De achterkant van de evolutie; Paleontoloog Davis Raup over massa-uitstervingen

Felix Eijgenraam

Vrijwel alle soorten die ooit op aarde hebben geleefd, zijn uitgestorven. In de meeste gevallen door domme pech, aldus de Amerikaanse paleontoloog Dave Raup.

David M. Raup: Extinction. Bad Genes or Bad Luck? Norton, 1991. ISBN 0 393 03008 3

"Stel je voor een demograaf die de bevolkingsgroei bestudeert, maar daarbij alleen let op het geboorte-, en niet op het sterftecijfer. Of een accountant die uitsluitend inkomsten, maar geen uitgaven boekt. Zo ongeveer is het gesteld met de evolutiebiologie, die een eeuw lang vrijwel alleen maar keek naar de vorming van soorten, onder vrijwel volslagen veronachtzaming van hun verdwijnen. Pas de laatste tien jaar is daar verandering in gekomen.'

Paleontoloog David ("Dave') M. Raup is 's werelds prominentste onderzoeker op het gebied van de "keerzijde van de evolutie': de uitsterving van soorten. In plaats van stil te staan bij het lot van individuele soorten of geslachten, kijkt hij naar grootschalige trends in de aantallen soorten door de geologische tijdvakken heen. Zijn belangrijkste gereedschap is dan ook niet de geologische hamer, maar de computer.

Geboren in Boston halverwege de jaren dertig, studeerde Raup geologie en paleontologie in Chicago en aan Harvard University. Na een korte flirt met de petroleumindustrie koos hij een academische loopbaan die hem uiteindelijk deed belanden aan de University of Chicago, een instituut dat hij chauvinistisch het "sterkste en vibrerendste intellectuele centrum in Amerika' noemt.

Als dat waar is ligt dat mede aan Raup zelf, want vakgenoten spreken met het diepste ontzag over hem. De bekende essayist Stephen Jay Gould betitelt hem zelfs zonder aarzeling als " 's werelds briljantste paleontoloog'.

Het wonder blijkt te huizen in een vrijwel raamloos, door tl-lampen verlicht kamertje op de tweede verdieping van het Geofysisch Instituut van de University of Chicago - en te roken als een ketter. Raup: "De vorming en de uitsterving van soorten houden elkaar bijna in balans. Op dit moment leven op aarde zo'n 40 miljoen verschillende soorten, maar in totaal hebben er in de geschiedenis van het leven wel 50 miljard bestaan. Met andere woorden: van alle soorten die ooit hebben geleefd is niet minder dan 99,9% uitgestorven. Op elke soort die er is ontstaan is er een andere verdwenen.

"Het kan haast niet anders of dat verloop is van grote invloed geweest op de loop van de evolutie. Wanneer een soort uitsterft, kan de opengevallen plaats in het ecosysteem worden bezet door een soort uit een hele andere groep. Dat geeft ruimte voor evolutionaire vernieuwing. In een wereld z?nder uitsterving krijg je daarentegen na verloop van tijd vermoedelijk stagnatie. Alle soorten zitten muurvast in hun niches; er zou wel plaats zijn voor steeds verdere perfectionering, maar niet voor iets nieuws.'

Inslagtheorie

Raup behoorde tot de eerste paleontologen die zich vragen stelde als: wat is de gemiddelde levensduur van een soort, verdwijnen soorten gelijkmatig of in pulsen, en vooral: wat zijn de belangrijkste oorzaken van uitsterving? Raup: "Om zulke vragen te kunnen beantwoorden heb je kwantitatieve gegevens nodig. Een collega van mij aan de University of Chicago, Jack Sepkoski, beschikte daarover. Ruim tien jaar geleden al stopte hij de ontstaans- en verdwijningsdata in de computer van alle fossiele families van de afgelopen 600 miljoen jaar die hij in de literatuur kon vinden. Die gegevensbank is verre van ideaal als gevolg van het feit dat het bodemarchief zo bevooroordeeld is, maar hij verschaft je veel informatie over globale veranderingen in de snelheid van uitsterving.'

In 1984 publiceerden Raup en Sepkoski gezamenlijk een artikel dat veel stof deed opwaaien. Ze beweerden daarin dat de uitstervingen gemeten over de laatste 250 miljoen jaar met een klokachtige regelmaat, eens in de ongeveer 26 miljoen jaar, voorkwamen. Een van die pieken werd gevormd door de zogeheten Krijt-Tertiair massa-uitsterving 65 miljoen jaar geleden, waarbij ongeveer 65% van de soorten werd weggevaagd. De bekendste slachtoffers waren de dinosauri?rs.

