HOOFDSTUK 2 : DE NACHTMERRIE VAN LINNAEUS

HOOFDSTUK 2

DE NACHTMERRIE VAN LINNAEUS

In het vorige hoofdstuk zijn we in snelvaart langsheen de belangrijkste kenmerken van onze evolutie langsgekomen.

In dit hoofdstuk zullen we inzoomen op een aantal specifieke kenmerken van deze evolutie. We zullen stilstaan bij een aantal markante, doch op zich losstaande, feiten die het unieke van onze huidige evolutie moeten duidelijk maken. De gebeurtenissen worden geplukt uit verschillende stadia van de evolutie.

Deze specifieke kenmerken zijn de aanzet om in het volgende hoofdstuk een aantal meer algemene aspecten van het evolutieproces te kunnen afleiden.

1. BESCHRIJVEN EN KLASSEREN VAN DE EVOLUTIE

In het eerste hoofdstuk hebben we de evolutie overlopen zoals die nu bekend is, vanaf de oerknal tot nu.

De reconstructie van de geschiedenis van de evolutie is een combinatie van het werk van vele wetenschappers gedurende vele eeuwen. Met monnikengeduld zoeken de wetenschappers in eerste instantie sporen uit het verleden op. Voor de biologische evolutie zijn deze sporen bijvoorbeeld skeletten van voorhistorische dieren, voor de geologische evolutie zijn dit de vorm en samenstelling van de oudere aardlagen, voor geschiedschrijvers zijn dit de oude geschriften van eeuwen geleden.

Daarna combineren de wetenschappers de bestaande kennis met de gegevens van de nieuwgevonden sporen, om hieruit een nieuwe historische hypothese te lanceren. Deze hypothese moet dan bevestigd worden door het vinden van bijkomende sporen, de "missing links" die de theorie moeten bevestigen.

Een voorbeeld van dergelijk speurwerk vinden we in de zeventiende en achttiende eeuw bij de biologen. Zij probeerden alle levende wezens in kaart te brengen, en uit hun onderlinge samenhang de evolutie te reconstrueren.

Zo heeft de Engelse naturalist John Ray (1627-1705) een classificatiesysteem ontworpen voor planten en dieren. In die tijd verschilden de benamingen van planten en dieren van regio tot regio, en bestonden geen systematische benaderingen voor een algemeen aanvaarde naamgeving. Ray’s classificatiesysteem was gebaseerd op het indelen van gelijkaardige planten en dieren in klassen.

In de achtiende eeuw streefde de Zweedse botanicus Carl von Linné (1707-1778) (beter bekend onder zijn latijnse naam Carolus Linnaeus) hetzelfde na. Dit leidde uiteindelijk tot zijn meesterwerk "Systema Naturae". Dit werk was de grondslag van de moderne taxonomie. Linnaeus klasseerde gedurende zijn leven ongeveer 7000 soorten, die hij onderverdeelde in 2 groepen, namelijk de planten en de dieren. Twee eeuwen later zou de bioloog Whittaker ongeveer 2 miljoen organismen klasseren in 5 groepen, nl. naast de planten en dieren, ook de ééncellige "pro-karioten" (eenvoudige ééncelligen), de Protista, waarin de complexere ééncellige samen met bvb. algen in zetelen en daarnaast ook de groep van de Fungi (schimmels, paddestoelen,...).

Deze indelingen en de structuur ervan geven een zeker beeld van de biologische evolutie. Voor Linnaeus en Ray was het bestaan van de systematiek in de verwantschap van de verschillende planten en dieren een bewijs dat de evolutie een werk van "De Schepper" was. Hoe konden die mooie en complexe relaties tussen structuren anders immers ontstaan zijn ?

Terug naar de index van dit hoofdstuk

2. VERKLAREN VAN DE EVOLUTIE

Op deze vraag bood Charles Darwin, die leefde in de 19de eeuw, een (voor die tijd) zeer gewaagd antwoord. De evolutie was niet het werk van De Schepper, doch van een natuurlijke en geleidelijke evolutie. Darwin gebruikte het werk van de classificatie-inspanningen als bewijs dat het ene organisme door langzame evolutie uit het andere is ontstaan.

