Vissen in het Siluur

Thelodonten waren mysterieuze vissen zonder kaken van rond de 430 miljoen jaar oud. Een amateurgeoloog uit Almere ontdekte dat ze waarschijnlijk de directe voorlopers zijn van de kaakdragers, zoals wij.

Vakantie. De een houdt er een plakboek met foto's aan over, de ander een publikatie in Nature.

Wim van der Brugghen (42) gaat al jaren achtereen elke zomer op vakantie naar Zuid-Schotland. Maar waar andere vakantiegangers runes bezichtigen, rondtoeren met de auto of een flink stuk gaan wandelen, trekt Van der Brugghen met een pikhouweel de bergen in. Niet om te wandelen of te klimmen, maar om op zeldzame fossielen te jagen.

De amateurpaleontoloog is gespecialiseerd in thelodonten, een raadselachtige groep kaakloze vissen die zijn bloeitijd beleefde in het Siluur, ongeveer 400 tot 440 miljoen jaar geleden. Omdat de meeste fossiele thelodonten incompleet en moeilijk te interpreteren zijn, was tot nu toe niet duidelijk waar deze intrigerende dieren in de evolutie van de gewervelde dieren thuishoorden. Maar dank zij vondsten van Van der Brugghen is hun plaats opeens een stuk inzichtelijker geworden. Waar ze eerst als een betrekkelijk obscure, doodlopende zijtak werden beschouwd, lijkt het er nu sterk op dat ze de directe voorgangers waren van de eerste "kaakdragers', voorouders dus van de amfibiën, de reptielen en de zoogdieren, inclusief de mens.

Van der Brugghen woont in een rijtjeshuis in Almere. Na elf jaar lang voor de klas te hebben gestaan, assisteert hij nu zijn vrouw met de produktie en verkoop van Schotse truien. Hun belangstelling voor Schotland komt niet uit de lucht vallen, want Van der Brugghen's vrouw is een Schotse. Zelf kan Van der Brugghen ook moeiteloos overschakelen op een overtuigend Schots accent, bijvoorbeeld wanneer hij zijn zoontjes van 7 en 9 tot kalmte maant.

Op de eerste verdieping bevindt zich de kleine werkkamer van Van der Brugghen, die een collectie uiterst zeldzame fossielen herbergt. De bewoner vertelt dat hij rond 1970 met het verzamelen van fossielen is begonnen. Eerst als een gewone, enthousiaste amateur, geleidelijk aan steeds serieuzer. Met de kennis die hij heeft opgebouwd staat hij nu tussen een professionele en een amateurpaleontoloog in.

""Mijn werk aan thelodonten,'' zegt Van der Brugghen, ""is eigenlijk voortgekomen uit mijn belangstelling voor haaietanden. Daarvan heb ik er destijds veel opgegraven in een bouwput voor een havendok in Kallo, bij Antwerpen. In het 15 miljoen jaar oude basisgrint lagen ze daar zo voor het oprapen. Haaien hebben geen schubben als huidbedekking, maar een soort huidtandjes. Haaietanden zijn niets anders dan speciaal aangepaste vormen daarvan. Ze zitten niet vast in de kaak, maar op de huid.''

Van der Brugghens vondst van een zeldzame vorm van Pliocene haaietanden mondde vorig jaar uit in een publikatie in Grondboor & Hamer, het blad van de Nederlandse Geologische Vereniging. Maar intussen had zijn belangstelling zich al verlegd naar de thelodonten, een mysterieuze groep kaakloze oervissen waarvan de huid geheel met huidtandjes of placode schubben is bedekt. Van der Brugghen: ""Van de meeste thelodonten die in Silurische gesteenten worden aangetroffen, zijn alleen maar die huidtandjes bewaard gebleven. Dat komt waarschijnlijk omdat de kadavers zijn gaan rotten, waarbij gasvorming ontstond en de vis uit elkaar spatte voor hij kon fossiliseren. Afdrukken van complete thelodonten zijn daardoor heel zeldzaam.''

Rijke vindplaats

Op de hele wereld zijn maar enkele formaties bekend waarin intacte thelodonten zo nu en dan worden aangetroffen. Eén zo'n rijke vindplaats of Lagerstätte bevindt zich in Lanarkshire in Zuid-Schotland. Wetenschappelijk gezien zijn de Silurische afzettingen daar zo belangrijk, dat het gebied is uitgeroepen tot een Site of Special Scientific Interest. En dat betekent dat geologische amateurs èn professionals er niet zo maar hun gang mogen gaan.

Niettemin slaagde Van der Brugghen erin om een vergunning te bemachtigen om in dit Silurisch Eldorado naar thelodonten te zoeken. Dat kostte, herinnert hij zich, de nodige moeite. ""De eerste keer dat ik in Lanarkshire veldwerk deed, kreeg ik zo'n grote Schotse kerel mee. Die keek over mijn schouders mee en controleerde precies of ik me wel aan de regels hield. Dat deed ik, en sindsdien krijg ik elk jaar opnieuw permissie om in het gebied te werken.''

