Gondwana, de Sneeuwbalaarde en de Cambrische explosie van het leven

08-07-2024

In tijden waarin het zeeleven explodeerde in een grotere biodiversiteit dan ooit tevoren, lagen alle zuidelijke continenten bijeen in één landmassa, het supercontinent Gondwana. Dit oercontinent komt niet voort uit de mythologie, zoals Atlantis, maar heeft echt bestaan. Het werd gegeseld door intense klimaatverandering; haar ruige oppervlak werd afwisselend bedekt door landijs, moerasbossen en woestijnen, en het leven transformeerde van piepklein naar reuzengroot. Dit alles maakt van Gondwana wel degelijk een oord van mythische proporties.

Tekst: Kathelijne Bonne

Chromolithografie van W. Koehler, naar Ernst Haeckels schilderij uit 1882 met een jungletafereel aan de Kelany-Ganga (Kelani-rivier) in Ceylon (het huidige Sri Lanka), gedrukt in Haeckels Wanderbilder (1905).
Chromolithografie van W. Koehler, naar Ernst Haeckels schilderij uit 1882 met een jungletafereel aan de Kelany-Ganga (Kelani-rivier) in Ceylon (het huidige Sri Lanka), gedrukt in Haeckels Wanderbilder (1905).

Gondwana lag op de Zuidpool, een geologisch Terra Australis. Het omvatte Afrika, Zuid-Amerika, Australië, Antarctica, India, Madagaskar en fragmenten van kleinere continenten, zoals Adria, Turkije, Iberia, Arabië, Iran, stukken China en Indochina, en het meer mythisch klinkende Avalonia, Armorica, de Hun-terreinen, Cimeria en andere.

Gondwana ontstond ongeveer 650 miljoen jaar (650 Ma) geleden, aan het einde van het Neoproterozoïcum toen er alleen leven was in de zee, en viel uiteen tijdens het Juratijdperk (180 Ma). 

Gondwana (KB)
Gondwana (KB)
Vereenvoudigde Geologische tijdschaal met tijdspannes gebruikt in dit artikel.
Vereenvoudigde Geologische tijdschaal met tijdspannes gebruikt in dit artikel.
Precambrisch gesteente uit Oeganda. (KB)
Precambrisch gesteente uit Oeganda. (KB)

Gondwana kreeg vorm toen oudere continenten, "kratons", samensmolten tijdens een lange episode van gebergtevorming: de Pan-Afrikaanse Orogenese. De geologische krachten waaruit Gondwana ontstond zijn nog steeds herkenbaar in hoe het gesteente vervormd en gebroken is. De gesteentemassa's liggen in brede plooigordels, die de afgesleten overblijfselen zijn van de enorme Trans-Gondwana Mountains. De "Mozambique Belt" langsheen Oost-Afrika is zo'n plooigordel en zag er ooit uit als de Himalaya, misschien zelfs hoger, maar zijn nu volledig afgesleten. Deze oeroude structuren zijn echter niet helemaal inert of passief, niets is dat ooit in de geologie. De Oost-Afrikaanse Slenk die Afrika als een rits in twee scheurt, baant zich een weg door de aardkorst via de Pan-Afrikaanse structuren van Gondwana; of simpeler gezegd: nieuwe scheuren ontstaan waar de aardkorst vroeger al eens gebroken was. Een half miljard jaar mogen dan vervlogen zijn, de planeet hergebruikt alles.

Traagste kringloop

Gondwana is niet het enige supercontinent dat ooit heeft bestaan. De continentale 'puzzelstukken' van Gondwana lagen ooit bijeen in Rodinia. En dat werd voorgegaan door de nog oudere supercontinenten Kenorland, Nuna, Ur en Vaalbara in een steeds waziger verleden. Er is inderdaad sprake van een cyclus van supercontinenten, die het ritme van een extreem traag kloppend, immens oud hart lijken te volgen. Misschien is dit wel de machtigste van alle kringlopen die van onze planeet een dynamische wereld maken.

