Het leven met zuurstof werd taaier en harder

De Cambrische explosie is een raadsel Hoe konden 540 miljoen jaar geleden in zo’n korte tijd zo veel nieuwe soorten ontstaan? Zuurstof en roofdier waren de drijvende kracht

Sponzen, bladvormige bodembedekkers en wuivende veerpluimen bevolkten 600 miljoen jaar geleden de oceaanbodem. Illustratie Quade Paul

redacteur biologie

Zeshonderd miljoen jaar geleden was het dierlijk leven nog honkvast. Sponzen, bladvormige bodembedekkers en wuivende veerpluimen bevolkten de oceaanbodem. Maar 540 miljoen jaar geleden, in het Cambrium, waaierde het dierenrijk plotseling uit. Binnen korte tijd ontstonden er dieren met ogen, grijpers, spieren, vinnen, staarten en een muil.

Fossielen van tussenvormen zijn er eigenlijk niet. De overgang van een wereld vol vreemde levensvormen naar eentje waar moderne diergroepen als gewervelden en geleedpotigen de dienst gaan uitmaken is zo abrupt, dat biologen al jaren van een ‘Cambrische explosie’ spreken. Ooit was die een mysterie, maar langzamerhand krijgen biologen grip op het ontstaan van die nieuwe vormen. Niet door nieuwe fossielen, maar dankzij modellen en observaties uit levende natuur.

Zo schreven Britse en Australische biologen vorige week in Current Biology dat het wel meeviel met het explosieve karakter van de Cambrische revolutie. Zij lazen het tempo van de evolutie af uit de stamboom van geleedpotigen. Geleedpotigen lenen zich goed voor zo’n reconstructie, omdat ze zo talrijk en divers zijn. Bovendien leefden er van alle moderne groepen, zoals duizendpoten, insecten, kreeften en spinnen, al voorlopers in het Cambrium.

Om het ontstaan van al die bouwplannen in tijdsbestek van tientallen miljoenen jaren te verklaren, moet de evolutie ongeveer vijf keer zo snel zijn verlopen als vandaag de dag. Dat is snel, maar niet extreem snel, concluderen de biologen.

Maar dat verklaart nog niet waarom de evolutie van dieren in een stroomversnelling raakte. En waarom gebeurde dat aan het begin van het Cambrium, en niet eerder of later? Een team van biologen onder leiding van Andrew Knoll, hoogleraar aan Harvard, kwam anderhalve maand geleden met een elegant antwoord op die vragen, in het tijdschrift PNAS (29 juli, online).

Volgens Knoll en zijn collega’s was het stijgende zuurstofgehalte van de oceanen, 540 miljoen jaar geleden, het startsein voor de Cambrische explosie. Daardoor konden voor het eerst grote, vleesetende roofdieren ontstaan. Dat ontketende een wapenwedloop tussen jager en prooi: ogen, tanden en grijpers werden beantwoord met stekels, pantsers en skeletten. Het leven werd sneller, harder, taaier.

Zuurstof en roofdieren zijn al eerder als drijvende kracht achter de Cambrische explosie genoemd, maar nog nooit in combinatie. Knoll onderbouwt de combinatie met een studie naar het voorkomen van moderne vleesetende borstelwormen in zuurstofrijke en zuurstofarme omgevingen. Van deze zeewormen met borsteltjes aan de uiteinden van hun pootjes zijn duizenden soorten beschreven, van roofwormen tot waterfilteraars.

De biologen ontdekten dat bij lage zuurstofniveaus minder vleesetende borstelwormen voorkomen. Bij de laagste concentraties waren roofwormen soms compleet afwezig.

De onderzoekers denken dat ze op een harde ondergrens zijn gestuit voor het ontstaan van roofdieren. Als het vleesetende borstelwormen na 500 miljoen jaar evolutie nog steeds niet gelukt is om in zuurstofarme milieus te overleven, dan lukte dat de pre-Cambrische dieren al helemaal niet.

Een vleesetende leefstijl is zonder genoeg zuurstof niet op te brengen. Roofdieren moeten groter zijn dan hun prooi, maar hoe groot een dier kan worden, hangt af van hoeveel zuurstof er beschikbaar is. Ook het vangen en bedwingen van prooien kost veel energie en dus zuurstof.

De voedselketen vóór het Cambrium was simpel, volgens Knoll. De dunne, platte en kleine dieren waren grazers, filteraars en afvaleters. Pas toen de vleeseters ten tonele verschenen, kon de wapenwedloop beginnen.