Al jarenlang trekt Van der Brugghen, vergezeld van vrouw en kinderen, elke zomer naar Schotland. En hij vindt daar thelodonten in aantallen en van een kwaliteit waar natuurhistorische musea van watertanden. Dat komt, zegt Van der Brugghen, omdat hij een van de weinigen is die van de jacht op thelodonten serieus werk maakt: ""Een mooie thelodont vind je niet zo maar. Daar moet je dagen en nog eens dagen voor hakken. Het is zwaar lichamelijk werk. Veel geologen schrikken daarvoor terug, maar ik vind dat juist heerlijk.''

Eerst moet je de goede lagen vinden, op grond van profielbeschrijvingen, ervaring en soms een beetje geluk. En dan begint het zware werk pas. Je moet grote brokken gelaagd zandsteen loshakken en die brokken vervolgens splijten. Voor je één fossiel vindt, moet je een gigantische hoeveelheid rommel doorwerken.''

Van der Brugghen's gehak heeft zoveel bijzondere vondsten opgeleverd dat zijn verzameling met gemak de grootste en fraaiste is van Nederland en verre omstreken. Maar al is de vinder dan een amateur, de vondsten gaan niet verloren voor de wetenschap. Van der Brugghen publiceert over zijn opgedolven schatten in semi-populaire bladen (als Grondboor & Hamer) en in gespecialiseerde vaktijdschriften. Daarnaast werkt hij samen met wetenschappelijk personeel van natuurhistorische musea in binnen- en buitenland.

Van der Brugghen: ""U moet zich voorstellen wat het betekent om te mogen graven naar Silurische vissen! Normaal gesproken is zoiets voor een amateurgeoloog volstrekt onbereikbaar. Stelt u zich voor: dit zijn vissen uit een oeroude tijd - er waren nog geen hogere planten en gewervelde dieren op het land, de continenten waren nog woest en leeg!''

Van der Brugghen krijgt in zijn werk ondersteuning van het Nationaal Natuurhistorisch Museum in Leiden. Voor deze instelling, maar ook voor andere musea in binnen- en buitenland, heeft hij fraaie stukken verzameld.

In de verdunde azijnzuur

Van der Brugghen is een halve professional, maar opmerkelijk genoeg was het juist zijn amateurstatus die hem in staat stelde om een ontdekking te doen, waard voor publikatie in Nature. ""Het is heel simpel: ik heb hier bij mij thuis een fossiel van een thelodont, Loganellia scotica, in de verdunde azijnzuur gegooid. Dat zou een wetenschappelijk onderzoeker met zulk zeldzaam materiaal niet zo gauw doen. Met zo'n azijnzuurbehandeling maak je het fossiel keurig schoon. Je lost er kalk mee op, maar je laat het calciumfosfaat waaruit de huidtandjes bestaan intact. De microscopisch kleine tandjes zijn na de behandeling puntgaaf uitgeprepareerd.''

De volgende stap was kijken of er in deze uitgeprepareerde vis misschien structuren te ontdekken waren die een licht kunnen werpen op zijn evolutionaire verwantschappen. Daartoe riep Van der Brugghen de hulp in van een Franse expert op het gebied van kaakloze vissen, professor Philippe Janvier van het Laboratoire de Paléontologie van het Nationaal Natuurhistorisch Museum in Parijs. ""Met de scanning-elektronenmiscroscoop,'' legt Van der Brugghen uit, ""maakten we een reis door het hele beest, op zoek naar nieuwe kenmerken.''

Waar het 16 centimeter lange fossiel met het blote oog niet veel meer is dan een vage afdruk, onthult de scanning-elektronenmicroscoop een rijkdom aan details. Wat er dan te zien is van de huid is niet de buiten- maar de binnenkant: men kijkt vanuit het binnenste van de vis aan tegen de onderkant van de huidtandjes. Het meest interessant was een reeks niet-gefuseerde, nooit eerder beschreven huidtandjes in het kopgedeelte. Van der Brugghen: ""De kop is voor de evolutionaire interpretatie van de thelodonten veruit het belangrijkst. De kaakloze vissen haalden adem via een soort neus-keelbuis, een primitief kenmerk dat ze gemeen hebben met de tegenwoordige prikken. Met de scanning-elektronmicroscoop werd de interne struktuur van die buis voor het eerst goed zichtbaar. Bovendien bleek dat de positie van de reukorganen naar de linker- en rechterhoek van de kop was verschoven, net als bij de kaakdragers. Bij de kaakdragers is die ademhalingsbuis verdwenen, maar zijn de reukorganen aan de zijkant blijven zitten. Die plaats is zelfs een definiërend kenmerk van de kaakdragers.

""Bij elkaar wijst dit allemaal op één ding, en dat is dat de thelodonten qua anatomische kenmerken zeer dicht staan bij de latere kaakdragers waar we allemaal van afstammen. Het is zelfs niet uitgesloten dat de thelodonten onze voorouders zijn geweest.'

Van der Brugghen en Janvier meldden hun vondst in de rubriek Scientific Correspondence van Nature (8 juli, Vol. 364, p. 107). Daarmee hebben ze, zegt de thelodontenjager uit Almere, in elk geval de prioriteit van de ontdekking zeker gesteld. Er waren andere kapers op de kust, weet hij, maar nu kan hij met een gerust hart op vakantie.

Bestemming, zoals altijd: Zuid-Schotland.