De zoogdieren waren er vroeg bij

Het bestaande beeld van vroege zoogdieren als schichtige onderkruipsels tussen de machtige dinosaurussen klopt niet. Chinese fossielen onthullen een verrassende en vroege diversiteit. „Ongelooflijk!”

Harig en zo groot als een uit de kluiten gewassen Vlaamse reus. Met ongewoon grote ogen en met sterke kaken die wortels en noten konden fijnmalen. Tussen de dino’s op Madagaskar zwierf hij rond, 70 miljoen jaar geleden. Het was Ventana sertichi.

Zoogdieren in de tijd van de dinosaurussen waren niet alleen maar kruipende, muisachtige beestjes die tussen de reusachtige dino’s alleen ’s nachts in actie durfden te komen. Maar wat ze wel waren, wáár en wanneer ze leefden – daar komt de wetenschap nu pas langzaamaan achter. De recente vondst van unieke fossielen zoals Ventana doet het oude beeld kantelen. Het dier werd woensdag 5 november gepresenteerd in Berlijn, op de jaarbijeenkomst van de internationale Society of Vertebrate Paleontology. Diezelfde avond publiceerde Nature het wetenschappelijk verslag van de vondst.

Deze notenkraker van Madagaskar is het op één na grootste zoogdier dat bekend is uit het Jura en het Krijt (201 tot 66 miljoen jaar geleden). En, belangrijker: hij vertegenwoordigt een complete tak in de zoogdierevolutie die tot nu toe zó onbekend was, dat de groep in stambomen niet eens genoemd werd. „In de periode van 150 miljoen jaar voor het uitsterven van de dinosaurussen namen zoogdieren allerlei vormen aan waar we alleen een fragmentarisch beeld van hebben”, zei onderzoeker Simone Hoffmann van Stony Brook University (VS) na haar presentatie.

De publicatie van Ventana in Nature is de nieuwste in een reeks oeroude zoogdierfossielen, waar vakgenoten met ontzag over spreken. De meeste zijn gepubliceerd na 2012. „Fantastische vondsten”, zegt hoogleraar Anjali Goswami van het University College in Londen erover.

Het rare zoogdier van Madagaskar dat leefde aan het einde van het Krijt (72 tot 66 miljoen jaar geleden) is in die reeks een uitzondering. Alle andere zijn veel ouder, en komen uit een ander werelddeel: uit het Jura van China (165 miljoen jaar geleden). Pionier Alfred Crompton van Harvard, nu emeritus: „Wat er toch allemaal uit dat gebied komt – ongelooflijk.”

Samen geven die fossielen een nieuw en verrassend beeld van de evolutie van zoogdieren. Met grote exotische groepen waarvan nog niemand een blik van had opgevangen. En waarin belangrijke ontwikkelingen plaatsvonden niet aan het einde van de dinotijd, maar al vanaf het begin. Het late Trias tot en met het Jura, circa 220 tot 145 miljoen jaar geleden. „Het Jura was waarschijnlijk de glorietijd van de zoogdieren”, zegt Goswami.

Zeven jaar geleden betoogde de Amerikaans-Chinese hoogleraar Zhe-Xi Luo in een vooruitstrevend reviewartikel in Nature al dat de evolutie van zoogdieren niet gezien moet worden als een lange, moeizame aanloop naar het uitsterven van de dinosaurussen. Luo wees op enkele skeletten die hij of zijn belangrijkste concurrent Jin Meng in de jaren daarvoor in China opgegraven hadden. Zoals Repenomamus, een vleeseter zo groot als een hond (dat is trouwens wel het grootst bekende zoogdier van voor het grote dino-uitsterven). En Castorocauda, een dier zo groot als een fret, met een pels en een beverstaart. Beide behoorden tot uitgestorven zoogdiergroepen. Luo toonde de evolutie van de zoogdieren als een struik, in plaats van een dun boompje met alle moderne vertegenwoordigers in een kruin bovenin. Dat was 2007.

Anno 2014 domineren de Chinezen Luo en Meng meer dan ooit het vakgebied. Ze zijn allebei opgegroeid in China en nu hoogleraar in de VS. Luo werkt aan de University of Chicago, Meng is curator bij het American Museum of Natural History in New York. Beiden graven nog steeds in het noordoosten van China, maar hebben de aandacht verlegd naar een oudere aardlaag: de Tiaojishan-formatie uit het Midden-Jura (174-164 miljoen jaar oud). En allebei halen ze daar ineens het ene na het andere zoogdierskelet naar boven dat in schitterende staat verkeert. Castorocauda was nog maar het begin. Daarna volgden in hoog tempo Juramaia, Rugosodon, Megaconus, Arboroharamiya, Shenshou en Xianshou – de laatste vijf sinds 2013.

