558 miljoen jaar oude cholesterol bewijst dat dieren al bestonden voor de Cambrische explosie
Dickinsonia, een fossiel dat lijkt op een pannenkoek met een fraaie symmetrische tekening, is een overblijfsel van het oudste bekende dier op aarde. Dat blijkt uit een chemische analyse van vetmoleculen die in een zeer goed bewaard, 558 miljoen jaar oud fossiel gevonden zijn. Het vet blijkt cholesterol te zijn, en dat is typisch voor dieren. Met de ontdekking komt er een eind aan een 75 jaar durende discussie, en ze kan onze huidige opvattingen veranderen over hoe dieren en andere complexe levensvormen ontstaan zijn.
Dickinsonia was een vreemd wezen, dat wel 1,4 meter lang kon worden, en dat een ovale vorm had, met ribbels die vanuit het midden symmetrisch over het hele oppervlak liepen. Het wordt gevonden in afzettingen die 558 tot 555 miljoen jaar oud zijn, zo'n 20 miljoen jaar voor de "Cambrische explosie", waarin meercellige wezens het fossielenbestand gaan domineren, en de voorouders van de meeste stammen of phyla van de moderne dieren opduiken, zoals weekdieren, wormen, geleedpotigen, sponzen en chordadieren, waartoe ook de gewervelden behoren.
Dickinsonia behoort tot de Ediacarische biota, een groep van bizarre wezens, waarvan niet duidelijk was wat het waren, vandaar dat ze biota genoemd worden - levende wezens - en niet fauna -dieren. De eerste fossielen ervan werden gevonden in de Ediacara heuvels in Zuid-Australië.
Later werden er ook specimens gevonden in het Podall-bassin in Oekraïne, en rond de Witte Zee in de noordwestelijke arctische regio Archangelsk in Rusland. En die laatste exemplaren bleken het antwoord te bieden op de vraag wat Dickinsonia nu precies was.
Cholesterol en andere sterolen
Ilya Bobrovskiy, een doctoraatsstudent aan de Australian National University (ANU) ontdekte in een afgelegen gebied aan de Witte Zee immers fossielen die zo goed bewaard bleken, dat ze nog cholesterol-moleculen bevatten, een soort vet dat een typisch kenmerk is voor dierlijk leven.
Fossielen die dergelijke biomarkers bevatten, zijn zeldzaam, maar rond de Witte Zee, een randzee van de Barentszzee, liggen er Ediacarische fossielen, waaronder ook Dickinsonia. Een aantal daarvan liggen ingebed in een gefossiliseerde mat van algen, waardoor hun organisch materiaal en hun vetten bewaard zijn gebleven. "Het zijn, in principe, gemummificeerde Dickinosia's", zei paleo-biogeochemicus Jochen Brock in "Nature". "Het is gewoonweg een ongelofelijk meevaller." Professor Brock werkt aan de ANU in Canberra, en hij is de leider van het team dat de nieuwe studie verricht heeft.
Een chemische analyse door het team toonde opvallende verschillen in de samenstelling van de stalen van biomarkers, namelijk de sterolen. Sterolen zijn vetmoleculen die het membraan van een cel soepel en plooibaar houden, en planten, dieren, schimmels en bacteriën hebben allemaal een ander soort sterol dat overheerst binnen hun groep. Dieren maken voornamelijk cholesterol aan, terwijl de schimmels die samen met algen korstmossen vormen, uitsluitend ergosterol bevatten.
En uit de analyses bleek dat de rotsen en de algenmatten die de fossielen omringen, slechts zo'n 10 procent cholesterol bevatten en 75 procent van een ander sterol dat algemeen voorkomt in groene algen. De fossielen van Dickinsonia daarentegen, bevatten 93 procent cholesterol, een duidelijke aanwijzing dat het wel degelijk dieren waren, die zo'n 20 miljoen jaar voor de Cambrische explosie al op de zeebodem te vinden waren.
"De fossiele vetmoleculen die we gevonden hebben, bewijzen dat dieren al groot waren en veelvuldig voorkwamen, 558 miljoen jaar geleden, miljoenen jaren eerder dan tot hiertoe gedacht werd", zei professor Brock in een persmededeling van ANU.
