De verplaatsing van dieren van het land naar de zee is de afgelopen 250 miljoen jaar verschillende keren gebeurd en is op veel verschillende en unieke manieren gedocumenteerd. Maar nu heeft een team van onderzoekers voor het eerst een overzicht gecreëerd dat niet alleen inzicht in de evolutie biedt, maar ook kan helpen de impact van mensen op de planeet nauwkeuriger te beoordelen.
gerelateerde inhoud
- Achter de schermen met curator Nick Pyenson: A New Fossil Whale
De oceanen krioelen van de viervoeters - 'vierbenige' vogels, reptielen, zoogdieren en amfibieën - die herhaaldelijk zijn overgestapt van het land naar de zee en hun benen aanpassen aan vinnen. De overgangen zijn vaak gecorreleerd met massa-uitstervingen, maar de echte redenen zijn slechts gedeeltelijk bekend op basis van fossielen en door studie van bijvoorbeeld het klimaat op aarde.
Die overgangen worden beschouwd als "canonieke illustraties" van het evolutieproces en dus ideaal voor studie; levende mariene tetrapods - zoals walvissen, zeehonden, otters en zeeleeuwen - hebben ook een grote ecologische impact, volgens Neil P. Kelley en Nicholas D. Pyenson, de twee Smithsonian wetenschappers die de nieuwe kijk op deze tetrapods samenstelden, die deze week verschijnen in het tijdschrift Science .
In plaats van bewijs te verzamelen uit een enkel veld, bundelde het paar onderzoek uit vele disciplines, waaronder paleontologie, moleculaire biologie en conservatie-ecologie, om een veel groter beeld te geven van wat er gebeurde toen dieren millennia van het land naar de zee overgingen.
Bijna noodzakelijkerwijs werken wetenschappers in nauwe silo's, dus dit onderzoek zal helpen hun inzichten te verbreden en mogelijk sneller vooruitgang te boeken bij het begrijpen van evolutie. Weten hoe deze wezens zich de afgelopen paar honderd miljoen jaar hebben aangepast, en vooral hoe ze zijn veranderd in het tijdperk sinds mensen verschenen, kan ons helpen betere rentmeesters van de planeet te worden.
"Het is een unieke samenvatting van alles wat bekend is over die verschillende groepen die evolueerden om terug te gaan naar de zee", zegt Louis L. Jacobs, een professor in aardwetenschappen en president van het Instituut voor de Studie van de Aarde. and Man aan de Southern Methodist University. Het artikel legt het allemaal zo neer dat wetenschappers vergelijkingen tussen soorten kunnen maken, voegt hij eraan toe.
"De beoordeling raakt echt de kern van evolutie en waarom de studie van evolutie belangrijk is", zegt Sterling Nesbitt, universitair docent geowetenschappen aan het Virginia Polytechnic Institute en de State University. Nesbitt richt zich op de evolutie van gewervelde dieren - niet op zeedieren - maar hij zegt dat het werk van de Smithsonian onderzoekers hem en zijn studenten bijvoorbeeld zal helpen begrijpen hoe sommige landdieren zich hebben aangepast om in bomen te kunnen leven.
Het onderzoek "biedt ook de evolutionaire context om te begrijpen hoe levende soorten van zee-roofdieren zullen evolueren en zich aanpassen aan het leven in het Antropoceen, " zegt Kelley, de hoofdauteur van het papier en een onderzoeker in het National Museum of Natural History Department of paleobiology. Hij voegt eraan toe dat hij opzettelijk ervoor heeft gekozen om de term 'antropoceen' in de krant te gebruiken. Sommige wetenschappers gebruiken het om het huidige geologische tijdperk te beschrijven, maar ook om te betekenen dat het een tijd is waarin mensen een dominante rol lijken te spelen in de richting van de planeet.
Gedurende een periode van 300 miljoen jaar ontwikkelden vele soorten, variërend van zeehonden tot mosasaurus, onafhankelijk van elkaar gestroomlijnde voorpoten (om te zwemmen) naarmate ze overgingen van het leven op het land naar de oceaan. (Neil Kelley en Nick Pyenson, NMNH) "Het is niet alleen academisch om je voor te stellen wat het lot van deze dieren zou kunnen zijn, " zegt Kelley, eraan toevoegend dat met name mariene roofdieren ecologisch belangrijke spelers zijn. "Het kan een grote impact hebben als we deze roofdieren verliezen", zegt hij.
Het papier van Kelley en Pyenson is afkomstig uit 147 veelal peer-reviewed studies op verschillende gebieden, waardoor een rijk overzicht wordt gegeven van enkele van de parallelle aanpassingen die plaatsvonden bij een aantal mariene tetrapod-soorten. Dat is buitengewoon verleidelijk, zegt Jacobs.
