Kennislink - Ontwikkeling van de biodiversiteit
Kennislink; dinsdag 4 december 2012, door Jinze Noordijk en Nico van StraalenDe huidige rijkdom aan soorten op aarde is het resultaat van een evolutionaire ontwikkeling die zo'n 3,5 miljard jaar heeft geduurd. Die ontwikkeling ging niet geleidelijk; de biodiversiteit veranderde met horten en stoten. Explosies van soortvorming en golven van massale uitsterving wisselden elkaar af.
Alle hogere organismen stammen af van organismen met één celkern, de eukaryoten.
Het eerste leven op aarde bestond uit bacteriën en archaea, groepen van organismen die vandaag de dag nog steeds zeer talrijk zijn en overal voorkomen. Lange tijd bestond het aardse leven alleen uit deze twee groepen. Pas 1,5 tot 2 miljard jaar later ontstond een compleet nieuwe evolutionaire lijn: de eukaryoten, een grote groep organismen waartoe planten, dieren en ook mensen behoren.
Deze nieuwe lijn van organismen werd mogelijk doordat archaea en bacteriën met elkaar gingen samenleven en als het ware met elkaar versmolten tot wederzijds voordeel, de zogeheten endosymbiose. Daardoor ontstonden nieuwe en complexe structuren in de cellen, zoals mitochondriën, die de energieleveranciers van de cellen werden. Het erfelijke materiaal kreeg een aparte plek in de cel: de celkern. Alle hogere organismen stammen af van deze organismen met een celkern: de eukaryoten. Niet alleen planten en dieren, maar ook schimmels, algen en parasitaire eencelligen, zoals de malariaparasiet Plasmodium en de veroorzaker van de slaapziekte Trypanosoma.
Cambrische explosie
Geologen en paleontologen hebben de geschiedenis van de aarde ingedeeld in verschillende tijdperken, die vaak tientallen miljoenen jaren duren en worden gekenmerkt door specifieke klimatologische omstandigheden op aarde, of door de aanwezigheid van bijzondere soorten fossielen.
Jos van den Broek, Leiden
De eerste dierlijke fossielen zien we in de zogeheten ediacara-fauna, een tijdperk van 570 tot 540 miljoen jaar geleden. Deze fauna bestaat uit fossielen die sterk afwijken van de dieren die we tegenwoordig kennen. Aan het begin van het Cambrium dat na het Ediacarium komt (vanaf 540 miljoen jaar geleden) zijn veel van die oude dieren verdwenen.
Maar in het Cambrium zelf neemt de soortenrijkdom enorm toe (de zogeheten Cambrische explosie). Daarbij ontstaan dieren met zeer diverse lichaamsvormen, die worden ingedeeld in verschillende stammen (de fyla). Veel van die fyla bestaan nu niet meer, toch heeft een groot gedeelte ervan een half miljard jaar stand weten te houden tot heden. De stammen die na de cambrische explosie zijn overgebleven, vormen de basis van de huidige soortenrijkdom op aarde. Sommige fyla hebben zich ontwikkeld tot extreem soortenrijke groepen zoals de geleedpotigen, waartoe insecten, spinnen en kreeftachtigen behoren.
Langzame toename en abrupte afname
Na het Cambrium zijn er perioden geweest waarin de soortenrijkdom op aarde geleidelijk groter werd en dan weer abrupt afnam doordat soorten massaal uitstierven. Er zijn zes van die perioden bekend waarin soorten op grote schaal zijn uitgestorven. De meest dramatische periode was aan het eind van het Perm, 245 miljoen jaar geleden. Toen verdween 80 procent van al het leven in zee, en ook een groot deel van de gewervelde landdieren. Het is niet bekend waardoor dat kwam. Het klimaat veranderde relatief snel, wellicht door de inslag van een meteoriet of door enorme vulkaanuitbarstingen, die as en stof in de atmosfeer opwierpen, waardoor het zonlicht de aarde minder goed kon bereiken en deze afkoelde.
Bijna 200 miljoen jaar later was er weer zo'n periode dat veel soorten in korte tijd het loodje legden - bij de overgang van het Krijt naar het Tertiair, 65 miljoen jaar geleden. Groepen dieren die tot dan toe zeer succesvol waren - zoals de dinosauriërs - verdwenen van de aardbodem. Tijdens de periode daarna - van 65 miljoen jaar geleden tot nu - hebben zich de huidige soortenrijke planten- en diergroepen gevormd. In die laatste periode van de aardgeschiedenis, het Cenozoïcum, zien we bij zowel de zoogdieren en de vogels als bij de bloemplanten het aantal soorten plotseling sterk toenemen. Iets wat de deskundigen een radiatie noemen.
