Inhoudsopgave

11. Hoe het leven ontstond

Oparin en Engels

“Wat we vandaag niet weten, zullen we morgen weten.” Deze eenvoudige stelling ligt aan de basis van de conclusie van een wetenschappelijke verhandeling over de Oorsprong van het leven, geschreven door de Russische bioloog Aleksandr Ivanovich Oparin in 1924. Het was de eerste keer dat een moderne beschouwing van het onderwerp werd ondernomen en het opende een nieuw hoofdstuk in het begrijpen van het leven. Het was geen toeval dat Oparin, als materialist en dialecticus, dit onderwerp vanuit een origineel perspectief benaderde. Dit was een stoutmoedig begin, aan de prille vooravond van de biochemie en moleculaire biologie, en het werd in 1929 onafhankelijk ervan geruggensteund door de bijdrage van de Britse bioloog J.B.S. Haldane (1892-1964), ook een materialist. Dit werk bracht de hypothese van Oparin-Haldane voort, waarop het daaruit volgende begrip over het ontstaan van het leven is gebaseerd. Asimov schrijft hierover het volgende: “Hierin werden voor de eerste keer in detail de problemen over de oorsprong van het leven behandeld vanuit een volledig materialistische benadering. Aangezien de Sovjetunie niet gehinderd wordt door religieuze scrupules waaraan de westerse naties zich gebonden voelen, is dit misschien niet verwonderlijk”.[142]

Oparin erkende steeds dat hij Engels veel verschuldigd was en maakte geen geheim van zijn filosofische overtuiging: “Dit probleem (over het ontstaan van het leven) heeft steeds centraal gestaan in een bitter conflict tussen ideeën van twee onverzoenlijke filosofische scholen: het conflict tussen idealisme en materialisme”, schrijft Oparin.

“Er ontplooit zich een volledig nieuw perspectief voor ons indien we proberen op een dialectische manier een oplossing voor het probleem te zoeken in plaats van op een metafysische, op basis van een studie van de opeenvolgende veranderingen in de materie die het verschijnen van het leven voorafgingen en aanleiding gaven tot het ontstaan ervan. Materie blijft nooit in rust, beweegt en ontwikkelt zich voortdurend, en tijdens deze ontwikkeling verandert het van de ene bewegingsvorm in de andere, waarbij elkeen ingewikkelder en harmonieuzer is dan de voorafgaande. Het leven blijkt dus een bijzonder gecompliceerde vorm van de beweging van materie, dat ontstaat als een nieuwe eigenschap in een welbepaald stadium in de algemene ontwikkeling van de materie.”

“Reeds op het einde van de vorige eeuw wees Friedrich Engels erop dat de studie van de geschiedenis van de materie veruit de meest hoopgevende manier is om een oplossing te vinden voor het probleem van het ontstaan van het leven. Deze ideeën van Engels werden echter niet voldoende weerspiegeld in het wetenschappelijke denken van zijn tijd.”

Engels was in wezen correct toen hij het leven beschreef als de bewegingswijze van proteïnen. Vandaag kunnen we daar echter aan toevoegen dat het leven de functie is van de wederzijdse reacties van nucleïnezuren en van proteïnen. Zoals Oparin verklaarde: “F. Engels gebruikte net als de biologen van zijn tijd vaak de termen ‘protoplasma’ en ‘eiwithoudende lichamen’. De ‘proteïnen’ van Engels mogen daarom niet verward worden met de chemisch onderscheiden substanties die we nu geleidelijk hebben kunnen afzonderen van levende dingen, noch met de gezuiverde proteïnebereidingen die zijn samengesteld uit een mengsel van pure proteïnen. Toch was Engels ver vooruit op de ideeën van zijn tijd, wanneer hij, als hij het over proteïnen had, vooral de chemische aspecten van de materie op de voorgrond plaatste en tevens de nadruk legde op het belang van proteïnen in het metabolisme, die de beweging van de materie vormen, zo eigen aan het leven.”

“Het is pas nu dat we langzaamaan in staat zijn de opmerkelijke wetenschappelijke scherpzinnigheid van Engels naar waarde te schatten. De vooruitgang in de chemie van proteïnen die nu plaatsvindt, liet ons toe proteïnen te beschrijven als individuele chemische verbindingen, als polymeren van aminozuren met extreem specifieke structuren”.[143] J.D. Bernal geeft een alternatief op de definitie van Engels van het leven als “een gedeeltelijke, continue, progressieve, veelvormige en voorwaardelijk interactieve zelfverwezenlijking van de het potentiële vermogen van atomaire elektronentoestanden”.[144]

Hoewel de hypothese van Oparin-Haldane de basis legde voor een studie van het ontstaan van het leven, als een tak van de wetenschap, is het correcter om dit toe te schrijven aan de revolutie in de biologie in het midden van de 20e eeuw. De theorieën over de oorsprong van het leven zijn in grote mate speculatief. Er zijn geen sporen van te vinden in het fossielenmateriaal. We hebben hier te maken met de meest eenvoudige en meest elementaire levensvormen die maar mogelijk zijn, overgangsvormen die helemaal niet leken op de levende zaken die we vandaag aantreffen, maar die desondanks de beslissende sprong vertegenwoordigden van anorganische naar organische materie. Misschien is het correcter, zoals Bernal het stelt, om te spreken over de oorsprong van levensprocessen in plaats van de oorsprong van het leven.

Engels legt uit dat de darwinistische revolutie “de kloof tussen de anorganische en organische natuur tot een minimum herleidde, maar een van de grootste moeilijkheden wegnam die eerder in de weg had gestaan van de theorie over de herkomst van organismen. Het nieuwe begrip van de natuur was wat zijn belangrijkste kenmerken betrof, volledig; alle starheid was eruit, alle vastheid was verdwenen, alle eigenaardigheden waarvan men dacht dat ze altijd zouden blijven bestaan, werden van voorbijgaande aard, er werd aangetoond dat de hele natuur beweegt in een eeuwige stroom en een cyclische koers”.[145] De wetenschappelijke ontdekkingen die sindsdien zijn gedaan, hebben deze revolutionaire doctrine nog versterkt.

Oparin trok de conclusie dat de oorspronkelijke atmosfeer van de aarde volledig verschilde van die van vandaag. Hij voerde aan dat in afwezigheid van zuurstof, de atmosfeer reducerend in plaats van oxiderend werkt. Oparin stelde dat de organische moleculen waarvan het leven afhankelijk is, zich spontaan in een dergelijke atmosfeer vormden onder invloed van ultraviolette straling van de zon. J.B.S. Haldane was onafhankelijk tot soortgelijke conclusies gekomen:

“De zon was misschien iets feller dan nu, en aangezien er geen zuurstof in de atmosfeer was, werden de chemisch actieve ultraviolette stralen van de zon niet zoals nu voornamelijk tegengehouden door de ozon (een gewijzigde vorm van zuurstof) in de hogere atmosfeer, en door zuurstof zelf meer naar beneden toe. Ze drongen door tot het oppervlak van de aarde en de zee, of op zijn minst tot de wolken. Wanneer ultraviolet inwerkt op een mengsel van water, koolstofdioxide en ammoniak, worden een grote variëteit organische materialen gemaakt, met inbegrip van suikers en blijkbaar sommige van de materialen waaruit proteïnen zijn samengesteld”.[146]

Engels had vijftig jaar eerder in een meer veralgemeende vorm in de juiste richting gewezen: “Indien de temperatuur uiteindelijk dermate gelijk wordt dat ze over een aanzienlijk gedeelte van het oppervlak op zijn minst niet de grenzen overschrijdt waarbinnen proteïne in staat is te leven, dan wordt levend protoplasma gevormd, indien de overige chemische omstandigheden gunstig zijn.” Hij ging verder: “Mogelijk zijn er duizenden jaren verstreken alvorens de omstandigheden ontstonden waarin de volgende vooruitgang kon plaatsvinden en deze vormloze proteïne de eerste cel kon voortbrengen door de vorming van een kern en celmembraan. Maar deze eerste cel lag ook aan de basis van de morfologische ontwikkeling van de hele organische wereld; de eerste die zich ontwikkelden, wat men mag aannemen op basis van de overeenkomst met de paleontologische bevindingen, waren talloze soorten van niet-cellulaire en cellulaire protisten”.[147] Hoewel dit proces plaatsvond over een veel langere tijdsperiode, is dit over het algemeen gezien een correcte prognose.

Net zoals er met de ideeën van Engels destijds geen rekening werd gehouden door de wetenschappelijke gemeenschap, was dit het ook geval met die van Oparin en Haldane. Het is pas sinds kort dat deze theorieën de erkenning beginnen te krijgen die ze verdienen. Richard Dickerson schrijft:

“De ideeën van Haldane verschenen in 1929 in de Rationalist Annual, maar ze lokten vrijwel geen reactie uit. Vijf jaar eerder had Oparin een kleine monografie gepubliceerd waarin hij vergelijkbare ideeën naar voren had gebracht over de oorsprong van het leven, met even weinig reactie. Orthodoxe biochemici waren er al te zeer van overtuigd dat Louis Pasteur (1822-95) voor eens en voor altijd spontane ontwikkeling zodanig had weerlegd dat ze de oorsprong van het leven niet als een serieuze wetenschappelijke kwestie beschouwden. Ze konden niet begrijpen dat Haldane en Oparin iets zeer bijzonders voorstelden: niet dat het leven vandaag uit niet-levende materie voortspruit (de klassieke theorie van spontane ontwikkeling, die onhoudbaar was geworden sinds Pasteur), maar dat het leven ooit is voortgekomen uit niet-levende materie in de omstandigheden die heersten op de primitieve aarde en in afwezigheid van concurrentie met andere levende organismen”.[148]

Hoe ontstond het leven?

Er is geen ander onderwerp van zo’n groot belang voor ons dan de vraag hoe het leven, het gevoel en denkende wezens ontstonden uit anorganische materie. Dit raadsel heeft de menselijke geest vanaf de vroegste tijden beziggehouden en werd op verschillende manieren beantwoord. We kunnen ruw gezien drie categorieën onderscheiden:

1e theorie: God schiep al het leven, ook de mens
2e theorie: het leven ontstond uit anorganische materie, door spontane ontwikkeling, zoals maden uit rottend vlees, of kevers uit een mesthoop (Aristoteles)
3e theorie: het leven kwam van een meteoriet vanuit de ruimte, die op aarde viel en vervolgens tot ontwikkeling kwam.

Deze omzetting van anorganische naar organische materie is een relatief recente visie. De theorie van spontane ontwikkeling daarentegen – dat het leven ontstond vanuit het niets – kent een lange geschiedenis. Het geloof in spontane ontwikkeling komt uit het oude Egypte, Indië en Babylon. Men kan het lezen in de geschriften van de oude Grieken: “Hier ontstaan maden uit mest en rottend vlees, hier vormen luizen zich van menselijk zweet, hier worden vuurvliegjes geboren uit de vonken van een brandstapel en, ten slotte, komen kikkers en muizen voort uit de dauw en dampen van de aarde (...) Voor hen was spontane ontwikkeling eenvoudig en voor de hand liggend, een empirisch vastgesteld feit waarvan de theoretische basis van secundair belang was”, schrijft Oparin.[149] Veel hiervan hing nauw samen met religieuze legenden en mythen. De benadering van de vroege Griekse filosofen daarentegen vertoonde een materialistisch karakter.