Sneeuwbal Aarde

Gondwana ontstond na een onmenselijke ijstijd, waarnaast de Pleistocene IJstijden helemaal wit zouden wegtrekken. Tijdens het Cryogeen (720-635 Ma) moet onze planeet eruitgezien hebben als een egale witte bol, een Sneeuwbalaarde. Vanuit de ruimte kon je Gondwana niet zien liggen, het lag onder een deken van sneeuw en ijs. Het was de koudste en langste ijstijd die de planeet ooit heeft doorworsteld. Bij de evenaar was er waarschijnlijk wel ijsvrije open zee (daarom stapt men af van de Engelse term Snowball Earth maar zegt men Slushball), waardoor de waterkringloop kon blijven draaien en microscopisch leven betere overlevingskansen had (hoewel het ook mogelijk is om zonder zonlicht te overleven). Na een paar ijzige stuiptrekkingen trok het ijs zich finaal terug, waarschijnlijk door de toename van broeikasgassen die werden uitgestoten door vulkanen, inert als ze zijn voor de chaos aan het aardoppervlak. Op het Cryogeen volgde de warmere periode van het Ediacara.

Ediacara Fauna

Tijdens het Ediacara (635-539 Ma) was de ontwikkeling van meercellig leven in volle opmars. Hieruit sproten enkele van de meest bijzondere wezens die ooit zijn teruggevonden: de Ediacara biota. Het zijn sprookjesachtige, weke organismen, waarvan vele nog steeds niet kunnen worden ondergebracht in de stamboom van het leven - die hoe dan ook een kunstmatige constructie is. Ze vertonen geen duidelijke verwantschap met latere, meer bekende levensvormen. Terwijl later leven waarschijnlijk voortsproot uit Ediacara-achtige organismen, zou de Ediacara biota zelf wel eens een fantastisch maar tot mislukken gedoemd experiment van het leven geweest kunnen zijn geweest. We hebben geluk dat hun weke lichamen überhaupt bewaard zijn gebleven. Anders was deze wonderbaarlijke wereld aan ons voorbijgegaan. 

Het einde van het Ediacara-tijdperk sloot ook het lange Precambrium af, dat 80% van de leeftijd van de aarde in beslag nam: van haar ontstaan 4,6 miljard jaar geleden, via het ontstaan van de Maan, tot het aanbreken van het Cambrium.

Dickinsonia costata, een exemplaar van de Ediacara biota (Verisimilus/Wikipedia).
Dickinsonia costata, een exemplaar van de Ediacara biota (Verisimilus/Wikipedia).

Cambrische explosie

Er veranderde veel 539 miljoen jaar geleden, zo niet alles. Dit was het begin van het Fanerozoïcum (539- 0 Ma), het huidige eon waarvan het Paleozoïcum (539-250 Ma) de eerste era en het Cambrium (539-485 Ma) de eerste periode is. Het leven explodeerde in allerlei vormen en gedaanten en veranderde het aanzicht van de aarde voorgoed. Opvallend zijn de dieren met een exo-skelet of pantser, die goed fossiliseren, zoals trilobieten, en die een enorme diversiteit aan soorten hebben voortgebracht. Het leven was  plots 'zichtbaar' in de gesteenten, vandaar de naam Fanerozoïcum ("zichtbaar leven" in het Grieks). Vroeger leek het alsof het leven ineens begon in het Cambrium, men had nog geen technieken om ouder leven waar te nemen of herkennen, en men wist in eerste plaats niet dat het bestond. Onder andere Darwin had moeite met dit "plotselinge verschijnen" van leven. Er moest iets vóór het Cambrium geweest zijn, in het pre-Cambrium?