Darwin kan daarom terecht beschouwd worden als één der voornaamste denkers op het vlak van de biologische evolutie.

Darwin was zich goed bewust van het -voor die tijd- revolutionaire karakter van zijn ideeën. Vandaar dat hij ongeveer twintig jaar van zijn leven heeft besteed aan het verzamelen van bewijsmateriaal voor zijn theorie. Pas dan publiceerde hij zijn meesterwerk "The origin of species", waarin hij een verklaring geeft voor het ontstaan van de diverse soorten leven op aarde.

De basisidee van zijn evolutietheorie is "de natuurlijke selectie". Dit is een combinatie van een aantal principes :

alle organismen verschillen van elkaar : er zijn geen twee planten of dieren werkelijk identisch. Er is altijd wel één verschil of "variatie" te vinden.

als organismen van elkaar verschillen, kan dit een invloed hebben op zowel hun overlevingskans als op hun voortplanting. Zo zullen bijvoorbeeld sterke dieren, of dieren die beter hun voedsel kunnen opzoeken of bewaren, in veel gevallen ook langer kunnen leven. Bepaalde dieren zijn dus beter aangepast aan de extreme condities in hun omgeving, zoals droogte, koude, hitte. Andere dieren kunnen zich beter beschermen. Sommige dieren doen dit doordat ze giftig zijn. Bepaalde boomkikkers in Zuid-Amerika bevatten in hun huidklieren een enorm krachtig gif. Bovendien melden ze dit ook aan al hun predatoren doordat hun lichaam opvalt door heel felle kleuren. Het is hun specifieke kleur, samen met het feit dat ze gif bevatten, die hun bescherming uitmaakt en dus ook hun overleving bevordert. Het gif van de kikker is zo sterk, dat de lokale indianenstammen in Zuid-Amerika met het gif van deze kikkers de punt hun pijlen bevochtigen. Hiermee kunnen ze niet alleen hun vijanden doden, doch kunnen ze ook efficiënter op prooidieren jagen. Het dodelijke gif van de "gifpijlkikker" bevordert zo de overleving van deze indianen. Het is ook duidelijk dat er een ongelijke strijd is tussen indianen die wel of niet over het gif beschikken.
De organismen die het langste leven, hebben ook de langste tijd om zich voort te planten. Hierdoor wordt het aantal nakomelingen van de langst overlevende groter.

Er is echter een derde principe nodig om "de natuurlijke selectie" zijn gang te laten gaan. De natuurlijke variaties moeten overdraagbaar zijn. De indianen die het gif hebben ontdekt, kunnen dit verder communiceren naar hun stamgenoten. Voor de gifpijlkikkers ligt het anders : ze moeten de capaciteit voor het aanmaken van gif doorgeven aan de volgende generatie. Met andere woorden, het aanmaken van gif moet erfelijk zijn.
De natuurlijke variaties kunnen dus het leven van een individueel dier verlengen, of de kans op nakomelingen verhogen. Enkel echter wanneer deze variaties ook erfelijk zijn, kunnen ze opeenvolgende generaties kenmerken, en dus de eigenschappen van een ganse soort beïnvloeden.

De combinatie van deze drie principes, ligt dus aan de basis van "de oorsprong van de soorten", zoals beschreven in het gelijknamige boek van Darwin. Indien generatie na generaties verschillen worden opgestapeld in het erfelijk materiaal van planten en dieren, zullen de soorten geleidelijk aan meer van elkaar verschillen, en zullen dus ook nieuwe soorten ontstaan. Deze natuurlijke selectie leidt tot een steeds verdere aanpassing van de soorten aan hun omgeving. Deze aanpassing is echter op zich niet voldoende om te leiden tot de vorming van nieuwe soorten.
Nieuwe soorten kunnen enkel ontstaan wanneer een groep wordt afgescheiden, of geïsoleerd van de totale groep waarvan ze deel uitmaken, zodat hun genenpool zich door natuurlijke selectie afzonderlijk kan ontwikkelen van de hoofdgroep waartoe ze behoren. Selectie en isolatie gaan dus hand in hand.