Het was de idealistische visie van Plato (ook uitgedrukt door Aristoteles) die spontane ontwikkeling een bovennatuurlijke eigenschap verleende en die later de basis vormde voor de middeleeuwse wetenschappelijke cultuur en gedurende eeuwen een overheersende invloed uitoefende op de geesten van de mensen. Materie bevat geen leven, maar is er wel bezield van. Via de Griekse en Romeinse filosofische scholen werd dit door de vroege christelijke Kerk ontleend en verder uitgewerkt om hun mystieke opvatting over de oorsprong van het leven te ontwikkelen. Sint Augustinus zag in de spontane ontwikkeling een uitdrukking van goddelijke wil, het opwekken van inerte materie door de ‘levenscheppende geest’. Lenin wees erop dat de scholastici en clerici datgene aangrepen in Aristoteles wat dood was, en niet datgene wat nog leefde. Later werd het door Thomas Van Aquino uitgewerkt in overeenstemming met de leer van de Katholieke Kerk. Een vergelijkbaar standpunt wordt aangenomen door de oosterse Kerken. Dimitrii, de bisschop van Rostov, verklaarde in 1708 dat Noah de dieren die in staat waren tot spontane ontwikkeling, niet meenam in zijn ark: “Zij kwamen allemaal om in de zondvloed, en na de zondvloed herrezen ze opnieuw uit dergelijke beginselen.” Dit geloof domineerde de westerse samenleving tot in het midden van de 19e eeuw.

In zijn lezing in Edinburgh in 1868 legde de grote T.H. Huxley voor het eerst uit dat het leven één gemeenschappelijke fysische basis had: protoplasma. Hij benadrukte dat het functioneel, formeel en substantieel hetzelfde was over de hele waaier van levende wezens. Tijdens hun levensloop vertonen alle organismen beweging, groei, metabolisme en reproductie. Qua vorm bestaan ze uit cellen met een kern; qua inhoud zijn ze samengesteld uit proteïnen, een chemische verbinding van koolstof, waterstof, zuurstof en stikstof. Dit brengt de onderliggende eenheid van het leven treffend aan het licht.

De Franse wetenschapper Louis Pasteur, de vader van de microbiologie, bracht in een reeks van experimenten de theorie van spontane ontwikkeling definitief in diskrediet. “Leven kan enkel voortkomen uit leven”, zei Pasteur. De ontdekkingen van Pasteur brachten de orthodoxe opvatting van spontane ontwikkeling een reusachtige opdoffer toe. De verdere triomf van de evolutietheorie van Darwin dwong de vitalisten (het idee van de ‘levenskracht’) om de oorsprong van het leven met nieuwe ogen te herbekijken. Van nu af aan bestond hun argument ter verdediging van het idealisme uit het feit dat het onmogelijk was dit fenomeen te begrijpen op basis van materialisme.

Reeds in 1907 bracht de Zweedse scheikundige Svente Arrhenius (1859 – 1927) in zijn boek Worlds in the Making de theorie van de panspermie naar voren, met als besluit dat indien het leven zich niet spontaan kon ontwikkelen op aarde, het wel van andere planeten moest komen. Hij had het over sporen die door de ruimte reisden om leven te ‘zaaien’ op andere planeten. Elke levensspore die in onze atmosfeer terecht zou komen, zou echter net als meteorieten opbranden. Als antwoord op deze kritiek stelde Arrhenius dat het leven daarom eeuwig was en geen oorsprong had. Het bewijsmateriaal sprak zijn theorie evenwel tegen. Er werd aangetoond dat het bestaan van ultraviolette stralen in de ruimte zeer snel alle bacteriologische sporen zou vernietigen. In 1966 werden bijvoorbeeld micro-organismen, geselecteerd op basis van hun taaiheid, op de ruimtecapsule Gemini 9 geplaatst en blootgesteld aan de straling van de ruimte. Ze hielden het zes uur uit. Meer recent dacht Fred Hoyle dat het leven op aarde werd gebracht in de staart van kometen. Dit idee werd in een nieuw kleedje gestoken door Francis Crick en Leslie Orgel, die suggereerden dat de aarde opzettelijk werd bezaaid door intelligent leven vanuit de ruimte! Dergelijke theorieën verklaren echter niets. Zelfs indien we aanvaarden dat het leven op aarde afkomstig is van een andere planeet, is dit nog altijd geen antwoord op de vraag hoe het leven ontstond, maar verplaatst men deze gewoon naar een andere plaats – naar de hypothetische planeet van de oorsprong.

Het is niet nodig om in de ruimte te reizen om een rationele verklaring te vinden voor de oorsprong van het leven. De oorsprong van het leven kan gevonden worden in de processen die werkzaam waren in de natuur van onze eigen planeet meer dan 3,5 miljard jaar geleden, in zeer bijzondere omstandigheden. Dit proces kan niet herhaald worden, omdat ieder van dergelijke organismen zou worden overgeleverd aan de genade van bestaande levensvormen, die er meteen korte metten zouden mee maken. Het kon enkel ontstaan op een planeet waar er geen leven bestond en waar er eveneens weinig zuurstof was, aangezien zuurstof zou reageren met de chemische substanties die nodig zijn om leven te creëren en die op die manier zou afbreken. De atmosfeer van de aarde bestond in die tijd hoofdzakelijk uit methaan, ammoniak en waterdamp. Experimenten in laboratoria hebben aangetoond dat een mengsel van water, ammoniak, methaan en waterstof, onderworpen aan ultraviolette stralen, twee eenvoudige aminozuren voortbrengt, met sporen van meer ingewikkelde. Op het einde van de jaren 1960 werden complexe moleculen aangetroffen in gaswolken in de ruimte. Daarom is het mogelijk dat zelfs in een zeer vroeg stadium van de vorming van de aarde, de elementen voor het ontstaan van leven, of bijna-leven, al aanwezig waren in de vorm van aminozuren. Recentere experimenten hebben definitief aangetoond dat de proteïnen en nucleïnezuren die aan de basis liggen van alle leven, konden ontstaan zijn uit normale chemische en fysische veranderingen die plaatsvonden in de ‘oersoep’.

Volgens Bernal maakt de eenheid van het leven deel uit van de geschiedenis van het leven, en is ze bijgevolg betrokken in zijn oorsprong. Alle biologische fenomenen worden geboren, komen tot ontwikkeling en sterven in overeenstemming met natuurkundige wetten. De biochemie heeft aangetoond dat alle leven op aarde hetzelfde was op chemisch vlak. Ondanks de enorme verschillen tussen de soorten duikt het basismechanisme van enzymen, co-enzymen en nucleïnezuren overal op. Tegelijkertijd vormt het een verzameling van identieke deeltjes die bijeengehouden worden door de principes van zelfopbouw in de meest uitgewerkte structuren.

De revolutionaire geboorte van het leven

Het wordt nu stilaan duidelijk dat de aarde in zijn beginperiode niet op dezelfde manier functioneerde als vandaag. De samenstelling van de atmosfeer, het klimaat en het leven zelf ontwikkelden zich via een proces van tumultueuze veranderingen, met plotse sprongen en allerlei transformaties, maar eveneens met terugvallen. De evolutie van de aarde en het leven zelf verliep helemaal niet in een rechte lijn, maar zit vol tegenstellingen. De eerste periode van de geschiedenis van de planeet, die bekend staat als het Archeozoïcum, duurde tot 2,5 miljard jaar geleden. Aanvankelijk bestond de atmosfeer hoofdzakelijk uit koolstofdioxide, ammoniak, water en stikstof, maar was er geen vrije zuurstof. Voor dit punt was er geen leven op aarde. Hoe ontstond het dan?

Zoals we hebben gezien, geloofden geologen tot in het begin van de 20e eeuw dat de aarde een heel beperkte geschiedenis had. Slechts geleidelijk aan werd het duidelijk dat de geschiedenis van de planeet veel ouder was en dat ze bovendien gekenmerkt werd door voortdurende en soms rampzalige veranderingen. We zien een soortgelijk fenomeen bij de veronderstelde ouderdom van het zonnestelsel, dat veel ouder blijkt te zijn dan eerst werd aangenomen. Het volstaat te zeggen dat de technologische vooruitgang na de Tweede Wereldoorlog, vooral de ontdekking van radioactieve datering, de basis legde voor veel nauwkeurigere metingen en zorgde voor een reusachtige stap voorwaarts in ons begrip van de evolutie van onze planeet.

Vandaag kunnen we stellen dat de aarde meer dan 4,5 miljard jaar geleden een vaste planeet werd. Voor het alledaagse denken lijkt dit een onvoorstelbaar lange tijd. Indien we echter praten over geologische tijd, hebben we te maken met volledig verschillende grootheden. Geologen werken gewoonlijk met miljoenen en miljarden jaren, net als wij denken in uren, dagen en weken. Men was verplicht een volledig andere tijdsschaal te ontwikkelen, die in staat was een dergelijke tijdspanne te behelzen. Het Precambrium sluit de ‘vroege’ stadia af van de geschiedenis van de aarde, en toch staat die roerige periode in voor 88 procent van de totale geschiedenis van de planeet. In vergelijking daarmee is de hele geschiedenis van de mensheid niet meer dan een schicht. Helaas kunnen we door de schaarsheid van het bewijsmateriaal uit deze periode geen gedetailleerder beeld krijgen van dit gebeuren.

Om de oorsprong van het leven te begrijpen, moeten we de samenstelling kennen van het vroege milieu en de atmosfeer van de aarde. Als we uitgaan van het waarschijnlijke scenario dat de planeet gevormd werd uit een stofwolk, dan zou ze hoofdzakelijk samengesteld geweest zijn uit waterstof en helium. Vandaag bevat de aarde grote hoeveelheden zwaardere elementen, zoals zuurstof en ijzer. De atmosfeer bestaat ruwweg uit 80 procent stikstof en 20 procent zuurstof. De reden hiervoor is dat het lichtere waterstof en helium ontsnapten uit de atmosfeer van de aarde en de zwaartekracht onvoldoende was ze te behouden. De grotere planeten met een grotere zwaartekracht, zoals Jupiter en Saturnus, hebben hun dichte atmosfeer van waterstof en helium behouden. Onze veel kleinere maan daarentegen, met haar kleine zwaartekracht, heeft haar volledige atmosfeer verloren.

De vulkanische gassen die de primitieve atmosfeer vormden, moeten water bevat hebben, naast methaan en ammoniak. We veronderstellen dat deze werden vrijgelaten vanuit het binnenste van de aarde. Dit zorgde ervoor dat atmosfeer verzadigd werd en er regen ontstond. Met de afkoeling van het aardoppervlak werden geleidelijk aan meren en zeeën gevormd. Men gelooft dat deze zeeën een prebiotische (voor-leven) ‘soep’ vormden, waarin de aanwezige chemische elementen onder invloed van ultraviolet licht van de zon met elkaar reageerden en complexe stikstofhoudende organische mengsels voortbrachten, zoals aminozuren. Deze inwerking van ultraviolet licht was mogelijk omdat er zich geen ozon in de atmosfeer bevond. Dit vormt de basis van de hypothese van Oparin en Haldane.

Alle leven is georganiseerd in cellen, met uitzondering van virussen. Zelfs de meest eenvoudige cel is een uiterst complex fenomeen. Volgens de standaardtheorie moet de hitte van de aarde zelf voldoende geweest zijn om complexe samenstellingen uit eenvoudige samenstellingen te laten voortkomen. De vroege levensvormen waren in staat om energie op te slaan afkomstig van de ultraviolette straling van de zon. Veranderingen in de samenstelling van de atmosfeer sneden echter de aanvoer van ultraviolette stralen af. Bepaalde aggregaten, die de stof chlorofyl hadden ontwikkeld, konden gebruikmaken van het onzichtbare licht dat door de ozonlaag doordrong, die het ultraviolet filterde. Deze primitieve algen verbruikten kooldioxide en gaven zuurstof af, wat aanleiding gaf tot de vorming van de huidige atmosfeer.

In het hele verloop van de geologische tijd kunnen we de dialectische wisselwerking waarnemen tussen atmosferische en biosferische activiteit. Enerzijds kwam het grootste deel van de vrije zuurstof in de atmosfeer voort uit biologische activiteit (via het proces van fotosynthese in planten). Anderzijds ontketenden veranderingen in de samenstelling van de atmosfeer, vooral dan de toename van de hoeveelheden aanwezige moleculaire zuurstof, belangrijke biologische vernieuwingen, die toelieten dat nieuwe levensvormen ontstonden en diversifieerden.

