In Australië gevonden voetafdrukken veranderen theorieën over de oorsprong van reptielen

Opvallende, met klauwen getekende voetafdrukken op een 356 miljoen jaar oude rotsplaat in Australië suggereren dat de reptielen 35 tot 40 miljoen jaar eerder ontstonden dan voorheen werd gedacht.

De voetafdrukken geven ook meer inzicht in de oorsprong van amnioten, een groep waartoe reptielen , vogels en zoogdieren behoren. Daarnaast leveren ze nieuw bewijsmateriaal over hoe dieren de overgang hebben gemaakt van een leven uitsluitend in de zee naar een leven op het land.

Amnioten spelen een cruciale rol in de overgang van het waterleven naar het landleven, omdat ze de enige tetrapoden (viervoeters) waren die zich ontwikkelden om zich op het land voort te planten.

Tot nu toe dateerden de oudste fossielen en voetafdrukken van amnioten uit Canada, die 318 miljoen jaar oud waren. Maar de nieuwe bevindingen, die op 14 mei in het tijdschrift Nature zijn gepubliceerd, zetten die lang gekoesterde aannames op losse schroeven. Ze geven aan dat de transformatie van in het water levende viervoeters naar landdieren waarschijnlijk veel sneller verliep dan wetenschappers zich hadden voorgesteld.

"Ik ben verbijsterd", aldus medeauteur van de studie Per Erik Ahlberg, hoogleraar evolutionaire en ontwikkelingsbiologie aan de Universiteit van Uppsala in Zweden, in een verklaring. “Een enkele plaat voetafdrukken, die een mens kan dragen, zet alles in twijfel wat we dachten te weten over de evolutie van de moderne viervoeters.”

De locatie van de ontdekking suggereert dat Australië, ooit een centraal deel van het oude zuidelijke supercontinent Gondwana - dat ook het huidige Afrika, Zuid-Amerika, Arabië, Madagaskar, Antarctica en India omvatte - een ideale plek zou kunnen zijn om naar meer fossielen van amnioten en reptielen te zoeken - en waar ze vandaan komen, aldus de auteurs van het onderzoek.

Het herschrijven van de evolutionaire geschiedenis

De rotsplaat, gevonden door amateurpaleontologen en medeauteurs van het onderzoek Craig Eury en John Eason in de Snowy Plains Formatie in Victoria, Australië, lijkt twee sets voetafdrukken van hetzelfde dier te bevatten. Het zijn de oudste sporen met klauwen die ooit zijn ontdekt.

De vorm van de voeten lijkt op die van een moderne watervaraan. De exacte grootte van het dier is niet bekend, maar het zou kunnen hebben geleken op een klein, op een varaan lijkend wezen van ongeveer 80 centimeter lang, aldus de hoofdauteur van het onderzoek, John Long, strategisch hoogleraar paleontologie aan de Flinders University. Aziatische watervaranen zijn grote hagedissen die oorspronkelijk uit Zuid- en Zuidoost-Azië komen, terwijl varanen grote hagedissen zijn die veel in Australië voorkomen.

Gebogen klauwen, een belangrijk kenmerk van reptielen, zorgden er mogelijk voor dat deze vroege tetrapode kon graven en in bomen kon klimmen.

Het dier dat de voetafdrukken heeft achtergelaten is het oudst bekende reptiel en ook het oudst bekende amnioot, aldus Ahlberg. En het helpt wetenschappers te ontcijferen hoe viervoeters zijn geëvolueerd.

"Onze nieuwe ontdekking impliceert dat de twee belangrijkste evolutionaire lijnen die hebben geleid tot moderne tetrapoden – de ene, de lijn van moderne amfibieën, en de andere, de lijn die leidt tot reptielen, zoogdieren en vogels – zich veel eerder van elkaar hebben afgesplitst dan eerder werd gedacht, waarschijnlijk al in het Devoon, ongeveer 380 miljoen jaar geleden", aldus Long.