Voor die massa-uitsterving tussen Krijt en Tertiair waren in 1980 door de natuurkundige en Nobelprijswinnaar Luis Alvarez en diens zoon Walter (een geoloog) sterke aanwijzingen verzameld dat ze zou zijn veroorzaakt door de inslag van een buitenaards object - een komeet of astero?de. Dit leidde meteen tot de hypothese dat op zijn minst de vier andere grote massa-uitstervingen van de afgelopen 600 miljoen jaar ook dergelijke oorzaken hadden, en mogelijk de minder uitgesproken uitstervingen ook. Voor de klokachtige regelmaat werden astronomische hypothesen geopperd, waarvan de bekendste is dat de zon een donkere metgezelster zou hebben met een sterk excentrische baan, Nemesis, die eens in de 26 miljoen jaar dichtbij de zon komt, kometen uit hun baan stoot en daarmee een dodelijke inslag van een van hen op aarde zou veroorzaken.

Dat de Krijt-Tertiair uitsterving werkelijk is veroorzaakt door een inslag van een buitenaards object wordt tegenwoordig door vrijwel niemand meer betwijfeld, maar rond de klokachtige regelmaat die Raup en Sepkowski in 1984 claimden is het opvallend stil. Raup: "Er zijn maar weinig mensen die erin geloven, maar daar staat tegenover dat ook niemand is komen aandragen met nieuwe interpretaties die de periodiciteit ontkrachten. Integendeel, de aanwijzingen zijn alleen maar sterker geworden, al is het dan ook opnieuw door werk van Sepkoski. Hij heeft zijn analyse herhaald op genusniveau, dat wil zeggen ??n taxonomisch niveau lager dan de soort, en de periodiciteit die hij nu vindt is nog overtuigender dan in 1984.

"Aan de andere kant is er geen enkele waarneming die de Nemesis-hypothese of enige andere astronomische hypothese bevestigt. Terwijl er wel een klein aantal astronomen actief heeft gezocht. Met andere woorden: de vraag van de periodiciteit van de massa-uitstervingen ligt nog steeds absoluut open.'

Kill-curve

Inmiddels is Raup in zijn interpretatie van het geologisch verleden nog radikaler geworden: hij gelooft nu dat niet alleen de bekende massa-uitstervingen (de zogeheten "Grote Vijf') en enkele mindere het gevolg zijn van buitenaardse inslagen, maar dat ook de "achtergrond-uitsterving' grotendeels het gevolg kan zijn van een kosmisch bombardement.

Raup: "De mensen hebben zich steeds geconcentreerd op die Grote Vijf en ze noemden al het andere traditioneel achtergrond. Terwijl er in werkelijkheid van alles tussenin zit. Neem de grens tussen het Midden- en het Boven-Jura. Een triviale geologische grens, die niettemin in Spanje en Polen erg opvallend is en waarvoor substanti?le aanwijzingen zijn dat hij door een inslag is veroorzaakt. Zo zijn er vele meer. Het is een beetje alsof we in onze beschrijving van stormen alleen maar onderscheid maakten tussen hurricanes en stil weer.'

In zijn onlangs verschenen boek Extinction. Bad genes or bad luck laat Raup een zogeheten "kill-curve' zien die hij op grond van de gegevens van Sepkoski heeft berekend. De curve toont het verband tussen de omvang van een "uitstervingsgebeurtenis' (uitgedrukt als het percentage soorten dat bij zo'n ramp het loodje legt) en de gemiddelde "wachttijd' daarop.De curve heeft een sigmo?de (s-vormige) gedaante en laat bijvoorbeeld zien, dat zware massa-uitstervingen van het kaliber van de Krijt-Tertiair inslag (waarbij 65% van alle soorten het loodje legden) ongeveer eens in de 100 miljoen jaar voorkomen en gebeurtenissen waarbij ruim 5% van alle soorten wordt weggevaagd eens in de miljoen jaar.

Raup: "Ik geef toe dat er heel wat vooronderstellingen en onzekerheden in die curve zitten. Je moet hem ook niet te letterlijk nemen, want hij voorspelt bijvoorbeeld dat al het leven op aarde eens in de twee miljard jaar uitsterft! Maar het hele idee van die curve is niets bijzonders, het is een methode die bijvoorbeeld ook routinematig wordt gebruikt bij de bouw van dammen, om overstromingsrisico's te schatten.'

Inslagen

De kill-curve is niet meer dan een mathematische beschrijving, waaruit op zichzelf niets valt af te leiden over de oorzaken van uitsterving. De argumenten daarvoor ontleent Raup dan ook aan andere geologische en paleontologische waarnemingen. Raup: "In de eerste plaats bestaat er een behoorlijk goede correspondentie tussen het patroon in de tijd van massa-uitstervingen en het patroon van inslagkraters. De correlatie is zeker niet perfect, maar verschillende van de grote uitstervingen hebben nu al een goede krater.