Hoe ontstond ongeveer 4 miljard jaar geleden de eerste levende cel uit de primordiale soep van aminozuren en andere eenvoudige cellen? De standaardtheorie, zoals ze in 1953 naar voren werd gebracht door de Nobelprijswinnaar chemie Harold Urey en zijn leerling Stanley Miller, stelt dat het leven spontaan ontstond in een vroege atmosfeer van methaan, ammoniak en andere chemicaliën, en geactiveerd werd door de bliksem. Verdere chemische reacties zouden de eenvoudige verbindingen van leven toelaten verder te evolueren in steeds complexere moleculen. Uiteindelijk zouden ze de dubbele DNA-spiraal voortbrengen, of het enkelvoudige RNA, die zich beide kunnen reproduceren.

De kans dat dit toevallig gebeurt, is uiterst klein, waar de creationisten maar al te graag op wijzen. Indien het ontstaan van het leven echt een toevallige gebeurtenis zou zijn geweest, dan zouden de creationisten een sterk argument hebben. Het zou een waar mirakel zijn! De basisstructuren van het leven en de genetische werking in het algemeen zijn afhankelijk van onvoorstelbaar complexe en gesofisticeerde moleculen: DNA en RNA. Om een enkele proteïnemolecule te maken zouden verschillende honderden bouwstenen van aminozuren in een welbepaalde orde gecombineerd moeten worden. Dit is een gigantische opdracht, zelfs in een laboratorium met de allernieuwste technieken. De kans dat zoiets toevallig zou plaatsvinden in een of andere kleine warme plas, is onvoorstelbaar klein.

Dit vraagstuk werd onlangs benaderd vanuit de invalshoek van de complexiteitstheorie, een uitloper van de chaostheorie. In zijn werk over genetica en complexiteit opperde Stuart Kauffman de mogelijkheid dat er een soort leven ontstond tengevolge van het spontane opduiken van orde uit de moleculaire chaos, door de natuurlijke werking van de wetten van de fysica en de chemie. Indien de primordiale soep voldoende rijk was aan aminozuren, zou het niet nodig zijn te wachten op willekeurige reacties. Een coherent, zichzelf versterkende ingewikkelde structuur van reacties zou zich gevormd kunnen hebben vanuit de verbindingen in de soep.

Door middel van katalysatoren zouden verschillende moleculen kunnen reageren en fuseren met elkaar en zodoende een, wat Kauffman noemt, ‘autokatalytische verzameling’ vormen. Op die manier zou de orde die uit de moleculaire chaos ontstaat, zich manifesteren als een groeiend systeem. Dit is nog niet het leven zoals we het vandaag kennen. Het zou geen DNA hebben, geen genetische code en geen celmembraan. Toch zou het bepaalde levenseigenschappen vertonen. Het zou bijvoorbeeld kunnen groeien. Het zou over een bepaald soort metabolisme beschikken, waarbij het een voortdurend aanbod van ‘voedsel’-moleculen zou opnemen in de vorm van aminozuren en andere eenvoudige samenstellingen, die het aan zichzelf zou toevoegen. Het zou zelfs beschikken over een primitieve soort van reproductie en zichzelf over een groter gebied verspreiden. Dit idee, dat een kwalitatieve sprong voorstelt, of ‘faseovergang’ in de taal van de complexiteit, zou betekenen dat het leven niet het gevolg was van een toevallige gebeurtenis, maar van een inherente tendens in de natuur tot organisatie.

De eerste dierlijke organismen waren cellen die in staat waren de energie op te nemen die door plantencellen was opgebouwd. De veranderde atmosfeer, het verdwijnen van de ultraviolette straling en de aanwezigheid van reeds bestaande levensvormen, sluit de schepping van nieuw leven vandaag uit, tenzij dit op een artificiële manier in een laboratorium uitgevoerd wordt. In afwezigheid van rivalen of roofdieren in de oceanen, moeten de eerste samenstellingen zich snel hebben verspreid. Op een bepaald moment moet er een kwalitatieve sprong zijn geweest met de vorming van een nucleïnezuurmolecule, die in staat was zichzelf te reproduceren: een levend organisme. Op die manier ontstaat er organische materie uit anorganische materie. Het leven zelf is het product van anorganische materie die op een welbepaalde manier is georganiseerd. Geleidelijk aan, over een lange periode die miljoenen jaren duurde, zouden er zich mutaties beginnen voordoen, die uiteindelijk zouden leiden tot het ontstaan van nieuwe levensvormen.

Op die manier kunnen we komen tot een minimale leeftijd van het leven op aarde. Een van de belangrijkste hindernissen voor de evolutie van het leven zoals wij het kennen, was de afwezigheid van een ozonlaag in de bovenste atmosfeer in het Archeozoïcum. Hierdoor kon de algemene straling, met inbegrip van ultraviolette stralen, door de oppervlaktelagen van de oceanen heen dringen, en de werking van de levensstimulerende DNA-molecule ongedaan maken. De eerste levende organismen – de vroege prokaryoten – waren eencellig, maar misten een kern en waren niet tot celdeling in staat. Ze waren echter relatief bestendig tegen de ultraviolette straling of, volgens een bepaalde theorie, er zelfs afhankelijk van. Deze organismen waren de overheersende levensvorm op aarde gedurende een periode van ongeveer 2,4 miljard jaar.

De prokaryote eencelligen plantten zich aseksueel voort door knopvorming en binaire fissie. Over het algemeen brengt aseksuele voortplanting identieke kopieën voort, tenzij er een mutatie ontstaat, wat vrij zelden voortkomt. Dit verklaart de traagheid van de evolutionaire verandering in die tijd. Het ontstaan van de celkern (eukaryoten) liet echter grotere complexiteit toe. Het lijkt aannemelijk dat de evolutie van de eukaryoten voortkwam uit een kolonie van prokaryoten. Sommige moderne prokaryoten kunnen bijvoorbeeld binnendringen en leven als componenten binnen eukaryote cellen. Sommige organellen van eukaryoten hebben hun eigen DNA, dat een overblijfsel moet zijn van hun formeel onafhankelijk bestaan. Het leven vertoont zelf bepaalde hoofdkenmerken, waaronder metabolisme (het geheel van chemische veranderingen die plaatsvinden binnen het organisme) en reproductie. Indien we uitgaan van de continuïteit van de natuur, moet het eenvoudigste organisme dat vandaag bestaat geëvolueerd zijn uit eenvoudigere en nog eenvoudigere processen. Bovendien zijn de materiële bouwstenen van al het leven de meest voorkomende elementen van het heelal: waterstof, koolstof, zuurstof en stikstof.

Zodra het leven ontstaan was, vormde het zelf een barrière die het opnieuw ontstaan van leven in de toekomst verhinderde. Moleculaire zuurstof, een nevenproduct van het leven, komt voort uit het proces van fotosynthese (waarbij licht wordt omgezet in energie). “Het leven zoals we het vandaag op aarde kennen, is in feite verdeeld in twee grote categorieën die als dusdanig reeds lang erkend zijn door de mensheid: de zuurstof ademende dieren en de fotosynthetische planten die groeien door het licht”, stelt Bernal. “Dieren kunnen leven in het donker, maar ze hebben nood aan lucht om te ademen, ofwel open lucht ofwel zuurstof die opgelost is in water. Planten hebben geen behoefte aan zuurstof – in feite produceren ze het in het zonlicht – maar ze kunnen niet lang leven en groeien in de duisternis. Welke levensvorm was er dus de eerste? Of was er een andere levensvorm die ze voorafging? Dit laatste lijkt nu zo goed als zeker. Gedetailleerde studies over de geschiedenis van het leven, de interne cellulaire anatomie en het metabolisme van zowel planten als dieren tonen aan dat ze uiteenlopende gespecialiseerde afgeleiden zijn van een of ander plantdier. Dit moeten een soort van hedendaagse bacteriën geweest zijn die tegelijkertijd de functies van planten en van dieren hebben en tegelijk kunnen fungeren als zuurstof verbruikende en als fotosynthetische agenten”.[150]

Primitieve levensvormen

Het is opmerkelijk dat de chromosomen van alle levende organismen, van bacteriën tot mensen, een vergelijkbare samenstelling vertonen. Alle genen bevatten een zelfde soort chemische bestanddelen: nucleoproteïnen. Dit geldt ook voor virussen, de meest eenvoudige bekende levensvormen die op de grens staan van organische en niet-levende materie. De chemische samenstelling van de nucleoproteïnen stelt een moleculaire eenheid in staat zich te reproduceren, wat het hoofdkenmerk van het leven is.

Engels wijst erop dat de evolutie van het leven niet begrepen kan worden zonder allerlei overgangsvormen: “Vaste en stevige lijnen zijn onverenigbaar met de evolutietheorie. Zelfs de grenslijn tussen gewervelde en ongewervelde dieren is nu niet langer scherp te trekken, net als die tussen vissen en amfibieën, terwijl deze tussen vogels en reptielen met de dag vervaagt. Tussen Compsognathus en Archaopteryx ontbreken slechts enkele tussenvormen, en vogelbekken met tanden duiken op in beide hemisferen. ‘Of... of’ wordt steeds meer ontoereikend. Onder lagere diersoorten kan het begrip van het individu helemaal niet scherp afgetekend worden. Niet alleen of een welbepaald dier nu een individu is of een kolonie, maar ook waar in de ontwikkeling één individu ophoudt en het andere begint.

“Voor een kijk op de natuur waarbij alle verschillen worden samengebracht in tussenliggende stappen en alle tegengestelden overgaan in elkaar door tussenliggende verbanden, volstaat de oude metafysische denkmethode niet langer. De dialectiek, die evenmin stevige en vaste lijnen kent, geen onvoorwaardelijke, universeel geldende ‘of... of’ die de vastgelegde metafysische verschillen overbrugt, en naast ‘of... of’ ook op de juiste plaats ‘en... en’ erkent en de tegengestelden met elkaar verzoent, is de enige denkmethode die in het huidige stadium het meest geschikt is. Natuurlijk behouden de metafysische categorieën hun waarde voor dagelijks gebruik, als wisselgeld van de wetenschap”.[151]

De grenslijnen tussen levende en niet-levende materie, tussen planten en dieren, reptielen en zoogdieren zijn niet zo duidelijk afgetekend als men wel zou denken. Virussen bijvoorbeeld vormen een klasse waarvan niet beweerd kan worden dat het leven is zoals wij het normaal gezien begrijpen, en toch bezitten ze duidelijk een aantal eigenschappen van het leven. Ralph Buchsbaum zegt:

“Virussen behoren tot de grootste proteïnen die we kennen, en verschillende ervan zijn reeds bereid geweest in zuivere kristalvorm. Zelfs na herhaaldelijke kristallisaties, een behandeling die geen enkele duidelijk levende substantie heeft weten te overleven, hernemen virussen hun activiteiten en vermenigvuldigen ze zich wanneer ze opnieuw in gunstige omstandigheden worden gebracht. Terwijl niemand er ooit is in geslaagd ze te kweken in afwezigheid van levende materie, is het duidelijk dat virussen ons helpen de kloof te overbruggen die, naar men vroeger aannam, zou bestaan tussen niet-levende en levende zaken. Men kan niet langer volhouden dat er een of andere scherpe en mysterieuze scheiding bestaat tussen het levende en het niet-levende, maar er lijkt veeleer een geleidelijke overgang te zijn in complexiteit.

“Indien we bedenken dat de vroegste zichzelf voortbrengende levende substanties zoiets als virussen waren, is het niet moeilijk om zich voor te stellen dat een groepering van virusachtige proteïnen zou kunnen leiden tot grotere bacterieachtige organismen die onafhankelijk zijn en hun eigen voedsel opwekken uit eenvoudige substanties, gebruik makend van energie van de zon.”

