namen aanvankelijk aan dat het om een fossiel van een neanderthaler ging. Een analyse van het mtDNA gaf echter een onverwacht resultaat: het beentje was afkomstig van een individu dat noch een Homo sapiens noch een Homo neanderthalensis is. De auteurs, Johannes Krause en collega's, berichten in Nature dat het individu ongeveer één miljoen jaar geleden afgesplitst was van de menselijke stamboom. Deze nieuwe soort is daarom vermoedelijk een afstammeling van Homo erectus, een soort die ontstond in Afrika, en die reeds ca. 2 miljoen jaar geleden Afrika verliet (zoals te zien is in Homo erectus fossielen in Georgië en Zuidoost-Azië).
De betrekkelijk recente datering van het vingerbeentje, ca. 40 000 jaar geleden, doet vermoeden dat er tijdens de laatste IJstijd verscheidene hominide soorten bestonden: Homo sapiens, Homo neanderthalensis (die rond 28 000 jaar geleden uitstierf), Homo floresiensis (een zeer kleine hominide soort die werd gevonden in het Indonesische eiland Flores), en nu misschien ook nog een late afstammeling van Homo erectus.
Onze soort is nu de enige nog levende soort binnen het genus Homo, maar deze situatie is niet kenmerkend voor de menselijke evolutie. Onze evolutionaire geschiedenis lijkt immers op een struikvorm, met vele vertakkingen en doodlopende paden. Uiteraard is voorzichtigheid geboden bij het trekken van conclusies aan de hand van slechts één fossiel. Verdere opgravingen zijn noodzakelijk, net als fossiel DNA onderzoek.

IJsberen zeer snel aangepast aan hun ecologische omstandigheden

Charlotte Lindqvist et al. - Proceedings of the National Academy of Sciences USA, 16 maart, vol. 107, www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.0914266107

Ijsberen staan symbool voor de recente door de mens veroorzaakte opwarming van de Aarde en de ecologische problemen die daarmee gepaard gaan. Indien de opwarming van het klimaat niet vermindert, zal de ijsbeer dan ook binnen de 100 jaar zijn uitgestorven. Charlotte Lindqvist en collega's onderzochten de evolutionaire geschiedenis van deze soort om te zien hoe de voorouders van ijsberen in het verleden evolueerden en reageerden op veranderingen in klimaat en ecologie. In hun artikel, recent gepubliceerd in Proceedings of the National Academy of Sciences USA berichten zij de extractie van mitochondrisch DNA uit het kaakbeen van een fossiele ijsbeer die ongeveer 110 à 130 000 jaar geleden leefde. Daarnaast namen zij ook stalen uit het mitochondrisch DNA van levende ijsberen en bruine beren.

ijsbeer

Hieruit blijkt dat de ijsbeer evolueerde uit de bruine beer, en dat ijsberen reeds zeer snel na hun afsplitsing de Arctische IJszee bewoonden. Zij hadden zich ook snel aangepast aan hun nieuwe niche, als top van de voedselketen aan de Noordpool. Ijsberen zijn de meest carnivore van alle bestaande beren - hun dieet bestaat bijna exclusief uit vlees van zeehonden. Bovendien hebben ze ook een unieke jachtmethode: door hun uitstekende reukzin kunnen ze een zeehond makkelijk localiseren, en wachten dan rustig bij een gat in het ijs af tot hun prooidier lucht moet happen, waarop ze toeslaan. Uit een analyse van zuurstof en stikstofisotopen van het kaakbeen van de fossiele ijsbeer bleek dat dit specimen hetzelfde dieet had als hedendaagse ijsberen. Toch was de fossiele ijsbeer niet meer dan 10 000 à 30 000 jaar verwijderd van de gemeenschappelijke voorouder van ijsberen en bruine beren. De evolutionaire aanpassingen in jachttechniek, dieet, vertering en vermoedelijk ook uiterlijk (witte vacht die minder opvalt in de sneeuw) zijn dus erg snel ontstaan na de splitsing met de bruine beer. Dit illustreert dat evolutie door natuurlijke selectie zeer snel kan gaan wanneer omgevingsfactoren hoge selectieve druk uitoefenen