Zeer hoge uitsterffrequentie
Afgemeten aan het aantal soorten en beschouwd over langere termijn, vertoont de biodiversiteit op aarde dus een geweldige dynamiek. Verreweg de meeste soorten die ooit op aarde hebben geleefd bestaan nu niet meer. Het uitsterven van soorten is een zeer gebruikelijk verschijnsel van het aardse leven. De natuurlijke frequentie van uitsterven (hoeveel soorten er gemiddeld van nature uitsterven) wordt geschat op één à twee soorten per 10 jaar. Dit getal wordt ook wel uitgedrukt als het percentage soorten dat uitsterft ten opzichte van het aantal bestaande soorten. Dan schatten onderzoekers dat elk jaar één soort per miljoen levende soorten uitsterft.
Daarnaast zijn er gedurende de geologische geschiedenis van de aarde piekperioden waarin veel meer soorten uitsterven. Aan het einde van het Krijt bijvoorbeeld verdwenen elk jaar ongeveer 124 soorten per miljoen levende soorten. Op dit moment sterven per jaar wel honderden keren meer soorten uit dan gebruikelijk (het achtergrondniveau). Sommigen denken zelfs dat het enkele duizenden keren meer is. In de Global Biodiversity Assessment van de Verenigde Naties wordt de verwachting uitgesproken dat de komende 50 jaar 0,7 procent van alle soorten op aarde zal uitsterven. Dat zijn elk jaar ongeveer 140 per miljoen levende soorten, meer dan de uitsterfgolf toen de dinosauriërs van de aardbodem verdwenen. Er is trouwens veel onzekerheid over deze cijfers, vooral doordat niet precies duidelijk is hoeveel soorten nu leven.
Insecten vormen de groep met verreweg het meeste aantal soorten; ruim de helft van de 1,9 miljoen bekende soorten.
Mondiale biodiversiteit
Hoeveel soorten zijn er nu op aarde? Dat hangt ervan af wat we onder een soort verstaan. Bovendien vinden biologen steeds weer nieuwe soorten in gebieden die nog slecht zijn verkend. Dit betreft dan vooral soortenrijke groepen, zoals insecten en andere ongewervelde dieren. Regelmatig worden er nog nieuwe amfibieën en vogels gevonden, en af en toe zelfs een nieuw zoogdier. Daarnaast zijn taxonomen - de biologen die soorten beschrijven - voortdurend bezig de indeling van planten en diergroepen beter in kaart te krijgen. Daarbij worden soorten soms samengevoegd of juist gesplitst.
Al met al bedraagt het aantal bekende soorten op aarde ruim 1,9 miljoen. Schattingen van het werkelijke aantal komen uit tussen de 5 en 12 miljoen. Van de 1,9 miljoen bekende soorten zijn ongeveer 1 miljoen insecten, 310.000 planten en bijna 62.000 gewervelde dieren. De werkelijke aantallen kunnen echter vele duizenden tot miljoenen hoger zijn. We denken dat we de meeste gewervelde diersoorten en het grootste deel van de planten wel kennen. Van insecten en bacteriën kennen we echter nog maar een klein deel.
Wat is een soort?
Het is niet eenduidig wat een soort is. Kijk je naar verschillen in uiterlijke verschijningsvorm, zoals de vorm van bloemblaadjes, de kleur van een snavel of het aantal tenen, dan wel naar genetische kenmerken? Of hanteer je het traditionele, biologische, soortbegrip dat alleen individuen van dezelfde soort vruchtbare nakomelingen kunnen maken? Het taxonomisch soortbegrip kennen we van de bioloog die de natuur intrekt en planten en dieren determineert op basis van uiterlijke kenmerken die zijn beschreven in determinatietabellen, zoals de flora en de vogelgids. Als verschillen kenmerkend en consistent zijn, dus als er geen tussenvormen zijn, behoren individuen van een groep tot de ene of de andere soort. Zo onderscheidt de groengele snavel de stormmeeuw van de zilvermeeuw, die een gele snavel met een rode punt heeft. Bij insecten is het meestal met de microscoop zoeken naar onopvallende kenmerken, zoals de stand van de haren op het lijf of de vorm van de uitwendige geslachtsorganen. Verreweg de meeste soorten zijn alleen op basis van zulke taxonomische kenmerken beschreven als soort.