“Een dergelijk niveau van organisatie kan vergeleken worden met hedendaagse vormen zoals de onafhankelijke bacteriën, waarvan sommigen aan fotosynthese doen zonder chlorofyl en in plaats daarvan gebruik maken van verschillende groene of purperen pigmenten. Anderen gebruiken de energie die wordt onttrokken aan de oxidatie van eenvoudige latten stikstof, zwavel of ijzer. Deze kunnen bijvoorbeeld ammoniak oxideren tot nitraten, of waterstofsulfide tot sulfaten, waardoor energie vrijkomt die gebruikt wordt voor de vorming van koolhydraten”.[152]

Het relatief korte tijdsbestek tussen de geboorte van de planeet en de afkoeling van de oppervlaktekorst zorgde ervoor dat het leven ontstond in een verbazingwekkend korte tijdsperiode. Stephen J. Gould legt uit dat “het leven, ondanks al zijn complexiteit, waarschijnlijk snel ontstond, min of meer zodra het mogelijk was”.[153] De microfossielen van 3,5 miljard jaar oud zijn zoals verwacht prokaryotische cellen, dus cellen zonder kern (methanogenen, bacteriën en blauwgroene algen). Ze worden beschouwd als de eenvoudigste levensvormen op aarde, hoewel er zelfs op dat ogenblik al diversiteit bestond. Dat betekent dat onze gemeenschappelijke voorouders tussen 3,5 en 3,8 miljard jaar geleden ontstonden, samen met andere vormen die werden uitgeroeid.

In die tijd was er weinig of geen moleculaire zuurstof in de atmosfeer. De organismen die toen bestonden hadden geen zuurstof nodig. Meer nog, ze zouden erdoor gedood zijn. Ze groeiden door waterstof te oxideren en koolstofdioxide tot methaan te reduceren. Men heeft geopperd dat deze organismen soortgelijk geweest moeten zijn aan de huidige extremofiele archaeabacteriën, die aan te treffen zijn in de zeer hete omgeving van vulkanische openingen. Ze halen hun energie niet uit zuurstof, maar door de omzetting van zwavel in waterstofsulfide.

“Men kan zich voorstellen,” schrijft Richard Dickerson, “dat voordat levende cellen tot ontwikkeling kwamen, de primitieve oceaan krioelde van druppeltjes die over bijzondere chemische eigenschappen beschikten die gedurende een geruime tijd overleefden en vervolgens opnieuw verdwenen.” Hij gaat verder:

“De druppeltjes die louter toevallig katalysatoren bevatten die in staat waren om ‘nuttige’ polymerisaties op te wekken, zouden langer overleven dan andere; de kans op overleving zou volledig samenhangen met de complexiteit en doeltreffendheid van hun ‘metabolisme’. Door de eeuwen heen zou er zich een sterke chemische selectie voordoen voor de druppeltjes die het vermogen in zich droegen om moleculen en energie uit hun omgeving te trekken en ze op te nemen in bepaalde substanties. Deze substanties zouden niet alleen het overleven van de moederdruppeltjes bevorderen, maar ook dit van de dochterdruppeltjes waarin de ouders uiteen gevallen waren toen ze te groot werden. Dit is nog geen leven, maar het komt wel in de buurt”.[154]

Door het gebrek aan fossiel bewijsmateriaal moeten we de organisatie van moderne cellen onderzoeken om licht te werpen op hun oorsprong. De eenvoudigste levensvormen hebben een genetisch apparaat nodig dat nucleïnezuren bevat om zich te kunnen voortplanten. Indien cellen de basiseenheid van het leven vormen, kunnen we er zo goed als zeker van zijn dat de oorspronkelijke organismen nucleïnezuren bevatten of daar nauw mee verbonden polymeren. Bacteriën bijvoorbeeld bestaan uit een enkele cel en vormen waarschijnlijk het prototype van alle levende cellen.

De bacterie Escherichia coli (E. coli) is zo klein dat een volume van een kubieke centimeter een miljoen keer een miljoen van haar cellen kan bevatten. Ze beschikt over een celwand, een membraan, dat essentiële moleculen samenhoudt; ze selecteert ook nuttige moleculen van buiten de cel en neemt ze op. Ze behoudt het evenwicht tussen de cel en haar omgeving. Het belangrijkste metabolisme van de cel vindt plaats in het membraan, waar honderden chemische reacties plaatsgrijpen die de voedingsstoffen in de omgeving gebruiken om te groeien en tot ontwikkeling te komen. De bacterie E. coli plant zich om de twintig minuten voort. Deze unieke transformatie binnen de cel wordt mogelijk gemaakt door een groep moleculen, enzymen genaamd. Dit zijn katalysatoren die de chemische reactie versnellen zonder hier zelf bij te veranderen in de loop van het proces. Ze werken herhaaldelijk en zetten voortdurend voedingsstoffen om in producten.

Voortplanting is een essentieel onderdeel van het leven. Bij celdeling wordt er een reeks identieke dochtercellen gecreëerd. Het mechanisme voor duplicatie, om nieuwe proteïnemoleculen te maken met identiek dezelfde onderdelen als de ouderlijke cel, zit gecodeerd in de nucleïnezuren. Deze zijn uniek omdat alleen zij, met behulp van bepaalde enzymen, in staat zijn zichzelf direct voort te planten. Het DNA (desoxyribonucleïnezuur) bevat alle informatie die nodig is om de synthese van nieuwe proteïnen te sturen. Het DNA kan dit echter niet rechtstreeks doen, maar treedt op als een ‘origineel’, waarvan messenger RNA-kopieën (ribonucleïnezuur) worden gemaakt, die de informatie over de sequentie dragen naar het synthesesysteem. Dit staat bekend als de genetische code. Nucleïnezuren kunnen zich niet vermenigvuldigen zonder enzymen, en enzymen kunnen niet gemaakt worden zonder nucleïnezuur. Ze moeten samen tot ontwikkeling zijn gekomen. Waarschijnlijk waren in de oorspronkelijke ‘soep’ van elementen RNA-moleculen aanwezig die ook enzymen waren, die zich ontwikkelden op basis van natuurlijke selectie. Dergelijke RNA-enzymen kwamen samen om een spiraal te vormen en werden de basis voor zichzelf duplicerend RNA. De genetische replicatie verloopt evenwel niet zonder toevallige fouten. Bij de bacterie E. coli is er een gemiddelde foutgraad van één op 10 miljoen kopieën van baseparen. In de loop van miljoenen generaties kunnen dergelijke fouten (mutaties) weinig effect hebben, maar anderzijds kunnen ze ook leiden tot diepgaande veranderingen in het organisme en op basis van natuurlijke selectie de aanzet geven tot de vorming van nieuwe soorten.

Het volgende stadium in de organische evolutie was de ontwikkeling van andere polymeren – een combinatie van moleculen – gegroepeerd in hele families. Er was een structuur nodig om de moleculen samen te houden: een semipermeabel celmembraan. Celmembranen zijn complexe structuren, die balanceren tussen een vaste en vloeibare toestand. Kleine veranderingen in de samenstelling van het membraan kunnen kwalitatieve veranderingen veroorzaken, zoals Chris Langton verklaart: “Trek er ook maar een heel klein beetje aan, verander het cholesterolgehalte een beetje of de verhouding aan vetzuren, laat een enkele eiwitmolecule zich met een receptor aan het membraan hechten, en je kunt grote veranderingen, biologisch nuttige veranderingen veroorzaken”.[155]

Fotosynthese en seksuele voortplanting

Zoals blijkt uit het voorgaande, is de evolutie van de cel een relatief ontwikkeld stadium in de organische evolutie. Naarmate de overvloedige elementen van de biotische soep uitgeput raakten, werd het noodzakelijk om wateroplosbare organische materialen vanuit de atmosfeer te ontwikkelen. Gisting was de eenvoudigere maar minder efficiënte vorm van metabolisme en de volgende stap bestond uit fotosynthese. De speciale chlorofylmolecule had zich ontwikkeld. Dit liet levende organismen toe om zonne-energie op te vangen voor de synthese van organische moleculen. De eerste organismen die fotosynthese toepasten, trokken zich terug uit de competitie voor de steeds schaarser wordende natuurlijke energierijke moleculen en vormden zichzelf om tot primaire producenten. Zodra het proces van fotosynthese werd bereikt, was de toekomst van het leven verzekerd. Vanaf het ogenblik dat het ontstaat en voldoende zuurstof voortbrengt, wordt ademhaling mogelijk. Zodra de fotosynthese van start ging, zette ze in overeenstemming met de wetten van de natuurlijke selectie, haar stempel op alle daaropvolgende levende zaken, en ze was hierbij ongetwijfeld zo succesvol dat ze alle vroegere levensvormen uitschakelde.

Deze ontwikkeling is een kwalitatieve sprong. De daaropvolgende evolutie naar complexere vormen is een lang uitgesponnen proces dat uiteindelijk uitmondde in een nieuwe tak van het leven, cellen met een kern. Aan de top van de eukaryotische boom verschijnen gelijktijdig verschillende takken, zoals planten, dieren en schimmels. Volgens de Amerikaanse moleculaire bioloog Mitchell Sogin beïnvloedde de hoeveelheid zuurstof de snelheid van de evolutie. De chemische samenstelling van oude gesteenten wijst erop dat de atmosferische zuurstof toenam in relatief aparte stappen, gescheiden door lange periodes van stabiliteit. Sommige biologen geloven dat de uitbarsting van het leven veroorzaakt geweest kan zijn door zuurstof dat een bepaald niveau bereikte.

De eukaryoten pasten zich volledig aan de zuurstof aan en ondergingen weinig verandering. Het ontstaan van deze revolutionaire nieuwe levensvorm liet het bestaan toe van ontwikkelde seksuele voortplanting, die op haar beurt de snelheid van de evolutie deed toenemen. Terwijl de prokaryoten slechts uit twee groepen organismen bestonden, de bacteriën en de blauwgroene algen (deze laatste brachten zuurstof voort op basis van fotosynthese), bestaan de eukaryoten uit alle planten, alle diersoorten en schimmels. De seksuele voortplanting was alweer een kwalitatieve sprong. Hiervoor moet het genetische materiaal worden opgeslagen binnen de kern. Seksuele voortplanting maakt het vermengen van genen tussen twee cellen mogelijk, waardoor de kansen op variatie veel groter worden. Bij de voortplanting smelten de chromosomen van eukaryote cellen samen en vormen ze nieuwe cellen. Natuurlijke selectie dient voor het bewaren van de nuttige genetische varianten in de genenpoel.

Voortplanting is een van de sleutelaspecten van het leven. Alle dierlijke en plantaardige cellen hebben dezelfde interne basisstructuren. Voortplanting en de overdracht van ouderlijke eigenschappen (erfelijkheid) vinden plaats door het versmelten van geslachtscellen, de eicel en de zaadcel. Het genetische materiaal, DNA, waardoor de eigenschappen van de levensvormen van de ene generatie op de andere worden overgedragen, wordt bewaard in de kern van alle cellen. De celstructuur, die bestaat uit cytoplasma, bevat ook een aantal miniatuurorganen, organellen genaamd. De structuur van sommige organellen is identiek aan bepaalde bacteriën, wat erop lijkt te wijzen dat cellen het resultaat zijn van deze ooit onafhankelijke organellen, met hun eigen DNA, die zich met elkaar verbonden en zo een samenwerkend geheel vormden. In de jaren ‘70 werden microtubuli ontdekt. Dit zijn proteïnestokjes die elke cel vullen als een interne steiger. Dit interne ‘skelet’ geeft vorm aan de cel en lijkt een rol te spelen in de circulatie van proteïne-en plasmaproducten. De komst van de eukaryote of kerncel was zo’n 1.500 miljoen jaar geleden een biologische revolutie.