De Tiaojishan-formatie is op wereldschaal een unieke zoogdiervindplaats. Tot 1990 waren er wereldwijd „een handvol” fossielen bekend die meer waren dan een paar tanden of een kaakje. De Britse Anjali Goswami vertelt hoe paleontologisch onderzoek naar vroege zoogdieren eruitziet in haar eigen veldwerkgebied in India. Je schept zakken vol gruis op – honderden kilo’s. Die zeef je, en aan het eind heb je een handjevol tandjes, kaakjes en kniegewrichtjes, allemaal enkele millimeters groot. „Die zijn het hardst.” Pas na minutieuze bestudering in het lab blijkt of er iets nieuws tussen zit.

Maar toen kwam China. Eerst was het de Jehol-fauna uit het Krijt (145-66 miljoen jaar oud) die verrassende vondsten opleverde. Maar de afgelopen jaren gebeurt hetzelfde met de Tiaojishan- of Yanliao-fauna – en die komt uit het Jura (201-145 miljoen jaar oud). De twee aardlagen zijn samen te vinden in één gebied dat iets groter is dan Nederland, ongeveer 500 kilometer ten noordoosten van Beijing. Daar openbaren de oeroude zoogdiertjes zich niet als losse tanden, maar als complete skeletten. Jin Meng: „Het fossilisatieproces is uniek. We begrijpen het niet goed, maar het heeft te maken met vulkanisme.”

Warm bloed

Wat ís een zoogdier eigenlijk? Linnaeus schreef in 1758 een definitie waar leken nog steeds prima mee uit de voeten kunnen. Kort samengevat: een zoogdier baart levende jongen, zoogt die met melk, heeft vier poten en een vacht (behalve sommige zeezoogdieren) en heeft ‘warm bloed’. Klopt allemaal, behalve dat van die levende jongen. Linnaeus wist niet dat er ook vogelbekdieren en mierenegels bestaan: zoogdieren die eieren leggen.

Dat die kenmerken zo’n 200 à 150 miljoen jaar geleden ontstonden, is een idee uit de tweede helft van de twintigste eeuw. „Toen zoogdieren ’s nachts én overdag actief werden, werden ze warmbloedig”, vertelt paleontoloog Alfred ‘Fuzz’ Crompton (1927). Hij is een van de mensen die de moderne definitie van zoogdieren vormgaven. „Dit is allemaal speculatief hoor”, vertelt hij aan een tafeltje in het Berlijnse congrescentrum. „Maar ik denk: eerst ontwikkelden ze aanpassingen om ’s nachts warm te blijven zonder te hoeven schuilen – een vacht en een snellere stofwisseling.”

Er zijn zoogdierfossielen uit het Jura met afdrukken van haar. „Daarna kwamen de aanpassingen om overdag af te kunnen koelen als ze rondrenden.” Er ontstaan plooien in het bot van de neusholte, die als warmtewisselaar fungeren, vertelt Crompton. Tegelijkertijd verandert de kaak. De gehoorbeentjes komen los van de kaak en gaan het geavanceerde middenoor vormen. En het contact tussen gehemelte en onderkaak wordt verbroken, zodat het dier efficiënter kan kauwen. „Dat is een belangrijk keerpunt. Ineens ligt de wereld voor de zoogdieren open.” Zulke dieren zien we vanaf het Midden-Jura, wijst Crompton aan op een zoogdierstamboom (174 tot 164 miljoen jaar geleden).

De consensus was: daarvóór en daarna gebeurde er met zoogdieren niks bijzonders, tot 66 miljoen jaar geleden eindelijk die vermaledijde dinosaurussen waren uitgestorven en er ruimte ontstond voor de voorouders van alle huidige zoogdieren: van hazen en apen tot kangoeroes en wombats. Van zoogdieren met een placenta én zoogdieren met een buidel, dus. Fuzz Crompton schreef in 1978 in Nature nog zonder twijfel: „De fossielen laten zien dat 120 miljoen jaar lang de meeste zoogdieren nachtelijke insecteneters waren.”

Maar inmiddels ziet het beeld er heel anders uit. Eén: er gebeurde tussen 165 en 66 miljoen jaar geleden wel degelijk iets bijzonders. Er leefden allerlei gespecialiseerde zoogdieren. En twéé – dat is de nieuwste ontdekking – zelfs 165 miljoen jaar geleden waren er al zó veel verschillende zoogdieren, dat hun geschiedenis nog veel ouder en rijker moet zijn dan we dachten.

Luo, aan de telefoon: „We zien zo veel verschillende vormen, veel diverser dan we ons konden voorstellen. Ons beeld was te beperkt. Kijk naar Vintana! Die heeft het gezicht van een walrus en het jukbeen van een primitieve luiaard. Een heel klein brein, maar een sterk ontwikkeld gehoor. Tot dit fossiel gevonden werd, hadden we nooit gedacht dat dat mogelijk was.”