Terug naar de index van dit hoofdstuk

3. HERHALEN VAN DE EVOLUTIE ?

We hebben gezien dat onderzoekers als Linnaeus en Ray zeer belangrijk werk geleverd hebben op het vlak van de beschrijving van de biodiversiteit en van de relaties tussen de verschillende planten en dieren. Darwin is erin geslaagd een stap verder te gaan, door een verklaring te geven voor de geleidelijke biologische evolutie, aan de hand van de principes van natuurlijke selectie.

We kunnen dus de evolutie beschrijven.

We kunnen ook de evolutie (bijvoorbeeld de natuurlijke selectie) verklaren.

Maar kunnen we ook de evolutie herhalen ?

Stel u voor dat de evolutie zoals beschreven in hoofdstuk 1 opnieuw kon starten vanaf de oerknal. Zou de evolutie dan dezelfde zijn ? Zou het werk van Linnaeus en Ray net zo zinvol zijn ? Zouden Linnaeus, Ray en Darwin überhaupt bestaan ?

Het meest correcte antwoord is jammer genoeg neen. Of juister nog : wellicht zouden Linnaeus, Ray en Darwin niet bestaan mochten we de evolutie opnieuw kunnen herhalen. De oorzaak is het toeval. Het toeval speelt een zodanig belangrijke rol in de evolutie, dat het onwaarschijnlijk is dat de evolutie zich tweemaal op dezelfde wijze zou herhalen.

Wanneer we stilstaan bij een aantal markante feiten in de evolutie, zullen we inzien dat een aantal "toevallige" fenomenen, onze huidige evolutie heel sterk hebben beinvloed. Laten we daarom eens dieper ingaan op enkele van deze toevalligheden.

Een vlak heelal

In het vorige hoofdstuk hebben we gezien dat sinds oerknal, alle materie aan het uitdijen is. Het universum expandeert continu ; zonder expansie zou het immers imploderen door de zwaartekracht.

Een vraag die echter kan gesteld worden, is of deze expansie altijd zal blijven voortduren ? Met andere woorden, stel dat we de evolutie zouden herhalen, zou de expansie dan op dezelfde wijze verlopen als in ons huidig heelal ?

Het antwoord hierop is dat deze expansie volledig bepaald wordt door de zwaartekracht van alle materie in het heelal. Uiteindelijk kan het antwoord herleid worden tot 3 alternatieven.

Ons heelal is een "open heelal"

Ons heelal is een "vlak heelal"

Ons heelal is een "gesloten heelal"

De mogelijkheden zijn weergegeven in onderstaande grafiek.

Figuur H2F1 : evolutie van de de omvang van het heelal

Een open heelal zal altijd blijven expanderen. De massa van de materie en de straling is van die aard dat de eruit volgende zwaartekracht niet sterk genoeg is om de snelheid van de expansie te doen afremmen. Bij het gesloten heelal daarentegen is dit wel het geval. De zwaartekracht is zo hoog dat de snelheid van de expansie zal afnemen, en dat het heelal uiteindelijk weer zal inkrimpen. Dit zal uiteindelijk leiden tot een finale implosie (die men in het engels "the big crunch" noemt). Na deze finale implosie zou eventueel opnieuw een oerknal kunnen volgen.

Tussen beide mogelijkheden bestaat een overgangssituatie, waarbij de massa van het heelal net genoeg is om te blijven expanderen : de massa van het heelal ligt op de kritische overgangswaarde.

Volgens de meest nauwkeurige metingen die men hedentendage kan uitvoeren, zit de materiedichtheid van ons heelal uiterst dicht bij de overgangswaarde. Zo dicht, dat men tot op heden nog niet heeft kunnen bepalen of het nu exact op de kritische waarde valt, er net boven, of net eronder.