Uit aseksuele knopvorming en celdeling ontstond seksuele voortplanting. Door een dergelijke vooruitgang kon het erfelijke materiaal van twee individuen vermengd worden, zodat de nakomelingen zouden verschillen van de ouders. Dit verschafte de variatie waarop de natuurlijke selectie kon inwerken. In de kern van elke dierlijke en plantaardige cel wordt het DNA geordend in chromosomenparen. Deze chromosomen dragen de genen die de individuele eigenschappen bepalen. Hoewel de nieuwe nakomelingen de eigenschappen van hun ouders combineren, verschillen ze er toch van. Het lijkt erop dat de oorsprong van seksuele voortplanting samenhangt met primitieve organismen die elkaar opnemen door ingestie. Het genetische materiaal van twee individuen werd samengebracht, waardoor een organisme ontstond met twee sets chromosomen. Het grotere organisme splitste vervolgens in twee delen met het juiste aantal chromosomen. Er bestonden enkelvoudige en dubbele chromosomen, maar na verloop van tijd werd de dubbele toestand de normale bestaanswijze van dieren en planten. Dit legde de basis voor meercellige organismen.

Ongeveer 700 tot 680 miljoen jaar geleden verschenen de eerste metazoa. Dit waren complexe meercellige organismen die zuurstof nodig hadden voor hun groei. Gedurende die periode nam de zuurstofhoeveelheid in de atmosfeer voortdurend toe en bereikte ze amper 140 miljoen jaar geleden het huidige niveau. De processen die werkzaam zijn in de evolutie vertonen een duidelijk dialectisch karakter: langdurige periodes van geleidelijke kwantitatieve veranderingen worden onderbroken door plotse explosies. Een dergelijke periode deed zich ongeveer 570 miljoen jaar geleden voor.

De Cambrische explosie

Het vergt een inspanning om zich voor te stellen wat voor een recent fenomeen de complexe levensvormen op aarde zijn. Stel je een wereld voor waarin de aarde bestond uit kale rotsen waarop de wind inbeukte, waar de meest complexe levensvormen plankton en algenlagen waren. Dit was de toestand gedurende het grootste gedeelte van de geschiedenis van de aarde. Gedurende duizenden miljoenen jaren was de ontwikkeling van het leven zo goed als statisch. Op een bepaald moment echter stortte deze statische wereld plots in elkaar door een van de meest ingrijpende explosies in de geschiedenis van het leven. Het fossielenmateriaal toont nu een buitengewone verscheidenheid aan levensvormen. Het ontstaan van dieren met schelpen en skeletten bewaart deze vooruitgang in stenen tabletten. De explosie van nieuwe levensvormen in de oceanen ging gepaard met de massale uitroeiing van de oudere stromatolieten, de overheersende levensvorm in het Proterozoïcum. Het opduiken van een groot aantal meercellige wezens veranderde voor altijd het uitzicht van de aarde.

“Misschien wel het meest opmerkelijke (en ook het meest verbazingwekkende) aan het fossielenmateriaal, is zijn begin”, schrijft F.H.T. Rhodes. “Fossielen duiken voor het eerst in grote aantallen op in gesteenten van het Onder-Cambrium, zo’n 600 miljoen jaar geleden. Gesteenten die ouder zijn (pre-Cambrisch) bevatten vrijwel geen fossielen, hoewel er een paar sporen van oude organismen zijn aangetroffen. Het verschil tussen beide groepen gesteenten is enorm: een paleontoloog kan gedurende zijn hele leven beloftevolle pre-Cambrische lagen onderzoeken en niets vinden (en velen hebben alleen dit gedaan). Zodra hij zich echter richt op het Cambrium, verschijnen de fossielen. Nu is er opeens een grote variëteit aan vormen, goed bewaard, over de hele wereld verspreid en relatief veel voorkomend. Dit is het voornaamste kenmerk van de oudste gewone fossielen, en het komt als een schok voor de evolutionisten. In plaats van immers geleidelijk te verschijnen, met een aantoonbare geordende ontwikkeling en vooruitgang, doemen ze plotseling op met een soort geologische knal”.[156]

Ondanks zijn genialiteit was Darwin niet in staat om zich te verzoenen met de Cambrische explosie. Hij klampte zich vast aan zijn graduele begrip van de evolutie. Hij veronderstelde dat deze plotse sprong maar schijn was en een gevolg van de onvolledigheid van het fossielenmateriaal. In de laatste jaren hebben nieuwe en verrassende ontdekkingen in de paleontologie geleid tot een fundamentele herziening van de interpretatie van de evolutie. Het oude idee van evolutie als een ononderbroken proces van geleidelijke verandering werd vooral op de proef gesteld door Stephen Jay Gould, wiens onderzoek van het fossielenmateriaal van de Burgess Shale (een belangrijke vindplaats van fossielen in Brits Columbia) de paleontologie van gedaante heeft doen veranderen.

Het leven ontwikkelde zich niet in een rechte lijn van ononderbroken evolutionaire vooruitgang, maar via een proces dat door Stephen Jay Gould passend wordt beschreven als onderbroken evenwichten, waarin lange periodes van ogenschijnlijke stabiliteit onderbroken worden door periodes van plotse en geweldige verandering, gekenmerkt door een massale uitroeiing van soorten. De grenslijnen van geologische periodes worden gekenmerkt door dergelijke plotse omwentelingen, waarbij de verdwijning van sommige soorten plaats ruimt voor de verspreiding van andere. Dit is het biologische equivalent van de geologische processen van gebergtevorming en continentale drift. Het heeft niets gemeen met de vulgaire karikatuur van evolutie, begrepen als een eenvoudig proces van geleidelijke verandering en adaptatie.

Volgens de klassieke theorie van Darwin moet het ontstaan van de eerste complexe meercellige levensvormen voorafgegaan zijn door een lange periode van trage, progressieve verandering, die uitmondde in de ‘Cambrische explosie’ zo’n 500 miljoen jaar geleden. De recentste ontdekkingen tonen echter aan dat dit niet het geval is. Het onderzoek van Gould en anderen toont aan dat het leven op aarde voor twee derde van de geschiedenis – bijna 2,5 miljard jaar – beperkt bleef tot het laagste niveau van complexiteit, prokaryotische cellen, en niets anders.

“Dan nog eens 700 miljoen jaar van de grotere en veel ingewikkeldere eukaryote cellen, maar zonder samenvoeging tot meercellig dierlijk leven. En vervolgens, in een geologische oogwenk van 100 miljoen jaar, drie volkomen verschillende domeinen: van Ediacara en Tommotien tot Burgess. Sindsdien meer dan 500 miljoen jaar van wonderlijke verhalen, overwinningen en tragedies, zonder dat er ook maar één nieuwe orde of anatomisch ontwerp aan de Burgess-verzameling werd toegevoegd.”

Met andere woorden, het verschijnen van complexe meercellige organismen, de basis van alle leven zoals we het vandaag kennen, was niet het resultaat van een trage, geleidelijke ‘evolutionaire’ accumulatie van aanpassingsveranderingen, maar van een bruuske, kwalitatieve sprong. Dit was werkelijk een biologische revolutie, waarbij “op een geologisch ogenblik aan het begin van het Cambrium, vrijwel alle moderne ordes voor het eerst [zijn] verschenen, naast een zelfs nog grotere reeks van anatomische experimenten die niet lang daarna weer uitstierven.” Gedurende het Cambrium verschenen voor het eerst negen ordes (de basiseenheid van differentiatie binnen het dierenrijk) van ongewervelde zeedieren, met inbegrip van protozoa, neteldieren (kwallen, zeeanemonen), sponzen, weekdieren en trilobieten. Er was ongeveer 120 miljoen jaar nodig voor de evolutie van de hele waaier aan ongewervelde fyla. Anderzijds was er de snelle afname van de stromatolieten, die gedurende 2 miljard jaar geproduceerd waren door de toen dominerende levensvormen.

“Het staat vast dat de moderne meercellige dieren ongeveer 570 miljoen jaar geleden hun eerste opwachting hebben gemaakt in het fossielenbestand. Dit gebeurde in één klap, niet met een langgerekt crescendo. Deze ‘Cambrische explosie’ luidt de verschijning in (althans in het directe bewijsmateriaal) van vrijwel alle belangrijke hoofdgroepen van huidige dieren, en dat allemaal binnen het naar geologische maatstaven gerekend zeer korte tijdsbestek van enkele miljoenen jaren”.[157]

S.J. Gould stelt: “Wat we aantreffen is geen verhaal over geleidelijke vorderingen, maar een wereld die wordt gekenmerkt door periodes van massale uitroeiingen en de snelle opkomst van nieuwe soorten, afgewisseld door lange periodes van betrekkelijke rust”.[158] En verder: “De geschiedenis van het leven is geen gelijkmatige ontwikkeling, maar wordt telkens onderbroken door korte periodes, in geologisch opzicht soms slechts momenten, van massaal uitsterven en daaropvolgende diversificatie. De geologische tijdsschaal brengt deze geschiedenis in kaart, want fossielen vormen onze voornaamste gids voor het vaststellen van de relatieve ouderdom van gesteenten. De scheidingslijnen van de tijdsschaal komen overeen met de belangrijkste onderbrekingen, omdat uitroeiingen en snelle diversificaties duidelijke sporen in het fossiele materiaal achterlaten”.[159]

Planten en dieren

Gedurende het Cambrium en het Ordovicium – 570-440 miljoen jaar geleden – was er een indrukwekkende stijging van graptolieten en trilobieten, evenals een aanzienlijke toename van diversiteit aan zeedieren overal ter wereld en het verschijnen van de eerste vissen. Dit was het gevolg van de sterk toegenomen reikwijdte van de zeebodem, vooral van de Iapetus Oceaan. Gedurende het Siluur (440-400 miljoen jaar geleden) veroorzaakte de smelting van de ijskappen een belangrijke stijging van het zeeniveau. De ondiepe zeeën die een groot deel van Azië, Europa en Noord-Amerika bedekten, vormden geen ernstige barrière voor de migratie van diersoorten. Niet toevallig was dit de periode toen de uitbreiding van de zeeën maximaal was.

Tegen die tijd waren de continenten enigszins ongelijk verdeeld. De zuidelijke continenten waren los aan elkaar verbonden en vormden een proto-Gondwanaland (Afrika, Zuid-Amerika, Antarctica, Australië, Indië), maar Noord-Amerika, Europa en Azië waren van elkaar gescheiden. Er was een kleine proto-Atlantische Oceaan (Iapetus) tussen Europa en Noord-Amerika, en de Zuidpool lag ergens in NoordWest-Afrika. Daarna dreven de continenten naar elkaar toe en vormden ze een enkel supercontinent: Pangaea. Dit proces begon 380 miljoen jaar geleden, toen de Iapetus Oceaan verdween en aanleiding gaf tot het ontstaan van de Caledoniaans-Appalachiaanse bergketen. Deze gebeurtenis resulteerde in de botsing tussen de Baltische zee met Canada, waardoor Europa met Noord-Amerika werd verenigd. Tegen die tijd had voortdurende convergentie een botsing veroorzaakt tussen de noordwestelijke hoek van Gondwanaland met Noord-Amerika, waardoor een halfsamenhangende landmassa werd gecreëerd waarin alle continenten verenigd waren.

Een dergelijke massale toename van vast land bracht op zijn beurt een revolutionaire sprong teweeg in de evolutie van het leven zelf. Voor de eerste maal probeerde een levensvorm vanuit de zee zich op het land in de kustgebieden te begeven. De eerste amfibieën en landplanten verschenen. Dit was het begin van een explosieve groei van dierlijk en plantaardig leven. In deze periode verdwenen de ondiepe zeeën, met als gevolg de massale uitroeiing van vele waterdieren. Het lag voor de hand dat de veranderende omgeving sommige soorten dwong landinwaarts te verhuizen, van de kustgebieden weg, wilden ze niet sterven. Sommige slaagden hierin, andere niet. De grote meerderheid van de zeeorganismen die zich hadden aangepast aan het leven in de riffen en zandbanken van de ondiepe zeeën, werd uitgeroeid. Amfibieën evolueerden uiteindelijk tot reptielen. De eerste landplanten kenden een explosieve groei en vormden grote wouden met bomen tot dertig meter hoog. Veel van de steenkoolvoorraden die nu aangeboord worden, vinden hun oorsprong in deze lang vervlogen periode. Het zijn de producten van de geaccumuleerde overblijfselen van miljoenen jaren, rottend op de bodem van prehistorische wouden.