Met andere woorden: de evolutionaire zoogdierstruik krijgt er onderaan zó veel forse takken bij, dat hij er ineens heel anders uitziet. Jing Meng, per e-mail: „De afgelopen twee decennia ging het vooral om de evolutie van zoogdieren met een placenta. Ik durf wel te voorspellen dat het vakgebied zich de komende tijd gaat richten op de evolutie van álle zoogdieren.”

Meng beschreef sinds 2013 vier nieuwe soorten, die samen een hele tak van de zoogdierstruik in de schijnwerpers zetten. Het is de groep van de ‘haramiyiden’ (afgeleid van een Arabisch woord voor kruimeldief). Haramiyiden werden doorgaans niet als zoogdieren gezien. Ze waren alleen bekend van een paar tanden en kaakjes. Die tanden zagen er raar, niet-zoogdierachtig uit – met twee rijen afgeronde puntjes bovenop. En tanden, daar ging het altijd om bij het vergelijken van vroege zoogdieren – omdat er niks anders voorhanden was. Nog altijd staan de publicaties vol detailtekeningen van het gebit.

Simone Hoffmann, die het Vintana-fossiel van Madagaskar vond: „Tanden waren de kapstokken waaraan we alle zoogdieren ophingen. Het gevolg was dat alle groepen met rare tanden, zoals de haramiyiden, bij elkaar gegroepeerd werden.” Die vielen daardoor buiten de normale zoogdieren. „Maar de schedel en het skelet blijken juist wél zoogdierachtig”, zegt Jin Meng desgevraagd over zijn vondsten.

In Nature wees hij twee maanden geleden (11 september online) bijvoorbeeld op de zoogdierachtige wervelkolom, met echte lendenwervels zonder ribben. En op de goed ontwikkelde ribbenkast, die erop duidt dat de haramiyiden een middenrif hadden. „Een uniek kenmerk dat zoogdieren in staat stelt om sneller te gaan ademhalen als ze snel bewegen.”

En er is meer dan alleen de haramiyiden. De schedel die Hoffmann en haar collega’s op Madagaskar opgroeven, behoort tot een even afwijkende, en nóg onbekendere zoogdiergroep. Vintana is een ‘gondwanatherium’ (Gondwana is het oercontinent op het zuidelijk halfrond). Tot nu toe waren er wereldwijd acht vondsten van de hele groep: losse tanden en twee kaakjes. En die tanden leken helemaal nergens op. Pas met Vintana krijgen die gondwanatheria een gezicht.

Nieuwe interpretatie

De nieuwe vondsten van al die goed bewaarde fossielen hebben een fel debat aangewakkerd over wanneer nu precies de eerste zoogdieren zijn ontstaan. Zowel Jin Meng als de groep die Vintana ontdekte (van hoogleraar David Krause van Stony Brook) gaan ervan uit dat de stamboom van zoogdieren in het late Trias wortelt (228 - 201 miljoen jaar geleden). Er is zoveel variatie, dan móét de zoogdierstamboom wel ouder zijn. Ze baseren zich op overeenkomsten tussen tanden, schedels, skeletten uit (vooral) het Jura. Zelfs oudgediende Fuzz Crompton vindt de nieuwe interpretatie niet onmogelijk: „Haramiyiden echte zoogdieren? Het zou best kunnen. Al zou ik hun gehemelte wel willen zien.”

Luo is het er niet mee eens. Aan de telefoon lijkt hij te aarzelen of hij erover zal beginnen. En dan: „Er waren géén echte zoogdieren in het late Trias. Over drie maanden hebben we een nieuwe publicatie van een nieuw fossiel én een nieuwe stamboom. Geloof me.” Maar, zegt hij ook, de kwestie is niet zo belangrijk. „We zien in die periode heel veel vroege groepen van zoogdierachtige dieren. Die fossielen hebben we nu eindelijk in onze handen. We zien al die experimenten van de evolutie.” En het betekent dat de evolutie stappen heeft gezet die niet voor mogelijk werden gehouden. Veel paleontologen gaan er bijvoorbeeld van uit dat het complexe middenoor, ooit beschouwd als een cruciale drempel naar de zoogdierwereld, in de evolutie drie keer is ontstaan – misschien wel vier keer. Luo: „Dit laat zien hoe evolutie werkt.”

Op het paleontologencongres in Berlijn hunkeren de wetenschappers naar alles wat er nu te ontdekken valt. Anjali Goswami uit Londen wijst net als Simone Hoffmann op het zuidelijk halfrond. „Er is daar weinig opgegraven. Denk aan Afrika, en aan Antarctica! Als dat verandert, kunnen we inzicht krijgen in waar de zoogdieren ontstonden en wáár later de moderne zoogdieren ontstonden.” En Hoffmann: „Kijk wat we nu kunnen doen met CT-scans. Dan kunnen we zien hoe de neusholte van die dieren eruit ziet, of ze al waren aangepast aan warmbloedigheid. Over vijf jaar ziet dit vak er heel anders uit.”