Heilige Graal
Geleerden discussiëren al meer dan 75 jaar over wat Dickinsonia en andere bizarre fossielen van de Ediacarische biota geweest zijn: gigantische eencellige wezens die protisten genoemd worden, bacteriële kolonies, korstmossen, mislukte experimenten van de evolutie of de vroegste dieren op aarde. "Het fossiele vet bevestigt nu dat Dickinsonia het oudste bekende dierlijk fossiel is, en daarmee is een mysterie opgelost dat decennia lang de Heilige Graal van de paleontologie is geweest", zei Brock.
Uit de bevindingen van de studie kan ook afgeleid worden dat de overgang van het Precambrium naar het Cambrium, een overgang waarin de Ediacarische periode valt, slechts een "uitstervingsgebeurtenis" was zoals er meer zijn geweest, waarin één gemeenschap van dieren een andere verving, zo zei Brock in "Nature".
Onderzoekers die een evolutionaire stamboom hebben opgesteld aan de hand van het DNA van nu levende dieren, vermoeden dat de stam van de dieren 100 miljoen jaar voor het Cambrium ontstaan zijn, wat ook nog een flink stuk voor Dickinsonia is. Het vinden van de fossielen van die eerste dieren, en dan nog bewijzen dat het inderdaad dieren zijn, blijft voorlopig nog een uitdaging.
Daarnaast lost de identificatie van Dickinsonia als een dier ook niet alle problemen op met alle vreemde levensvormen uit de Ediacarische biota. Zo zijn er bijvoorbeeld de Rangeomorfen, vreemde varenachtige wezens waarvan er een aantal vastzaten aan de oceaanbodem en andere op de bodem lagen. Dat blijft een mysterieuse groep, en het is niet duidelijk of ze een verband hebben met een ander levend wezen, en zo ja, met welk. "Dat zou voor ons de volgende grote uitdaging zijn", zei Brock in "Nature". "Proberen die vreemde wezens vast te krijgen en te ontdekken wat ze waren."
Aan een touw over een klif
Paleontologen bestuderen normaal de structuur van fossielen, maar het team onder leiding van Brock ontwikkelde een nieuwe benadering van de Dickinsonia-fossielen, die zowat de sleutel vormen voor de overgang van de oude wereld die gedomineerd werd door bacteriën, naar de wereld van de grote dieren, die 540 miljoen jaar geleden te voorschijn kwam tijdens de Cambrische explosie. Het team wilde moleculen uit de fossielen van Dickinsonia halen en analyseren.
"Het probleem dat we moesten overwinnen was Dickinsonia-fossielen te vinden die nog enig organisch materiaal hadden weten te behouden", zei doctoraatsstudent Ilya Bobrovskiy. "De meeste rotsen die deze fossielen bevatten, zoals die uit de Ediacara-heuvels in Australië, hebben een boel hitte ondergaan, een boel druk, en daarna zijn ze verweerd. Dat zijn de rotsen die de paleontologen gedurende verschillende tientallen jaren bestudeerd hebben, wat verklaart waarom ze de vragen over de ware identiteit van Dickinsonia niet konden oplossen."
Het antwoord bleek te vinden op een afgelegen plek in het Arctisch gebied rond de Witte Zee in Rusland. "Ik nam een helikopter om dit zeer afgelegen deel van de wereld te bereiken - waar beren en muskieten thuis zijn -, waar ik fossielen van Dickinsonia zou kunnen vinden met nog intact organisch materiaal", zei Bobrovskiy in de persmededeling.
"De fossielen zaten in het midden van kliffen aan de Witte Zee die 60 tot 100 meter hoog zijn. Ik moest aan touwen over de rand van de klif hangen, en grote blokken zandsteen uithakken, naar beneden gooien, de zandsteen wassen, en dit proces herhalen tot ik de fossielen vond die ik zocht."
Professor Brock zei dat het alles veranderde dat het team in staat was om moleculen te bestuderen van deze oude organismen. "Toen Ilya me de resultaten toonde, kon ik het eenvoudigweg niet geloven", zo zei hij. "Maar ik zag wel onmiddellijk het belang ervan in."