"Een ander argument is, dat bij veel uitstervingen zeer succesvolle soorten werden weggevaagd die voorkwamen over de hele wereld. Ecologisch gezien is het heel moeilijk om zulke sterke, komopolitische soorten in hun geheel te vernietigen.

"Ik denk derhalve dat we moeten zoeken naar mechanismen die veel drastischer en geografisch alomtegenwoordiger zijn dan we tot dusver deden. Traditioneel worden als plausibele aardse oorzaken vooral genoemd plotselinge zeespiegelverlaging en mondiale afkoeling, maar ik betwijfel of die plotseling en drastisch genoeg zijn. Tijdens de laatste IJstijd bijvoorbeeld had je een gigantische daling van het zeeniveau, maar geen uitsterving van betekenis.

"Het probleem met uitstervingen is dat we te maken kunnen hebben met oorzaken die onze menselijke ervaring te boven gaan. Ons wetenschappelijke geheugen reikt maar twee- tot driehonderd jaar terug en onze totale culturele ervaring maar een paar duizend. De catastrofes die de aarde af en toe treffen zijn zo zeldzaam dat we ze nooit hebben kunnen zien. Het heden is geen sleutel tot het verleden.'

Geschokte kwarts

Inmiddels heeft de hypothese van buitenaardse inslagen, zoals begonnen met het werk vader en zoon Alvarez en zoals statistisch onderbouwd door Raup en Sepkowsi, tot een grote hoeveelheid nieuw veldwerk ge?nspireerd. De meeste aandacht daarbij is natuurlijk uitgegaan naar de recentste van de Grote Vijf, de massa-uitsterving op de grens van het Krijt en het Tertiair. Raup: "Op de grenslaag tussen de twee tijdvakken is bijna overal bewijsmateriaal voor een inslag gevonden, zoals een verhoogde concentratie iridium en "geschokt kwarts'. Daarnaast is er een gedetailleerd scenario van hoe de ramp moet zijn verlopen, op een zomerdag 65 miljoen jaar geleden. De astero?de brak in verschillende stukken en we beschikken over plausibele kandidaten voor hun kraters.

"Dat wil overigens nog niet zeggen dat iedereen gelooft dat de inslag ook werkelijk de oorzaak was van de massa-uitsterving. Veel paleontologen denken dat de inslag slechts de genadeklap vormde en dat de uitsterving, door aardse oorzaken, al lange tijd daarvoor aan de gang was. Hun belangrijkste argument is dat groepen als de dinosauri?rs en de ammonieten al ruim v??r de grenslaag gradueel in aantal en diversiteit terugliepen. Maar gestimuleerd door de Alvarez-hypothese zijn inmiddels een aantal goede geologen en paleontologen teruggegaan naar de kritieke vindplaatsen in het veld. En die hebben, in een veel intensievere speurtocht dan voorheen, zowel de dinosauri?rs in Montana als de ammonieten in Spanje in volle diversiteit helemaal tot aan het moment van inslag teruggevonden. Dus dat argument gaat ook niet meer op.

"Kijk je naar de massa-uitsterving daarvoor, dan ziet het er ook hoopvol uit. Dat was de uitsterving die de grens markeert tussen Trias en Jura, ongeveer 215 miljoen jaar geleden. Die had ongeveer dezelfde grootte, dat wil zeggen hij vaagde ook ongeveer 65% van alle soorten weg, en hij trof ongeveer dezelfde breedte van organismen. Heel onlangs, in januari van dit jaar, is er in Science gerapporteerd dat ook in die grenslaag in Itali? geschokt kwarts is gevonden, een van de "smoking guns' voor een inslag. Bovendien is er een mogelijke krater van de juiste ouderdom in Oost-Canada.

"De volgende uitsterving terug in de tijd, aan het eind van het Perm 250 miljoen jaar geleden, was de grootste van allemaal (95% van de soorten weggevaagd). Ze was ook erg abrupt, maar er is tot dusver geen spoor van bewijs voor een inslag.

"Ga je nog verder terug dan kom je bij de uitsterving aan het eind van het Devoon, de zogeheten Frasnium-Famennium grens. Er is daar wel iridium gevonden, maar de interpretatie is niet duidelijk omdat het alleen maar voorkomt in microbi?le matten of stromatolieten. Dat kan dus voor het zelfde geld een biologisch concentraat zijn. Wel is er een krater van de juiste ouderdom, in Zweden. De alleroudste massa-uitsterving tenslotte is die aan het eind van het Ordovicium, zeer armzalig gedocumenteerd. Die is mogelijk gerelateerd aan verlaging van het zeespiegelniveau tijdens ijstijden.'