Rendieren hebben geen interne (circadiaanse) klok

Weiqun Lu et al. - Current Biology, vol 20, 2010, doi:10.1016/j.cub.2010.01.042

Iedereen die een langere reis achter de rug heeft, kent vermoedelijk het fenomeen jet lag - een mismatch tussen je interne klok en de omgeving. Zelfs de verandering van zomertijd naar wintertijd of omgekeerd stuurt bij veel mensen de interne klok danig in de war. De interne klok (ook wel circadiaans ritme genoemd) is een inwendige representatie van de cyclus van 24 uur waarin de Aarde één omwenteling maakt. Het wordt veroorzaakt door een klein gebied in de hersenen, de suprachiasmatische nucleus, die een duidelijke genetische basis heeft. De genen die verantwoordelijk zijn voor circadiaanse ritmes zijn gelijkaardig in de meeste zoogdieren die hiervoor onderzocht zijn, waaronder mensen en ratten, en zelfs in soorten die ver aan ons verwant zijn, zoals fruitvliegen.

rendier

Een nieuwe studie door Weiqun Lu en collega's in Current Biology toont echter aan dat rendieren (Rangifer tarandus) geen interne klok hebben. De dieren baseren zich wel op licht en donker, maar hebben geen eigen, intern mechanisme om 24-uur cycli te volgen. Minstens twee van hun klokgenen vertonen zeer weinig activiteit, of zijn misschien zelfs helemaal inactief.
De auteurs speculeren dat dit verlies aan circadiaanse ritmes een adaptieve respons is aan het leven rond de Noordpool, waar lange periodes zijn van continu licht in de zomer en gelijkaardige periodes van duisternis in de winter. Het zou voor soorten die zich in een dergelijke omgeving bevinden weinig voordelig zijn om interne cycli van 24 uur te genereren.

Meteoriet impact werd dinosauriërs dan toch fataal

Peter Schulte et al. - DOI: 10.1126/science.1177265 , Science vol. 327, p. 1214-1218, 2010

Over het lot van de dinosauriërs wordt al decennialang druk gespeculeerd. Gedurende 160 miljoen jaar waren deze grote reptielen de meest overheersende groep van op het land levende gewervelde dieren, tot ze vrij plots uitstierven in de overgang van Krijt naar Tertiair, ca. 65 miljoen jaar. De enige overlevende subgroep van dinosauriërs die nu nog bestaan, zijn de vogels, die tijdens het Jura tijdperk evolueerden uit bipedale, kleine theropoden.
Ongeveer dertig jaar geleden formuleerde de geoloog Walter Alvarez de hypothese dat de impact van een meteoriet, meer bepaald een middelgrote planetoïde, en de klimaatsveranderingen die daarmee gepaard gingen, abrupt een einde maakte aan de dinosauriërs. Hij baseerde zich hiervoor op de aanwezigheid van lagen iridium en andere platina-achtige stoffen in geologische kleilagen van de overgang van Krijt naar Tertair. Naast dinosauriërs stierven ook andere soorten uit, waaronder diverse groepen zoogdieren, mariene ongewervelden en vissen. Andere mogelijke verklaringen voor deze extinctiegolf waren onder meer toegenomen vulkanische activiteit rond 65 miljoen jaar geleden, en een verandering in het ecosysteem waaraan dinosauriërs zich niet konden aanpassen.

impact

Een panel van 41 experts (Peter Schulte en collega’s) heeft alle relevante aanwijzingen van de voorbij twintig jaar systematisch onderzocht en bij elkaar gebracht. Hun bevindingen zijn nu gepubliceerd in Science. Uit hun analyse blijkt met zeer grote waarschijnlijkheid dat de dinosauriërs wel degelijk zijn uitgestorven als gevolg van de impact van een meteoriet in de golf van Mexico. Dit object had een vermoedelijke dwarsdoorsnede van 10 km. De energie die vrijkwam bij de inslag van de meteoriet bedroeg een miljoen keer meer explosieve kracht dan de atoombommen die op Hiroshima en Nagasaki werden gedropt. De klimaatsveranderingen die hiermee gepaard gingen, waren aanzienlijk, waardoor het weinig verwonderlijk is dat ongeveer de helft van alle levende soorten op Aarde in die periode uitstierven. De auteurs merken op dat de geologische lagen wereldwijd het patroon vertonen van een laag puin die geleidelijk afneemt naarmate men zich verder van de impactplaats verwijdert.