Het biologisch soortbegrip lijkt heel eenvoudig. Schapen, geiten, paarden en ezels zijn verschillende soorten omdat ze niet met elkaar paren of, zoals bij ezel en paard, geen vruchtbare nakomelingen krijgen. Maar het begrip is niet altijd even gemakkelijk toe te passen. Twee op elkaar lijkende kevers uit het tropisch regenwoud zou je moeten kweken om vast te stellen of het echt twee soorten zijn. Bovendien blijken veel soorten, vooral plantensoorten, toch met elkaar te kunnen kruisen en zelfs (enigszins) vruchtbare nakomelingen voort te brengen (hybridiseren). Ook zijn er ongewervelde dieren waarvan vrouwtjes wel seksueel zijn, maar ook eieren leggen zonder de tussenkomst van mannetjes (parthenogenetische soorten).
De situatie is helemaal onoverzichtelijk bij bacterien, archaea en vele eukaryote eencelligen, die zich vaak alleen vermeerderen door deling. Ook bij verschillende planten, sponzen en koralen is aseksuele voortplanting door middel van uitlopers of afsnoeringen belangrijker dan seksuele reproductie. Bacterien kunnen bovendien DNA uitwisselen met andere 'soorten', waardoor het klassieke soortbegrip nauwelijks hanteerbaar is. In plaats daarvan kijkt men direct naar het DNA. Als de verschillen in het DNA van twee bacterien een bepaalde grenswaarde overschrijden, noemt men ze verschillende soorten. Het evolutionair soortbegrip gaat uit van verschillen in evolutionaire afstamming. Als twee groepen behoren tot verschillende fylogenetische lijnen die elk hun eigen evolutie volgen, zijn ze verschillende soorten. Dit soortbegrip wordt wel gebruikt in de evolutiebiologie en de paleontologie en lost het probleem op dat fossielen geen kruisbaarheidstest kunnen ondergaan.
Ongelijkmatige verdwijning van soorten
Niet alle groepen hebben een even grote kans om uit te sterven. Uit fossiele gegevens weten we dat veel grote dieren, de zogeheten megafauna, het uitermate moeilijk krijgen in de directe omgeving van mensen. Deze dieren, die zwaarder zijn dan 40 kilogram, zijn goed eetbaar, of ze lopen in de weg wanneer mensen land gaan gebruiken of vee gaan houden. Zo wordt bijvoorbeeld het uitsterven van de grondluiaard in Noord-Amerika direct toegeschreven aan de kolonisatie van dit continent door Homo sapiens, ongeveer 30.000 jaar geleden. In Europa is het verdwijnen van de wisent (de Europese bizon) direct toe te schrijven aan de uitbreiding van de menselijke bevolking.
Ook dieren die zich slecht uit de voeten kunnen maken, houden het niet lang vol in de omgeving van de mens, zoals de uitgestorven dodo, een loopvogel van het eiland Mauritius. Of ook de mammoet door de oermens is verdreven, zoals wel wordt beweerd, is twijfelachtig. Deze dieren waren zo groot dat mensen er waarschijnlijk maar weinig op hebben gejaagd en er slechts weinig zijn gedood door mensenhanden.
Ook vandaag de dag verdwijnt de biodiversiteit niet gelijkmatig. Primaten - halfapen, apen en mensapen - hebben het uitermate moeilijk, omdat ze leven in tropisch bos dat door toedoen van de mens steeds kleiner wordt. Hetzelfde geldt voor talloze ongewervelde dieren, met name insecten, die specifiek zijn gebonden aan tropisch bos. Tropenonderzoekers verwachten dat met elk bosperceel dat gekapt wordt enkele gespecialiseerde keversoorten verdwijnen.
Andere diergroepen, zoals amfibieën (salamanders, kikkers en padden) hebben het moeilijk, doordat ze slecht bestand zijn tegen infecties die door de mens verspreid worden. Zo worden harlekijnkikkers in Midden-Amerika bedreigd door een schimmel die parasiteert op de huid van de kikker. Die schimmel kwam vroeger niet voor in de koude bergmeertjes waar deze amfibie leeft. Door de temperatuurstijging in de afgelopen 20 jaar kan de schimmel zich steeds hoger in de bergen vestigen, doordat de meertjes daar inmiddels de voor de schimmel optimale temperatuur bereiken.
Biodiversiteit is kwetsbaar. Soorten sterven uit en door evolutie ontstaan nieuwe soorten. Dat is altijd zo geweest. Maar door toedoen van de mens is het verlies aan soorten wel erg groot geworden. Hoe lang dit kan voortgaan voordat wij mensen zelf ernstig last krijgen van deze biodiversiteitscrisis is een belangrijke vraag.
terug naar het literatuuroverzicht
^