In elk geval mogen we gelukkig zijn met deze situatie. Immers, zou de massa veel hoger zijn dan de kritische waarde, dan zou het heelal zo snel expanderen, dat er geen condensatie zou optreden van materie onder de vorm van sterrenstelsels, sterren en planeten. Als er geen sterren worden gevormd, zouden er ook geen complexe elementen worden gevormd, en zou er dus nooit leven kunnen ontstaan. Zou de massa veel lager zijn dan de kritische waarde, zou het heelal imploderen nog voor er ook maar 1 ster zou gevormd kunnen worden. Het resultaat zou hetzelfde zijn : ontstaan van leven is niet mogelijk.

Eigenlijk zouden we dus toch niet zo verbaasd moeten zijn over het feit dat ons heelal zich dicht bij een vlak heelal bevindt : we kunnen immers niet bestaan in een ander type heelal, en we bestaan ...

Linnaeus en Ray zouden niet kunnen bestaan hebben in een ander type heelal.

Materie of antimaterie

In ons huidig heelal treffen we vrijwel enkel materie aan. De antimaterie heeft miljarden jaren het pleit verloren.

Aanvankelijk bestond er in ons heelal een gelijke hoeveelheid materie en antimaterie. Op een bepaald ogenblik in de prille evolutie is er echter een toevallige onregelmatigheid ontstaan, die een klein overwicht van de materie over de antimaterie deed ontstaan.

Normaal kan materie omgezet worden in antimaterie en vice versa. Dit kan door uitwisseling van één van de vele elementaire deeltjes, in dit geval de "X"-deeltjes genaamd. Zoals alle deeltjes zijn ook X deeltjes onderhevig aan verval. Merkwaardig is echter dat de "X-deeltjes" niet met dezelfde snelheid lijken te vervallen dan "X-anti-deeltjes", waardoor de omzetting van anti-materie in materie tijdens één van de eerste momenten van de evolutie is gestopt. Immers, door dit onevenwicht van X-deeltjes en X-anti-deeltjes, werd materie minder en minder omgezet in anti-materie.

Omwille van deze toevallige eigenschap van de X-deeltjes, bestaat ons lichaam nu uit materie, in plaats van anti-materie.

We hebben het werk van Linnaeus, Ray en Darwin dus gedeeltelijk te danken aan de X-deeltjes...

Uitsterven van dinosauriërs

De grootste catastrofe die de aarde ooit heeft gekend, ongeveer 65 miljoen jaar geleden, heeft nagenoeg alle leven op aarde vernietigd. Het was de tol voor de inslag van een reusachtige meteoriet op aarde.

Vele soorten planten en dieren zijn erdoor uitgestorven, met als meest kenmerkende soort de toen hoogtij vierende dinosauriërs. Zonder deze rampzalige gebeurtenis, zouden echter vele van de huidige planten- en dierensoorten nooit enige kans van bestaan hebben gehad. Meer bepaald de zoogdieren hebben een zeer sterke bloei gekend na deze ramp.

De ontwikkeling van de mens op aarde is dus versneld door het uitsterven van deze dinosauriërs, veroorzaakt door een toevallige catastrofe.

Atmosfeer en biodiversiteit

In het eerste hoofdstuk hebben we gezien dat de atmosfeer van de aarde aanvankelijk geen zuurstof bevatte. Toen de eerste fotosynthetische organismen zijn ontstaan, is ook het zuurstofgehalte in de atmosfeer geleidelijk aan gaan stijgen. Voor bepaalde organismen was dit zuurstof toxisch. Andere organismen hebben zich echter op een creatieve wijze aangepast aan deze "gevaarlijke" situatie, door deze zuurstof te gaan gebruiken als hulpmiddel bij de energievoorziening in hun metabolisme.

Het is duidelijk dat, indien de atmosfeer niet aangerijkt zou zijn met zuurstof, ook de biodiversiteit er totaal anders zou uitzien. Indien Linnaeus in een dergelijke planeet zijn werk zou moeten herbeginnen, zou zijn meesterwerk er wellicht totaal anders uitzien dan hetgeen hij twee eeuwen geleden heeft afgeleverd.

