Oudste complexe levensvormen hadden verrassend gecompliceerde voortplanting

Een van de eerste complexe, meercellige levensvormen had een verrassend gecompliceerde voortplanting. Uit een nieuwe studie blijkt dat Fractofusus zich 565 miljoen jaar geleden al voortplantte op twee manieren: door zaden of knoppen in het water te verspreiden, en door uitlopers, zoals een graslelie of aardbeiplant.
Een fossiel van Fractofusus (foto: Flickr EOL Images/Phoebe Cohen)

Tot nu was er weinig geweten over de levenswijze van Fractofusus, een van de eerste meercellige organismen op aarde. Fractofusus verscheen voor het eerst in het Ediacarium-tijdperk in de zeeën, die toen zo goed als uitsluitend bevolkt werden door eencellige of eenvoudige meercellige microben.

Fractofusus werd zo'n 40 cm lang en had een platte, ovale vorm, die gevormd werd door een reeks van kleine takken die zich uitstrekten over de zeebodem.

"Het had een zeer kenmerkende lichaamsbouw, die volkomen uniek is", zei doctor Emily Mitchell van de University of Cambridge en de belangrijkste auteur van de studie. "Vandaag bestaat er niets meer zoals Fractofusus, wat het erg, erg moeilijk maakt om er ook maar iets van te proberen te begrijpen."

"We wisten zeer weinig, buiten het feit dat het diep in de zee leefde en dat het een relatief groot oppervlak had, dus het haalde zijn voedingsstoffen uit het water. Maar voor we deze studie deden, hadden we letterlijk geen enkel idee hoe het zich voortplantte", zei ze aan de BBC.

Een fossiel van Fractofusus uit Newfoundland (foto: Flickr EOL Images/Phoebe Cohen).

Aardbei

Om er achter te komen hoe Fractofusus zich voortplantte, pasten Mitchell en haar collega's van Cambridge een techniek toe die "spatial point process" genoemd wordt. Ze gebruikten een hoge-resolutie GPS, ruimtelijke statistieken en modellen om fossielen te onderzoeken van de soort. De fossielen zijn afkomstig uit het zuidoosten van Newfoundland in Canada, waar zich een van de rijkste vindplaatsen van fossielen uit het Ediacarium-tijdperk bevindt. Aangezien Fractofusus immobiel was, is het mogelijk om complete ecosystemen te vinden, die bewaard zijn precies zoals ze geleefd hebben. Dat maakt hen zeer geschikt om op deze manier bestudeerd te worden.

De onderzoekers stelden vast dat grotere "grootvader" Fractofusus-exemplaren willekeurig verspreid waren in de omgeving, en dat die omgeven waren door kenmerkende patronen van "ouders" en "kinderen". Dit "generatie-patroon" stemt zeer goed overeen met een model dat bekend staat als het "nested double Thomas cluster model", en dat we kennen van moderne planten. De "grootvaders" zijn daarbij het resultaat van uitgestoten sporen of zaden, die door het water verspreid worden, terwijl de "ouders" gegroeid zijn uit uitlopers van de oudere generatie, en hun "kinderen" dan weer uit uitlopers van de tweede generatie. Dat is ook wat we zien bij bijvoorbeeld aardbeien of graslelies.

Het is daarbij niet duidelijk of de sporen of zaden seksueel waren of asksueel, een soort van knoppen.

"Deze vorm van voortplanting maakte Fractofusus erg succesvol, aangezien ze zowel nieuwe gebieden konden koloniseren, als zich snel verspreiden, eens ze er waren", zei Mitchell in een persmededeling. "Het vermogen van deze organismen om af te wisselen tussen twee verschillende vormen van voortplanting, toont hoe gesofistikeerd hun onderliggende biologie was, wat opmerkelijk is op een ogenblik toen de meeste andere levensvormen ongelooflijk eenvoudig waren."

"Wat uniek is aan Fractofusus, is dat het het oudste grote organisme is onder de fossielen, waarvan is aangetoond dat het zich op twee verschillende manieren kon voortplanten. Het zou dus best kunnen dat het het eerste organisme is dat deze - nu veel voorkomende - strategie ontwikkeld heeft", zei Mitchell aan Motherboard.

Een reconstructie van een kolonie van Fractofusus. Onderaan rechts is er een groot exemplaar, een "grootvader", die omringd is door 5 tot 8 middelgrote exemplaren, de "ouders", die op hun beurt weer omgeven zijn door kleine exemplaren, de "kinderen". (Illustratie: C.G.Kenchington)

Rangeomorfen

Fractofusus behoort tot een groep van de Ediacara-levensvormen die "rangeomorfen" genoemd worden. Ze behoren tot de oudste complexe organismen op aarde, en worden door sommige onderzoekers beschouwd als de eerste dieren, al is het moeilijk om daar zeker van te zijn.

Ze kenden een grote bloei in de oceanen tijdens het late Ediacarium-tijdperk, tussen 580 en 540 miljoen jaar geleden, en ze konden tot wel twee meter lang worden, hoewel de meeste exemplaren zo'n 10 centimeter lang waren. Ze zagen er uit als bomen of varens, en het lijkt er op dat ze geen monden, organen en mogelijkheden hadden om zich te bewegen. Waarschijnlijk absorbeerden ze hun voedingstoffen uit het water rondom hen.

Zoals veel van de levensvormen uit het Ediacarium, verdwijnen de rangeomorfen op mysterieuze wijze aan het begin van de Cambrische periode, 540 miljoen jaar geleden. Daardoor is het moeilijk om rangeomorfen te koppelen aan een modern organisme, of om te ontdekken hoe ze leefden, wat ze aten, en hoe ze zich voortplantten.

"Rangeomorfen lijken op niets anders dat we kennen onder de fossielen, en dat verklaart waarom ze zo'n mysterie zijn", zei Mitchell.

Ze voegde er aan toe dat Fractofusus niet geclassificeerd mag worden als een plant. "Het was zeker geen plant want het kon niet aan fotosynthese doen, er was geen licht zo diep in de oceaan." Maar het was ook geen dier, zei ze. "Fractofusus vertoont geen enkel kenmerk dat we associëren met dieren. Het behoorde tot een nu uitgestorven groep van eukaryoten, maar hoe de rangeomorfen zich verhouden tot de dieren en het ontstaan van de dieren, is ongelooflijk moeilijk vast te stellen."

Mitchell en haar collega's zijn van plan om de ruimtelijke analysetechniek, die nog maar in haar kinderschoenen staat, ook te gebruiken om de voortplantingstechnieken van andere soorten uit het Ediacarium te bestuderen. Ze willen de techniek ook toepassen om te ontdekken hoe deze vreemde organismen op elkaar inwerkten, hoe de verschillende soorten op elkaar inspeelden en op hun omgeving, en welke rol hun grootte daarbij speelde.

Zo reconstrueren onderzoekers langzaam maar zeker een biosfeer die meer dan een half miljard jaar geleden op aarde ontstond. De soorten uit het Ediacarium mogen er dan voor ons erg vreemd uitzien, ze vormen de grondslag van ons moderne ecosysteem. Door hun leven te bestuderen, kunnen we een context creëren voor alles dat na hen gekomen is.

De studie van Emily Mitchell en haar collega's van Cambridge is verschenen in het vakblad Nature.

Science Photo Library

Een voorstelling van een aantal rangeomorfen op de zeebodem.