De formele logica benadert de natuurlijke wereld met een ultimatum: het een of het ander. Een ding is ofwel levend, ofwel dood; een organisme is ofwel een plant, ofwel een dier enzovoort. In werkelijkheid is het niet zo eenvoudig. In Anti-Dühring schrijft Engels: “In dagelijks voorkomende gevallen weten wij bv. en kunnen wij met beslistheid zeggen of een dier bestaat of niet. Bij nader onderzoek echter ontdekken wij dat dit vaak een zeer ingewikkelde zaak is, hetgeen de juristen zeer goed weten, die zich vergeefs hebben ingespannen een redelijke grens te ontdekken vanwaar af het doden van een kind in het moederlijf moord is. En het is even onmogelijk het ogenblik van de dood vast te stellen, aangezien de fysiologie aantoont dat de dood niet een plotselinge gebeurtenis is, maar een zeer langdurig proces”.[160]

We hebben er reeds op gewezen dat zeer primitieve levensvormen, zoals virussen, die op de grens staan tussen organische en anorganische materie, moeilijk te classificeren vallen. Hetzelfde geldt voor het onderscheid tussen planten en dieren. Planten kunnen ingedeeld worden in drie hoofdcategorieën. De eerste (thallophyta) omhelst de meest primitieve soorten, eencellige organismen of losjes georganiseerde groepen cellen. Zijn dit planten of dieren? Men kan argumenteren dat het hier op planten gaat, omdat ze chlorofyl bevatten. Ze ‘leven’ als planten.

Rhodes schrijft hierover: “Maar dit simpele antwoord lost ons probleem van hoe je een plant herkent niet op. Integendeel, het maakt het nog verwarrender, want in plaats van een geschikte, duidelijke scheidingslijn te bieden tussen planten en dieren wijst het ons naar de wazige, overlappende zone tussen de twee rijken. Net zoals de virussen ons terugbrachten naar de drempel van het leven, brengen deze lage thallophyten ons naar de slecht gedefinieerde drempel die de plantenwereld afscheidt van de dierenwereld.

“Welnu, veel van de protozoa zijn, zoals we gezien hebben, duidelijk dieren: ze bewegen, groeien, nemen voedsel op en scheiden afvalstoffen af, net zoals de ‘overduidelijke’ dieren dat doen. Maar er zijn enkele aanlokkelijke uitzonderingen. Laat ons even kijken naar het nietige eencellige organisme Euglena, een veel voorkomende bewoner van vijvers en sloten. Het heeft een min of meer ovaal lichaam dat zich door het water heen beweegt door bewegingen van een flagel. Het wezen kan ook kruipen en een wormachtige beweging maken. Met andere woorden, het is in staat typisch ‘dierlijke’ bewegingen te maken – maar het bevat chlorofyl en haalt zijn voeding uit fotosynthese!

Euglena is eigenlijk een levende tegenstelling tot de meeste van onze ideeën over de verschillen tussen dieren en planten. Deze tegenstelling is niet zozeer het gevolg van het feit dat we niet kunnen beslissen welke van de twee het is, maar omdat het beide lijkt te zijn. Andere, erg vergelijkbare soorten bevatten geen chlorofyl en gedragen zich als eender welk ander dier, maken gebruik van de lange draadachtige staart om te zwemmen, nemen voedsel op en verteren het. De implicaties hiervan zijn duidelijk. ‘Planten’ en ‘dieren’ zijn abstracte categorieën die we zelf hebben gemaakt. Ze zijn enkel in het leven geroepen en geformuleerd omdat het gemakkelijk is. Hieruit volgt helemaal niet dat alle organismen in de ene of de andere groep moeten passen. Misschien is Euglena een levend overblijfsel van de oude en primitieve groep van kleine waterorganismen die de voorouders waren van zowel planten als dieren. Maar kunnen we het geschil niet oplossen door chlorofyl apart te beschouwen? Kunnen we veronderstellen dat ‘indien er chlorofyl is, dan is het een plant’ een correcte regel is? Helaas zal ook dit niet lukken, aangezien sommige van deze thallofyten (de zwammen) die in andere opzichten zeer plantachtig zijn, geen chlorofyl bevatten. In feite zijn deze zwammen een probleemfamilie, want bij verschillende leden ervan zijn bijna alle ‘typische’ karakteristieken van een plant (nood aan zonlicht, afwezigheid van beweging enzovoort) niet aanwezig. En toch, indien we alles afwegen, lijken haar leden planten te zijn”.[161]

De diversiteit van meercellig leven is een verdere kwalitatieve stap in de evolutie van het leven. De verandering van organismen met een zacht lichaam naar organismen met gemineraliseerde harde delen, zoals ze worden aangetroffen in de Burgess Shale, vertegenwoordigt de evolutie naar hogere organismen. Sommige stoffen als zout en calcium dringen door in de celstructuur en weefsels van zeewezens, die ze dan dienen af te scheiden. Binnen de cel absorberen de organellen die zorgen voor het metabolisme of de energie, de mitochondria, calcium en fosfaat en scheiden ze het af als calciumfosfaat. Dit mineraal kan worden afgezet binnen de cellen of kan gebruikt worden om een intern of extern skelet op te bouwen.

De ontwikkeling van een skelet gebeurt meestal door minerale kristallen op vezelachtige proteïne, collageen genaamd, te verspreiden. Ongeveer een derde van alle proteïnen van gewervelde diersoorten bestaat uit collageen, dat enkel gevormd kan worden indien er vrije zuurstof beschikbaar is. De eerste stap in de richting van gewervelde diersoorten schijnt de Pikaia van de Burgess Shale te zijn, een visachtig dier. Zeesterren lijken eveneens een evolutionaire band te vormen tussen de dieren die gehecht waren aan de zeebodem en hun voedsel haalden uit gefilterde voedingsstoffen en vrij zwemmende vissen. Deze vissen (ostracodermen) waren bedekt met schelpachtige schalen, zonder tanden of kaken. Deze revolutionaire sprong in het Siluur bracht de eerste gewervelde dieren voort.

Het was in deze periode (ongeveer 410 miljoen jaar geleden) dat de kaken geleidelijk ontstonden uit de voorste kieuw, wat de jacht op andere dieren toeliet in plaats van het opzuigen van voedselstoffen van de zeebodem. “De eerste vissen hadden geen kaken”, zegt Gould. “Hoe kon zo’n ingewikkeld apparaat, bestaande uit verscheidende in elkaar sluitende stukjes gebeente, zich ontwikkelen uit het niets? ‘Het niets’ is echter een foefje om de aandacht van de hoofdzaak af te leiden. Die botjes waren bij de voorouders wel degelijk aanwezig, maar ze hadden een andere functie: ze ondersteunden een kieuwboog die vlak achter de bek lag. Ze waren goed uitgerust voor hun rol bij de ademhaling; ze waren alleen voor dit doel geselecteerd en ‘wisten’ niets over hun toekomstige functie. Achteraf bekeken waren die botjes perfect, op voorhand aangepast om kaken te worden. Het mooi opgebouwde apparaat was al geassembleerd, maar het diende om te ademen, niet om te eten.” Dit was duidelijk een voorbeeld van nieuwe elementen binnen de oude, om het in marxistische termen uit te drukken. De eerste vissen met kaken, de acanthodianen, of stekelige haaien, lagen aan de basis van vele soorten vissen met graten. Uit deze vissen evolueerden de eerste gewervelde landdieren, de amfibieën.

Gould gaat verder: “Nog zo’n vraag: hoe is de vin van een vis ooit de poot van een landdier kunnen worden? De meeste vinnen zijn opgebouwd uit broze evenwijdig lopende vinstralen, die nooit het gewicht van een dier op het land zouden kunnen dragen. Maar één bepaalde groep op de bodem wonende zoetwatervissen – onze voorouders – ontwikkelde een vin met een krachtige centrale as en maar enkele zich straalsgewijze uitbreidende vertakkingen. Die organen waren voortreffelijk aangepast om poten te worden, maar ze waren zuiver voor het gebruik onder water ontwikkeld, vermoedelijk om er ijlings vandoor te kunnen gaan door zich af te zetten tegen de ondergrond.”

“Kortom, het beginsel van de preadaptatie gaat ervan uit dat een structuur radicaal van functie kan veranderen zonder dat de vorm sterk wijzigt. We kunnen het probleem van de tussenvormen oplossen door te stellen dat er oude functies worden behouden terwijl er nieuwe in ontwikkeling zijn”.[162]

Eusthenopteron had gespierde vinnen en zowel kieuwen als longen. In droge periodes waagden deze vissen zich buiten de poelen en ademden ze zuurstof via hun longen. Vele van de amfibieën uit het Carboon brachten veel van hun tijd op het land door, maar keerden terug naar het water om hun eieren te leggen. Van hieruit ging de evolutionaire sprong in de richting van de reptielen, die al hun tijd op het land spendeerden en minder eieren legden die ingesloten zaten in een schelp van calciumcarbonaat. Engels schrijft over deze sprongen in de evolutie het volgende: “Vanaf het moment dat we de evolutietheorie aanvaarden, komen al onze opvattingen over organisch leven slechts bij benadering overeen met de realiteit. Anders zou er geen verandering zijn. De dag waarop begrippen en de realiteit volledig overeenkomen in de organische wereld, komt de ontwikkeling aan haar einde. Het begrip vis omvat leven in water en ademen door kieuwen: hoe ga je met dit begrip van vissen naar amfibieën zonder dit te doorbreken? En het is doorbroken, want we kennen een hele reeks vissen die hun zwemblazen verder ontwikkeld hebben tot longen en lucht kunnen inademen. Hoe kun je, zonder één of beide concepten in conflict te brengen met de realiteit, van eileggende reptielen gaan naar zoogdieren, die levende jongen werpen? In werkelijkheid vinden we bij de monotremata een hele onderklasse van eileggende zoogdieren. In 1843 zag ik in Manchester de eieren van het vogelbekdier en dreef ik met arrogante enggeestigheid de spot met een dergelijke dwaasheid – alsof een zoogdier eieren kan leggen – maar nu is het bewezen!” [163]

Massa-exctincties

In het hele fossielenmateriaal is de paleozoïsch-mesozoïsche grens (250 miljoen jaar geleden) de belangrijkste periode van uitroeiing. Vooral gewervelde zeedieren werden getroffen. Hele groepen werden uitgeroeid, ook de trilobieten die de oceanen gedurende miljoenen jaren hadden gedomineerd. Het plantenleven werd niet ernstig getroffen, maar 75 procent van de amfibieën en meer dan 80 procent van de reptielenfamilies verdwenen van de aardbol. Vandaag wordt geschat dat om de miljoen jaar vier of vijf families verdwijnen. Op het einde van het Paleozoïcum verdwenen echter 75 tot 90 procent van alle soorten. De evolutie van de soorten ontvouwde zich via dergelijke catastrofale gebeurtenissen. Toch betekende dit proces van massale uitroeiing geen stap terug in de evolutie van het leven. Integendeel, net deze periode bereidde een reusachtige stap voorwaarts voor in de evolutie van het leven op aarde. De niches die vrijkwamen in het milieu door het verdwijnen van sommige soorten, gaven aan andere de kans om op te komen, tot ontplooiing te komen en de aarde te overheersen.