Onder de vele draden benadrukt het werk een relatief nieuwe onderzoekslijn genaamd fossiele pigmentreconstructie, een techniek die wetenschappers de mogelijkheid biedt om uit een fossiel de kleur van een oude vogelveer of van een prehistorische reptielenhuid te bepalen. Kleuring kan aanwijzingen geven over de manier waarop soorten zich aanpassen aan hun omgeving. Een studie, bijvoorbeeld, onthulde dat oude mariene reptielen een donkere kleur hadden, "mogelijk voor temperatuurregeling of ultraviolente lichtbescherming", schrijven de onderzoekers.
Genomische studies helpen ook om de redenen samen te voegen waarom zeedieren met verschillende voorouders van het land vergelijkbare aanpassingen lijken te hebben ontwikkeld toen ze de oceaan ingingen, volgens de auteurs. Zowel walvissen als zeehonden zijn bijvoorbeeld geëvolueerd om myoglobine - een zuurstofbindend eiwit - in hun spieren op te slaan. Dit geeft de diepe duikers de mogelijkheid om langdurig onder water te overleven. Voorafgaand aan genomics hadden wetenschappers dat vergelijkbare vermogen niet tot op moleculair niveau kunnen achterhalen, zegt Kelley.
Maar nu kunnen ze zien dat deze verschillende soorten zeeduikers dezelfde cellulaire mechanismen kunnen hebben. "Er is een diep evolutionair verband daar, " zegt Pyenson, conservator van fossiele zeezoogdieren in het Natural History Museum. De vraag is nu of genetische sequenties kunnen worden gekoppeld aan specifiek gedrag of lichaamstype, of ademhalingsvermogen of vinontwikkeling. "We weten het nog niet, maar we kunnen de komende vijf jaar of zo, " voegt Kelley toe.
Gescheiden in de tijd door meer dan 50 miljoen jaar, stammen moderne dolfijnen en uitgestorven ichthyosaurus af van verschillende terrestrische soorten, maar ontwikkelden nog steeds een vergelijkbaar visachtig lichaam. (Dolphin, NOAA. Ichthyosaur, met dank aan Lindgren et al, Nature Publishing Group) De review bundelt ook verschillende studies die de impact van mensen op de evolutie van tetrapod laten zien. Mensen hebben op een verscheidenheid aan tetrapoden gejaagd bijna tot uitsterven, en menselijke activiteit lijkt indirect de verdwijning van anderen te bespoedigen. Zes van de zeven soorten zeeschildpadden worden bedreigd. En de Yangtze River-dolfijn, alleen in die rivier in China, werd in 2006 uitgestorven verklaard als gevolg van scheepsongevallen en aantasting van habitats.
Maar sommige viervoeters zijn mensen te slim af. Grijze walvissen, waarvan men dacht dat ze alleen in de Stille Oceaan leefden, zijn onlangs in de Atlantische Oceaan gevonden. "De beste gok voor hoe ze daar zijn gekomen, is dat ze zich door het Noordpoolgebied verplaatsen, " zegt Kelley en merkt op dat het ijs voldoende is gesmolten om een doorgang via het water mogelijk te maken. Het fossielenbestand laat zien dat grijze walvissen ooit zo'n 100 miljoen jaar geleden in de Atlantische Oceaan leefden, dus hun verplaatsing terug kan een herkolonisatieproces zijn, zegt Kelley.
Kelley en Pyenson hopen dat hun paper meer samenwerking motiveert, bijvoorbeeld tussen paleontologen, biologen en natuurbeschermers, om het verleden en het heden samen te brengen - vooral om zeedieren nader te bekijken. Mensen 'hebben een grote impact op de toekomst', zegt Pyenson. De beoordeling helpt de vraag te beantwoorden: "Wat gaat het lot zijn van deze ecologisch belangrijke soorten?"
"Inzicht in de oceaan is van vitaal belang voor de mens op deze planeet", zegt Jacobs, die opmerkt dat deze een belangrijke rol speelt in het ecosysteem. Maar hij voegt eraan toe dat mensen de oceaan veranderen - wat leidt tot stijgende zeespiegel en stijgende temperaturen, evenals veranderingen in zoutgehalte en zuurgraad, die allemaal dieren benadrukken. "We kennen niet alle onvoorziene gevolgen van wat deze fysieke veranderingen zullen veroorzaken."
Een assortiment mariene tetrapoden uit het Krijt-tijdperk uit de buurt van het einde van het 'tijdperk van de reptielen', waaronder een zeeschildpad, een vroege niet-vliegende zeevogel, een grote mosasaurus en een elasmosaurus met lange hals. (Kunstwerk van Karen Carr / NMNH)