Vóór deze ontdekking werd gedacht dat het Devoon een tijdperk was van vroege visachtige viervoeters en 'vispootjes' zoals Tiktaalik, die zowel kenmerken van vissen als van vroege viervoeters vertoonden en op beperkte schaal de kustlijnen begonnen te verkennen.

Maar het nieuwe onderzoek laat een grote verscheidenheid aan viervoeters zien, groot en klein, waarvan sommige in het water leefden en andere grotendeels of geheel op het land leefden. Ze leefden waarschijnlijk in dezelfde tijd.

"Een van de implicaties van ons onderzoek is dat de diversiteit aan tetrapoden in die tijd groter was en meer geavanceerde vormen omvatte dan eerder werd gedacht", schreef Ahlberg in een e-mail.

Het is van groot belang om te begrijpen wanneer het leven de overgang heeft gemaakt van volledig aquatisch naar terrestrisch, omdat dit een van de grootste mijlpalen is in de evolutie van het leven, aldus Long. Deze overgang liet zien dat dieren niet langer afhankelijk waren van het leven in of bij het water.

Deze overgang vond deels plaats omdat amnioten zich in de loop van de evolutie voortplantten via eieren met een harde schaal in plaats van eieren met een zachte schaal.

"De migratie van gewervelde dieren naar het land was een belangrijk onderdeel, en een fundamentele stap daarbij was de evolutie van het amnioneitje in de directe voorouders van reptielen en zoogdieren", aldus Ahlberg. “Daarom vormen deze gebeurtenissen een sleutelperiode, zowel in onze eigen voorouders als in de geschiedenis van de planeet.”

Het nieuwe onderzoek verplaatst de oorsprong van amnioten veel verder terug naar het Carboon, van 299 miljoen tot 359 miljoen jaar geleden. Dat maakt een veel langere periode mogelijk voor de diversificatie van vroege reptielen, aldus Stuart Sumida, voorzitter van de Society of Vertebrate Paleontology en hoogleraar biologie aan de California State University in San Bernardino. Sumida, die een begeleidend artikel schreef dat gelijktijdig met het onderzoek werd gepubliceerd, was niet betrokken bij het nieuwe onderzoek.

De zoektocht naar de oorsprong van amnioten

Sinds 1980 bestudeert Long oude visfossielen uit de wijk Mansfield, waar de plaat werd gevonden.

"Het gebied rond Mansfield heeft veel beroemde fossielen opgeleverd, te beginnen met spectaculaire fossiele vissen die 120 jaar geleden werden gevonden, en oeroude haaien. Maar de 'heilige graal' waar we altijd naar zochten, was bewijs van landdieren, of tetrapoden, zoals vroege amfibieën. Velen hadden naar dergelijke sporen gezocht, maar ze nooit gevonden – totdat deze plaat voor onderzoek naar ons lab kwam", zegt hij.

Fossielen uit de regio Mansfield hebben al licht geworpen op de manier waarop geslachtsorganen zich mogelijk voor het eerst ontwikkelden bij oude gepantserde vissen.

Nu willen onderzoekers weten welke andere wezens er in Gondwana leefden, naast het oeroude reptiel dat ze vonden.

De bevindingen inspireerden onderzoekers om de zoektocht naar fossielen van vroege amnioten en hun naaste verwanten uit te breiden naar de continenten van het zuidelijk halfrond, aldus Sumida.

"De meeste fossiele vondsten van vroege amniota-skeletten zijn afkomstig van continenten die oorspronkelijk uit de noordelijke delen van Pangea kwamen", aldus Sumida in een e-mail. Deze ontdekkingen suggereren dat de oorsprong van amnioten in deze gebieden zou kunnen liggen. Het lijkt me nu duidelijk dat we onze zoektocht moeten uitbreiden naar vindplaatsen uit het Vroeg-Carboon in Australië, Zuid-Amerika en Afrika.

De grootste krab ter wereld is bijna zo groot als een kleine auto