Schets van Gondwana en twee trilobieten. (KB)
Schets van Gondwana en twee trilobieten. (KB)

Deze biologische gebeurtenis waarbij op zeer korte tijd een enorme soortenrijkdom verscheen staat bekend als de Cambrische Explosie. Het was en is nog steeds een van de meest verbijsterende transformaties in de evolutie van het leven, omdat er een volstrekte uniekheid was in de verscheidenheid en de dispariteit van nieuwe stammen en het verschijnen van extreem diverse bouwplannen (lichaamsontwerp). De basis voor het bouwplan van alle moderne dieren werd gelegd, inclusief datgene dat met een wervelkolom is uitgerust: de Chordata (chordadieren) waartoe alle gewervelden en ook wijzelf behoren.

In deze nieuwe wereld van het Paleozoïcum zagen de levensvormen er niet meer delicaat uit zoals tijdens het Ediacara, maar stevig en gepantserd zoals de fauna die uitzonderlijk gedetailleerd en talrijk bewaard zijn gebleven in zogenaamde 'lagerstätten'. De Burgess Shale (Canada) en de Maotianshan Shales (China) van het Cambrium horen bij de bekendste lagerstätten ter wereld, met ongelooflijke dieren zoals Wiwaxia, Anomalocaris en Marella splendens zoals beschreven in Wonderful Life van Stephen Jay Gould. 

Ondertussen veranderde de vorm van Gondwana zelf, in slowmotion, overgeleverd aan de polsslag van de platentektoniek, schijnbaar inert voor al het gekrioel, geplens en geëvolueer van leven in de omringende zeeën. Het vasteland van Gondwana lag er aanvankelijk kaal en woest bij, als een Mars-achtig landschap, totdat het leven de kusten zou gaan verkennen en het water verlaten. 

Trilobiet: Walliserops trifurcatus (Kevin Walsh / Wikipedia).
Trilobiet: Walliserops trifurcatus (Kevin Walsh / Wikipedia).

In het Siluur kreeg het leven vaste voet aan land. Eerst waagden alleen schimmels, korstmossen en microscopische organismen zich boven de waterlijn, maar mossen, varens, vaatplanten en dieren volgden al snel en creëerden een groene wereld vol grote insecten en ritselende wouden. Een grote libel, meganeura, zweefde dreigend boven meer bedeesde geleedpotigen die zich in de ondergroei van dichte moerasbossen schuilhielden. Er moet veel gezoem, gekraak en gemurmel zijn geweest, maar nog geen gezang van vogels. Er waren ook geen bloemen of zoogdieren. Er waren wel vissen en coelacanthen, maar geen walvissen of dolfijnen. Dat waren viervoeters die pas honderden miljoenen jaren later terugkeerden naar de zee.

Pangaea

Laurasia en Gondwana vormen Pangea.
Laurasia en Gondwana vormen Pangea.

Aan het einde van het Paleozoïcum ontstond het laatste en grootste supercontinent van allemaal: Pangea. Gondwana was gebotst met Laurasia (Noord-Amerika en Eurazië). Eromheen lag een grote wereldoceaan, Panthalassa, met de Tethys als inham aan de oostkant. Tijdens het Perm was Pangea op haar grootst. Het klimaat werd verzengend heet, dor en droog, en een bijna onleefbare globale omgeving leidde tot een ineenstorting van de globale biodiversiteit, die naar een dieptepunt zonk in de Perm-Trias massa-extinctie. Ook de trilobieten, die de wereld een kwart miljard jaar lang onveilig hadden gemaakt, overleefden deze klimaatschok niet en gingen ten onder samen met 90% van al het leven.

Maar het leven dat wel overleefde, dat ternauwernood door de flessenhals kroop, stond aan de basis van een waaier aan nieuwe soorten - alle niches stonden open - en het creëerde ecosystemen die de grootste van alle dieren konden schragen: de dino's.