De factoren die de verdeling, diversiteit en uitroeiing van levensvormen beïnvloeden, lopen oneindig ver uiteen. Bovendien zijn ze op dialectische wijze met elkaar verbonden. De continentendrift zelf veroorzaakt veranderingen in de breedtegraad en bijgevolg van de klimatologische omstandigheden. Klimaatswijzigingen zullen omgevingen creëren die meer of minder gunstig zijn voor verschillende organismen. Tolerantie voor temperatuurschommelingen en klimatologische omstandigheden zijn sleutelfactoren in dit proces, en leidt tot diversificatie. We zien dat de diversiteit gewoonlijk toeneemt naarmate we dichter bij de evenaar komen.

Het opbreken van de continenten, hun scheiding en botsingen, al deze factoren veranderen de omstandigheden waarin de soorten tot ontwikkeling komen en sluiten de ene groep van de andere af. Fysieke isolatie leidt dan weer tot nieuwe aanpassingsvariaties, die de verandering in de omgeving weerspiegelen. Continentale fragmentatie verhoogt dus dikwijls de diversiteit van de levensvormen. De kangoeroes overleefden maar omdat Australië zeer vroeg afgezonderd raakte van de andere continenten, vóór de explosieve opgang van de zoogdieren die in alle andere continenten de verdwijning veroorzaakte van grote buideldieren. Op dezelfde wijze leidt de vernietiging van oceanen tot massale uitroeiingen van zeedieren, maar creëert dit tegelijkertijd de voorwaarden voor de ontwikkeling van nieuwe landplanten en dieren, zoals het geval was bij het ontstaan van de pangaeaanse landmassa. Dood en geboorte zijn dus onafscheidelijk met elkaar verbonden in de keten van de evolutionaire ontwikkeling. De massale uitroeiing van de ene soort is de voorwaarde voor het ontstaan en de ontwikkeling van nieuwe soorten, die beter uitgerust zijn om te overleven in de veranderde omstandigheden.

De evolutie van de soorten kan niet als een geïsoleerd op zichzelf staand feit beschouwd worden, maar moet gezien worden als een voortdurende en complexe wisselwerking tussen verschillende elementen. Het gaat hier niet alleen over het oneindig groot aantal genetische mutaties binnen levende organismen, maar ook over de voortdurende veranderingen in de omgeving: schommelingen van het zeeniveau, het zoutgehalte van het water, de circulatie van zeestromingen, de aanvoer van voedingsstoffen naar de oceanen, en mogelijk zelfs factoren zoals de omkering van het magnetisch veld van de aarde, of de impact van grote meteorieten op het aardoppervlak. De dialectische interactie tussen deze uiteenlopende tendensen bepaalt het proces van de natuurlijke selectie, die levensvormen tot stand heeft gebracht die veel rijker, gevarieerder en opzienbarender zijn dan de meest fantastische uitvindingen van de poëzie.

Het tijdperk van de dinosauriërs: het Mesozoïcum (250-65 miljoen jaar geleden)

De continentale massa Pangaea, die ontstond door de botsing van de continenten in het Paleozoïcum, bleef gedurende zowat 100 miljoen jaar intact. Dit leidde tot een nieuwe reeks van tektonische, klimatologische en biologische omstandigheden. In het Mesozoïcum veranderde het proces in zijn tegengestelde. Het supercontinent begon in stukken te breken. Reusachtige gletsjers bedekten de zuidelijke delen van Afrika, Amerika, Australië en Antarctica. Gedurende het Trias (250-205 miljoen jaar geleden) ontstonden geleidelijk dinosauriërs op het land en plesiosaurus en ichthyosaurus in de zee, terwijl het gevleugelde reptiel pterosaurus later ook de lucht veroverde. Vanuit de kruipende reptielen ontstonden zoogdieren, maar deze kwamen zeer traag tot ontwikkeling. De explosieve groei van de dinosauriërs, die andere gewervelde levensvormen op aarde domineerden, verhinderde een sterke ontwikkeling van de zoogdieren. Ze bleven gedurende miljoenen jaren klein, zowel qua grootte als qua aantal, werden overschaduwd door hun reusachtige tijdsgenoten en gingen ‘s nachts op zoek naar voedsel.

In het Jura (205-145 miljoen jaar geleden) was er een belangrijke klimatologische verandering die gepaard ging met de terugtrekking van de gletsjers, wat tegen het einde van die periode een stijging van de globale temperatuur als gevolg had. Het zeeniveau steeg gedurende het Mesozoïcum met minstens 270 meter en bereikte bijna het dubbele van het huidige niveau.

Het vergt veel tijd om een continent in stukken te breken. Het opbreken van Pangaea begon 180 miljoen jaar geleden en het laatste continent scheidde zich pas af aan het begin van het Cenozoïcum (40 miljoen jaar geleden). De eerste scheiding gebeurde op een oost-westas, waar het ontstaan van de Tethysoceaan Pangaea splitste in Laurazië in het noorden en Gondwanaland in het zuiden. Van Gondwanaland splitsten vervolgens drie delen af in het oosten: Indië, Australië en Antarctica. Gedurende het late Mesozoïcum deed er zich een noord-zuidsplitsing voor, waarbij de Atlantische Oceaan werd gevormd, die Noord-Amerika afscheidde van Laurazië en Zuid-Amerika van Afrika. Indië verplaatste zich noordwaarts en botste tegen Azië, terwijl ook Afrika zich noordwaarts voortbewoog en gedeeltelijk botste tegen Europa na de vernietiging van de Tethysoceaan. Van die reusachtige oceaan bleef slechts een klein gedeelte bewaard, de Middellandse Zee. In de Stille, Atlantische en Indische Oceaan bevorderden periodes van snelle uitbreiding van de zeebodem de beweging van de continenten.

Gedurende het Mesozoïcum waren de dinosauriërs de dominante groep van gewervelde diersoorten. Ondanks de afscheiding van de continenten waren ze overal ter wereld goed verspreid. Op het einde van deze periode echter – 65 miljoen jaar geleden – kwam er een nieuwe periode van massale uitroeiingen en verdwenen de dinosauriërs van de aardbol. De meeste land-, zee-en vliegende reptielen (dinosauriërs, ichthyosaurussen en pterosaurussen) stierven uit. Van de reptielen overleefden alleen de krokodillen, slangen, schildpadden en hagedissen. Deze spectaculaire eliminatie van hele diersoorten bleef evenwel niet beperkt tot de dinosauriërs. Ongeveer een derde van alle levende soorten werd uitgeroeid, met inbegrip van de ammonieten, belemnieten, sommige planten, bryozoa, tweekleppigen en andere.

Het opmerkelijke succes van de dinosauriërs was het resultaat van hun perfecte aanpassing aan de bestaande omstandigheden. De totale populatie was minstens even groot als die van de huidige zoogdieren. Vandaag is er overal ter wereld wel een of ander zoogdier, klein of groot, dat elke beschikbare ecologische ruimte inneemt. We kunnen er zeker van zijn dat deze niches 70 miljoen jaar geleden werden ingenomen door een immense verscheidenheid aan dinosauriërs. Hoewel het algemene beeld over dinosauriërs er een is van reusachtige, log bewegende schepsels, bestonden ze in alle grootten. De meesten waren relatief klein, velen liepen rechtop op hun achterste poten en konden zeer snel lopen. Vele wetenschappers geloven nu dat op zijn minst sommige dinosauriërs in groepsverband leefden, voor hun jongen zorgden en mogelijk zelfs in groep op jacht gingen. De grens tussen het Mesozoïcum en het Cenozoïcum (65 miljoen jaar geleden) is een revolutionair keerpunt in de evolutie van het leven. Een periode van massa-extincties leidde tot een grote evolutionaire sprong voorwaarts en tot de opkomst van de zoogdieren. Alvorens we ingaan op dit proces, loont het de moeite om ons de vraag te stellen waarom de dinosauriërs verdwenen.

Waarom verdwenen de dinosauriërs?

Rond deze vraag zijn de laatste tijd verhitte debatten gevoerd, en alle vastberaden beweringen ten spijt, vooral dan die van de catastrofetheorie van de meteorietinslag, is deze kwestie nog steeds niet definitief beslecht. Er zijn vele theorieën die geprobeerd hebben om dit fenomeen te verklaren dat op een unieke manier tot de populaire verbeelding spreekt. Dit komt vooral door de spektakelwaarde en omwille van de gevolgen op het ontstaan van onze eigen soort. Toch moeten we in het achterhoofd houden dat dit geen unieke gebeurtenis was in de keten van de evolutie. Het was niet de enige massa-extinctie, noch de grootste, en evenmin noodzakelijk degene met de meest verregaande evolutionaire gevolgen.

De theorie die momenteel de grootste aanhang heeft en die beslist heeft kunnen rekenen op de meeste sensationele publiciteit, gaat ervan uit dat er ergens op het aardoppervlak een inslag was van een grote meteoriet, waarvan de impact vergeleken wordt met een ‘nucleaire winter’ die zou volgen op een kernoorlog. De impact zou grote hoeveelheden stof en puin in de atmosfeer hebben geworpen. De dichte stofwolken die op die manier werden gevormd, zouden de zonnestralen verhinderd hebben het aardoppervlak te bereiken, en zouden geleid hebben tot een lange periode van duisternis en dalende temperaturen.

Er bestaat empirisch bewijsmateriaal dat erop wijst dat er zich een of andere explosie heeft voorgedaan, die veroorzaakt zou kunnen zijn door een meteoriet. De theorie heeft de laatste jaren aan invloed gewonnen door de ontdekking van een dunne laag klei tussen de gesteentenlagen uit die periode, die het resultaat zou zijn van het stof dat opgeworpen werd door een dergelijke inslag. Stephen J. Gould bijvoorbeeld gaat hier blijkbaar mee akkoord. Toch blijven er vragen onbeantwoord. Ten eerste verdwenen de dinosauriërs niet in één klap, zelfs niet in enkele jaren. Meer nog, de uitroeiing vond plaats gedurende verschillende miljoenen jaren, wat een zeer korte tijdspanne is in geologische maatstaven, maar voldoende om het idee van een meteorietcatastrofe in twijfel te trekken.

Hoewel de hypothese over de meteorietinslag niet kan worden uitgesloten, heeft ze één groot nadeel. Zoals gesteld zijn er vele uitroeiingen geweest in de loop van de evolutie. Hoe kunnen deze worden verklaard? Moeten we werkelijk onze toevlucht zoeken tot een extern fenomeen zoals een plotse meteorietinslag? Of heeft het ontstaan en vergaan van soorten iets te maken met tendensen die inherent zijn aan de evolutie van het leven zelf? Zelfs vandaag kunnen we om ons heen zien dat er dierenpopulaties ontstaan en verdwijnen. Het is pas recent dat we tot een beter begrip komen van de wetten die dit complexe proces beheersen. Door te zoeken naar verklaringen die buiten het gegeven fenomeen liggen, lopen we het risico de zoektocht op te geven naar een reëel begrip ervan. Bovendien kan een oplossing die aantrekkelijk lijkt omdat ze in één klap alle moeilijkheden uit de weg ruimt, nog grotere moeilijkheden creëren dan degene die ze zou moeten hebben opgelost.