Grillig uitsterven

Of de hypothese van buitenaardse inslagen nu bij alle massa-uitstervingen opgaat of niet, volgens Raup moet elke kandidaat-oorzaak in elk geval aan twee eisen voldoen: hij moet zeldzaam zijn en relatief snel effect hebben. Zo snel in elk geval, dat de getroffen organismen niet de tijd hebben om zich aan de nieuwe omstandigheden aan te passen.

Raup: "Je kunt op papier drie scenario's bedenken om uitstervingen te verklaren. Het eerste is wat ik de "schietbaan' noem: de oorzaak maait als een machinegeweer volkomen willekeurig een hoog percentage van alle soorten weg, zodat elke soort dezelfde kans heeft om uit te sterven. We beschikken over goede aanwijzingen dat het zo niet zit, want de sterfte is wel degelijk selectief - sommige groepen blijken tijdens een massa-uitsterving veel kwetsbaarder dan andere. Als het puur een kwestie van kans was, dan zouden orden en families met tientallen of honderden soorten een zeer hoge kans hebben om te overleven, omdat er altijd wel wat soorten overblijven. Maar in werkelijkheid zie je dat zeer grote groepen als de dinosauri?rs of de trilobieten in ??n keer totaal worden weggevaagd.

"Het tweede scenario is de meer traditionele Darwiniaanse verklaring, die zegt dat soorten alleen maar uitsterven omdat ze het in de competitie met andere soorten of in de adaptatie aan langzaam veranderende omstandigheden niet langer kunnen bolwerken. Dat is wat ik noem het "eerlijk spel'-scenario. Het is heel goed mogelijk dat dit scenario een belangrijk deel van de "gewone' achtergronduitsterving verklaart, maar bij de massa-uitstervingen staat het volkomen machteloos.

"Het derde scenario, dat naar ik meen massa-uitstervingen w?l kan verklaren, is wat ik bij gebrek aan een betere term "grillige' uitsterving noem. Het werkt, anders dan de schietbaan, selectief, maar tegelijkertijd in Darwiniaanse termen volkomen "oneerlijk'. Bij een grillige uitsterving doodt een zeldzame gebeurtenis, een kosmische inslag of een andere omgevings-schok, alleen die organismen die toevallig zijn blootgesteld. Hij treft zonder onderscheid zowel de sterke, goed aangepaste soorten als de zwakke en minder aangepaste. Voor de soorten die er aan te gronde gaan, is het gewoon een kwestie van pech.

"Je kunt je afvragen wat die "grillige' uitsterving heeft betekent voor de evolutie van het leven op onze planeet. Je zou kunnen speculeren dat zonder die inslagen of andere "grillige' uitstervingsoorzaken de geschiedenis van het leven op aarde veel minder interessant zou zijn geweest. Als niet om de zo veel tijd de hele hoop door elkaar was gegooid, had je misschien veel minder interessante ontwikkelingen gehad. Je zou dan misschien de een of andere steady state hebben gekregen waarin enkele soorten zo dominant zijn dat de zaak muurvast zit. We zouden dan misschien zelfs zijn blijven steken in het pre-Cambrium!

"Dat de geschiedenis van het leven op aarde zo niet is verlopen, is een toevallig historisch feit. Er zijn heel goed werelden voorstelbaar waarin het leven wel volgens het "schietbaan'- of het "eerlijk-spel'-scenario evolueert. Met andere woorden: als we ooit nog eens buitenaards leven vinden, moeten we niet vreemd opkijken als het behoorlijk saai zal blijken!''

Grafiek: In de killcurve worden de uitstervingen gesommeerd van zeeorgansimen gedurende de laatste 600 miljoen jaar. De curve toont het gemiddelde tijdsinterval tussen uitstervingen van verschillende intensiteit. De "Grote Vijf' uitstervingen bijvoorbeeld zijn "100-miljoen jaar gebeurtenissen' met een uitstervingspercentage van circa 65 procent.

Datum:

12-03-1992

Sectie:

Wetenschap en Onderwijs

Pagina:

3

Onderschrift:

Grafiek: Kill curve

Trefwoord:

Evolutie; Wetenschap en Techniek; Exacte Wetenschappen; Biologie

Persoon:

David M. Raup

Op dit artikel rust auteursrecht van NRC Handelsblad BV, respectievelijk van de oorspronkelijke auteur.