Einde van Gondwana

Tijdens het Mesozoïcum (252-66 Ma) viel Gondwana langzaam uiteen. Grote slenken verbreedden zich tot oceanen – een beetje zoals de Rode Zee vandaag – en braken Gondwana op in de continenten die we nu op de landkaart herkennen. Afrika en Zuid-Amerika dreven uiteen, misschien wel het meest symbolisch voor het einde van Gondwana. Hun nu ver verwijderde kusten passen nog steeds als twee puzzelstukken in elkaar, waar hun ooit verbonden bergketens van elkaar zijn afgesneden, liggen nu 'nieuwe' Atlantische stranden.

Sommige onderzoekers plaatsen de laatste stuiptrekkingen van Gondwana nog later, in het Cenozoïcum (66-0 Ma). Zuid-Amerika en Antarctica waren de laatste "kinderen van Gondwana" die elkaars hand tot het einde vasthielden. Deze laatste landbrug werd verbroken toen de Drake Passage zich opende, nu een van de woestste zeeën ter wereld. Antarctica raakte geïsoleerd op de zuidpool, het werd volledig omgegeven door de krachtige, ijskoude Antarctische circumpolaire stroming, waardoor dit continent vergletsjerde en de planeet langzaam een koelere wereld intolde, een trend die zou uitmonden in de Pleistocene ijstijden.

Doordrongen van leven

Het lijkt alsof leven, platentektoniek en klimaat onafhankelijk van elkaar en aan uiteenlopende tempo's voortschrijden, het ene inert voor het andere. Maar alles is met elkaar verbonden, zelfs de platentektoniek wordt waarschijnlijk enigszins beïnvloed door de acties van het leven. De opkomst van het meercellige leven van het Ediacara vlak na de Sneeuwbalaarde is waarschijnlijk niet toevallig. De intense kou kan het leven aangezet hebben tot het ontwikkelen van nieuwe, extreme oplossingen. 

Er wordt ook onderzocht of Gondwana zelf, en de massale erosie van haar bergen, kunnen hebben bijgedragen aan de Cambrische Explosie door de verhoogde toevoer van mineralen naar de zee. Het leven werd er letterlijk door gevoed en kreeg vinnen, poten, ogen en vleugels. 

Pangea Proxima

Geologen kunnen nu al modelleren hoe het volgende supercontinent eruit zal zien, Pangaea Proxima. Afrika zal verder naar het noorden drijven en de Middellandse Zee, die al stuiptrekkingen heeft gehad in de vorm van de Messiniaanse crisis, zal verdwijnen. Maar geen nood, volgens sommige kaarten zal er ergens binnen Pangaea Proxima een nieuwe Middellandse zee ontstaan.

Wat we niet weten, is of de mensheid er nog zal zijn om op Pangea Proxima te leven en een supercontinent met eigen ogen te zien.

-------

Ontdekking van Gondwana: De naam Gondwana werd voor het eerst gebruikt door Eduard Suess (1831-1914), geïnspireerd door het land van de Gonds in India, zie het artikel over de rupsbanden van de planeet. Hij had redenen om te geloven dat een oud groot continent had bestaan, maar de tijd was nog lang niet rijp voor het concept van platentektoniek. Het was Alfred Wegener (1880-1930) gaf deze hypothese vorm, en na zijn dood bleek hij gelijk te hebben, zoals Arthur Holmes (1890-1965) bewees aan de hand van geomagnetisme. Het vage, voorheen bijna onmogelijke idee van Gondwana was uitgekristalliseerd tot een wereld die echt had bestaan. 

-----

Alfred Wegener (1880-1903).
Alfred Wegener (1880-1903).


Bronnen

Zhu, Maoyan and Xian‐Hua Li. "Introduction: from snowball Earth to the Cambrian explosion–evidence from China." Geological Magazine 154 (2017): 1187 - 1192.

Hoffman, Paul F. et al. "Snowball Earth climate dynamics and Cryogenian geology-geobiology." Science Advances 3 (2017): n. pag.

Zhuravlev, A.Y., Wood, R.A. The two phases of the Cambrian Explosion. Sci Rep 8, 16656 (2018). https://doi.org/10.1038/s41598-018-34962-y

Various Wikipedia sources.