Er zijn verschillende andere theorieën naar voren gebracht. De periode onder beschouwing werd gekenmerkt door grootschalige vulkanische activiteit. Dit kan gemakkelijk een klimaatsverandering hebben teweeggebracht die de dinosauriërs niet aankonden. Er werd ook opgeworpen dat de verdwijning van de dinosauriërs in verband staat met de concurrentie met de zoogdieren. Hier valt een parallel te trekken met de verdwijning van de buideldieren. De meeste dieren van de oorspronkelijke buideldierpopulatie van Zuid-Amerika stierven uit onder druk van de zoogdieren van het noorden. Het is inderdaad mogelijk dat de uitroeiing van de dinosauriërs het resultaat was van een combinatie van deze omstandigheden, namelijk vulkanische activiteit, de vernietiging van het bestaande milieu, buitenmatige specialisatie en competitie voor verminderde voedselbronnen met soorten die beter zijn uitgerust om de veranderde omstandigheden aan te kunnen. Waarschijnlijk zal deze controverse niet direct in de nabije toekomst uitgeklaard worden. Wat niet ter discussie staat, is dat er tegen het einde van het Mesozoïcum een of andere fundamentele verandering een einde maakte aan de overheersing van de dinosauriërs. Het belangrijkste hierbij is dat het niet noodzakelijk is om er externe factoren bij te halen om dit fenomeen te verklaren:

“‘Je hoeft niet te zoeken naar zonnevlekken, klimatologische veranderingen of andere merkwaardige verklaringen voor de verdwijning van de dinosauriërs’, zei Lovejoy. ‘Ze hadden het goed zolang zij de wereld voor zichzelf hadden, zolang er geen betere voortplantingsstrategie bestond. Ze hielden het meer dan 100 miljoen jaar uit, mensen normaal gezien ook. Maar eenmaal er een doorbraak kwam door een adaptatie, en de dinosauriërs werden geconfronteerd met dieren die zich met succes drie tot vier maal zo snel konden voortplanten als zij, was het met hen gedaan’”.[164]

De kosmische terrorist, of hoe je geen hypothese moet maken

Het probleem wordt duidelijk wanneer we de vraag op de volgende manier stellen: heel goed, laat ons ervan uitgaan dat het uitsterven van de dinosauriërs veroorzaakt werd door een toeval in de vorm van een plots inslaande meteoriet. Hoe verklaren we dan alle andere massa-extincties? Werden die allemaal veroorzaakt door meteorieten? De vraag is niet zo zinloos als ze wel lijkt. Er zijn inderdaad pogingen geweest om aan te tonen dat alle grootschalige uitroeiingen het resultaat waren van periodieke stormen van meteorieten uit de asteroïdengordel. Dit is de essentie van de zogenaamde ‘Nemesis-theorie’, naar voren gebracht door Richard Muller van de Universiteit van California.

Bepaalde paleontologen (Raup en Sepkoski) beweren dat massa-extincties zich voordoen met regelmatige tussenpozen van ongeveer 26 miljoen jaar. Anderen die zich op hetzelfde bewijsmateriaal baseren, hebben nochtans geen dergelijke regelmaat gevonden in dit fenomeen. Er bestaat een vergelijkbaar meningsverschil onder geologen. Sommigen beweren het bewijs te zien van een regelmatige periodieke terugkeer van grote kraters, terwijl anderen dit verwerpen. Kortom, er is geen afdoende bewijs voor het idee van regelmatige tussenperiodes tussen massale uitroeiingen, en evenmin voor regelmatige bombardementen van de aarde door kometen en meteorieten.

Dit terrein leent zich gemakkelijk tot de meest willekeurige en zinloze speculaties. Bovendien zijn het precies dergelijke sensationele ‘theorieën’ die vaak de meeste publiciteit krijgen, ongeacht hun wetenschappelijke verdienste. De ‘Nemesis-theorie’ is hiervan een schoolvoorbeeld. Indien we zoals Muller aanvaarden dat massa-extincties zich met een regelmaat van 26 miljoen jaar voordoen, en indien we net als hem verder aannemen dat massa-extincties veroorzaakt worden door meteorietenstormen, dan volgt hieruit dat de aarde met de regelmaat van de klok om de 26 miljoen jaar het bezoek krijgt van meteorieten.

Het probleem bij deze theorie is nogal duidelijk, zelfs voor Muller, die het volgende schrijft: “Ik vond het ongelooflijk dat een asteroïde precies om de 26 miljoen jaar de aarde zou treffen. In de uitgestrektheid van de ruimte is zelfs de aarde een zeer klein doelwit. Een asteroïde die langs de zon scheert, heeft slechts iets meer dan één kans op een miljard om onze planeet te raken. De inslagen die plaatsvinden, zouden zich onregelmatig moeten voordoen, niet gelijkmatig verdeeld in de tijd. Wat kan aan de basis liggen van hun regelmatige botsingen? Misschien wel een of andere kosmische terrorist die mikt met een asteroïdengeweer. Belachelijke resultaten vergen belachelijke theorieën.”

En Muller flanste vervolgens precies zo’n belachelijke theorie in elkaar die het vooropgestelde idee moest rechtvaardigen dat alle massa-extincties inderdaad veroorzaakt werden door meteorietenregens en dat deze zich met een regelmaat van 26 miljoen jaar voordoen. Hij beschrijft een verhitte discussie met Luis Alvarez (1911-88), de ontwerper van de oorspronkelijke theorie dat de dinosauriërs werden uitgeroeid door de botsing van een asteroïde met de aarde, die sceptisch stond tegenover Mullers ideeën. Het volgende uittreksel van deze dialoog biedt ons een interessant inzicht in de methodologie die gebruikt wordt om bepaalde hypothesen vorm te geven.

- Richard Muller: “‘Veronderstel dat we op een zekere dag een model vonden dat kan verklaren waarom een asteroïde om de 26 miljard jaar tegen de aarde botst. Zou je dan niet moeten toegeven dat je verkeerd was?’

- “‘Wat is jouw model?’, vroeg Alvarez. Ik dacht dat hij mijn vraag ontweek. - “Dat heeft geen belang! Het is de mogelijkheid van een dergelijk model dat ervoor zorgt dat jouw logica verkeerd is, niet het bestaan van een bepaald model.”

- “Er was een lichte trilling in de stem van Alvarez. Ook hij scheen boos te worden. ‘Kijk, Rich’, antwoordde hij. ‘Ik zit al een lange tijd in de branche van de data-analyse, en de meeste mensen beschouwen mij als een expert. Je kunt nu eenmaal geen niet-doordachte benadering hanteren en iets negeren dat je weet.’

- “Hij beriep zich op zijn autoriteit! Wetenschappers mogen dit niet doen. Bewaar je kalmte, Rich, zei ik tot mezelf. Laat hem niet merken dat je je begint te ergeren.

- “‘De bewijslast rust op jou’, vervolgde ik, met een gemaakte kalme stem. ‘Ik hoef geen model te hebben. Tenzij jij kunt aantonen dat zulke modellen niet kunnen bestaan, is jouw logica verkeerd.’

- “‘Hoe kunnen asteroïden periodiek tegen de aarde botsen? Wat is jouw model?’, vroeg hij opnieuw. Mijn frustratie bracht me dicht bij de waanzin. Waarom kon Alvarez niet begrijpen wat ik aan het zeggen was? Hij was mijn wetenschappelijke held. Hoe kon hij zo stom zijn?

- “‘Verdomd!’, dacht ik. Indien het moet, win ik deze discussie op zijn voorwaarden. Ik zal een model uitvinden. De adrenaline stroomde nu door mijn aderen. Ik dacht even na en zei toen: ‘Veronderstel dat er een begeleidende ster is die draait om de zon. Om de 26 miljoen jaar nadert ze de aarde en doet ze iets – ik weet niet goed wat – maar ze zorgt ervoor dat asteroïden tegen de aarde botsen. Misschien brengt ze de asteroïden wel mee.”

Het is maar al te duidelijk dat de methode die gebruikt wordt om tot een hypothese te komen, geen enkele basis in het feitenmateriaal heeft. Met zo’n benadering verlaten we de wereld van de wetenschap en treden we die van de sciencefiction binnen, waar toch alles mogelijk is. Muller is zelf eerlijk genoeg om dit toe te geven: “Ik had niet gedacht niet dat mijn model zo ernstig zou worden genomen, hoewel ik er wel van uitging dat mijn punt duidelijk zou worden indien het model slechts enkele minuten zou overleven”.[165] We leven echter in een tijdperk van goedgelovigheid. De ‘Nemesis-theorie’, die duidelijk geen wetenschappelijk model is maar een willekeurige gok, wordt tegenwoordig met de grootste ernst omarmd door tal van astronomen die de hemel afspeuren op zoek naar sporen van het bestaan van deze onzichtbare ‘dode ster’, deze kosmische terrorist die, nadat ze korte metten heeft gemaakt met de dinosauriërs, op een goede dag naar de plaats van de misdaad zal terugkomen en ons allen zal uitroeien!

Het probleem ligt hier in de methode. Toen Napoleon aan Laplace vroeg waar de plaats van God was is zijn mechanisch schema van het heelal, antwoordde deze met de beroemde woorden: “Sire, je n’ai pas besoin de cette hypothèse” (Sire, ik heb deze hypothese niet nodig). Het dialectisch materialisme stelt zich tot doel de inherente bewegingswetten van de natuur te ontdekken. Hoewel toevalligheden een rol spelen in alle natuurlijke processen en in principe niet kan worden uitgesloten dat het uitsterven van de dinosauriërs bijvoorbeeld veroorzaakt werd door een verdwaalde asteroïde, is het volledig misleidend en contraproductief om de oorzaken van massa-extincties in het algemeen te gaan zoeken in externe fenomenen, die volledig buiten de beschouwde processen staan. De wetten die van toepassing zijn op de evolutie van de soorten, moeten gezocht en gevonden worden in het evolutieproces zelf. Dit houdt lange periodes in van trage verandering, maar ook andere periodes waarin de verandering enorm versneld wordt, waarbij massa-extincties worden veroorzaakt, maar ook nieuwe soorten opdoemen en sterker worden.

Indien men het proces niet als een geheel wil of kan begrijpen, indien men zijn tegenstrijdige, complexe, niet-lineaire karakter niet inziet – en dus een dialectische benadering ontbeert – gaat men algauw willekeurige pogingen ondernemen om problemen op te lossen aan de hand van factoren van buitenaf, zoals een deus ex machina, het spreekwoordelijke konijn dat uit de hoed van de goochelaar wordt getoverd. Dit is een straatje zonder einde. Dat men bovendien maar al te bereid is om de meest vergezochte scenario’s te aanvaarden – die bijna allemaal het idee bevatten van een of andere op til staande kosmische catastrofe, die op zijn minst het einde van de wereld betekent – zegt in feite meer over de algemene psychologische toestand waarin onze huidige samenleving zich bevindt.

Voetnoten

[142]Asimov, op. cit., p. 592.

[143]A. I. Oparin, The Origin of Life on Earth, pp. xii and 230-1.

[144]J. D. Bernal, The Origin of Life, p. xv.

[145]Engels, Dialectics of Nature, p. 13.

[146]J. B. S. Haldane, The Rationalist Annual, 1929.

[147]Engels, The Dialectics of Nature, p. 16.

[148]Scientific American, 239 [1978].

[149]Oparin, op. cit., p. 2.

[150]Bernal, op. cit., p. 26.

[151]Engels, Dialectics of Nature, p. 282.

[152]R. Buchsbaum, Animals Without Backbones, Vol. 1, p. 12.

[153]S. J. Gould, The Panda’s Thumb, p. 181.

[154]Scientific American, 239, [1978].

[155]Geciteerd in R. Lewin, Complexity, Life at the Edge of Chaos, p. 51.

[156]F. H. T. Rhodes, The Evolution of Life, pp. 77-8.

[157]S. J. Gould, Wonderful Life, pp. 60, 64 and 23-4.

[158]S. J. Gould, Ever Since Darwin, p. 14.

[159]S. J. Gould, Wonderful Life, p. 54.

[160]Engels, Anti-Dühring, pp. 26-7.

[161]Rhodes, op. cit., pp. 138-9.

[162]Gould, Ever Since Darwin, pp. 107-8.

[163]MESC, Engels to Schmidt, 12 March 1895.

[164]Geciteerd in D. C. Johanson and M. A. Edey, Lucy, The Beginning of Humankind, p. 327.

[165]Geciteerd in T. Ferris, op. cit., pp. 262-3, 265 and 266.