Co-evolutie

Elke nieuwe evolutie, biedt kansen voor een nieuwe zijweg in het evolutiepad.

Treffend voorbeeld hiervan zijn de talrijke co-evoluties die men in de biologie kan waarnemen. De diverse colibrie’s en bijen zijn uitstekend aangepast aan de bloemen die hun voedsel verschaffen, doordat ze samen ge-evolueerd zijn tot langsheen miljoenen jaren evolutie.

De colibrie zou niet zijn wat hij is, als zijn geliefde bloemen niet bestonden en vice versa.

Indien colibries en bijen in een tweede versie van de evolutie zouden ontstaan, dan nog is de kans groot dat ze niet op dezelfde wijze zouden evolueren. Ook het hoofdstuk over bloemen die door bijen worden bestoven, zou Linnaeus wellicht mogen herbeginnen.

de geboorte

Carl von Linné werd geboren in 1707 in Zweden.

Het meest ingrijpende toeval voor Carl von Linné is wellicht het toeval dat aan de basis ligt van zijn eigen bestaan. Indien negen maanden voor zijn geboorte, niet zijn eigen moeder- en vadercel gecombineerd waren geweest, bestond misschien een broer of zus die we nooit zouden gekend hebben...

Terug naar de index van dit hoofdstuk

4. TOEVAL VERSUS REGELMAAT IN DE EVOLUTIE

Het beperkte aantal voorbeelden die hierboven zijn weergegeven, tonen aan dat vele belangrijke stappen in de evolutie van ons heelal, louter het gevolg zijn van een speling van het lot. Een toevallige gebeurtenis kan, in bepaalde situaties, de evolutie in de ene of de andere richting duwen.

Het heelal kan open zijn of gesloten, materie kan al dan niet ontstaan, planeten kunnen al dan niet geteisterd worden door het invallen van andere hemellichamen, bepaalde gassen zijn voor de ene soort micro-organismen toxisch en voor de andere niet.

Het toeval speelt dus een belangrijke rol in de evolutie.

We mogen deze rol echter ook niet overdrijven.

Ons dagelijks leven wordt in grote mate bepaald en overspoeld door regelmatig voorkomende verschijnselen.

Onze aarde draait klokvast rond de zon, die op haar beurt meedraait in de melkweg, die haar gang gaat met de andere stelsels. De zon is zo betrouwbaar, dat ons dag- en nacht patroon er volledig van doordrongen is.

Tamelijk klokvast (maar toch iets minder betrouwbaar) is bijvoorbeeld ook het openbaar vervoer dat de mobiliteit van vele mensen op aarde regelt. Beeldt u zich maar eens in dat u een buitenlands reis hebt gepland, en dat u zou moeten "gokken" waar u volgende vliegtuig zal landen, en dat ook het uur volkomen toevallig zou zijn, alsook de bestemming van de vlucht die u neemt. Dit zou wellicht een garantie zijn voor een grote chaos.

Beeld u zich ook maar eens in dat een kip een ei legt, en dat dit ei bevrucht wordt ; doch wanneer de kip het ei zal bebroeden, is het onmogelijk te voorspellen wat eruit zal komen. Een mens of een kip of een cactus of een kameel. Deze gedachte komt volkomen surrealistisch over, omdat we zeker weten dat uit het bevruchte ei een kuikentje zal. Ons dagelijks leven zit vol van dergelijke, veelal onbewuste, zekerheden.

De evolutie is dus aan de ene kant gekenmerkt door toevalligheden, doch aan de andere kant ook door zekerheden en regelmatige patronen.

Dit maakt onze kijk op evolutie moeilijker.

Willen we verder gaan dan Linnaeus, en ons niet louter tevreden stellen met het klasseren van evoluties die we op onze aarde kunnen vaststellen ; willen we verder gaan dan Darwin, en ons niet louter tevreden stellen met de verklaring van bijvoorbeeld de natuurlijke selectie op aarde, dan moeten we een andere weg bewandelen.

Dit is wat in de volgende hoofdstukken gebeurt.

Terug naar de index van dit hoofdstuk