Paleontologen zijn het erover eens dat een meteoorinslag op het huidige schiereiland Yucatán in Mexico zo’n 66 miljoen jaar geleden het eind inluidde van de niet-aviaire dinosauriërs en van driekwart van alle toenmalige fauna: de zogenoemde vijfde massa-uitsterving. 

De Tanis-vindplaats in North Dakota in de VS is, sinds ze bekend werd in 2019, een van de meest veelbelovende sites over die mijlpaal in de aardse geschiedenis, die de overgang vormt van het geologische tijdperk het Krijt naar het Paleogeen. 

Ze herbergt fossiele fauna en flora: resten van dinosauriërs, pterosauriërs, een mosasauriër, zoogdieren, vissen, een mierennest, planten... Die raakten allemaal nog geen uur na de Chicxulub-meteoorinslag bedolven onder sediment en fossiliseerden daardoor bijzonder goed.

"De inslag deed de continentale plaat beven en veroorzaakte grote golfslagen in rivieren en andere waterlichamen. Dat maakte enorme hoeveelheden sediment los die vissen levend begroeven", zei Melanie During van de Vrije Universiteit Amsterdam en de Uppsala universitet, die het onderzoek leidde dat deze week in Nature is gepubliceerd. 

"Intussen regende het kleine glasachtige bolletjes: gesmolten steentjes die uit de inslagkrater waren weggeschoten, in de lucht verglaasden en tot een paar duizend kilometer verder neerkwamen."

Die bolletjes vonden de onderzoekers terug in de kieuwen van de fossiele steuren van de Tanis-vindplaats, bewijs van hun dood kort na de meteoorinslag. 

"Op de röntgenscans van de Synchrotron in Grenoble waren ze duidelijk te zien", zei Koen Stein, verbonden aan de Vrije Universiteit Brussel en het Koninklijk Belgisch Instituut voor Natuurwetenschappen. "We bestudeerden ook de interne botstructuur van zes fossiele steuren. Daaraan kun je de seizoensgebonden groei aflezen, net zoals bij bomen. De ringen zeggen ons niet alleen hoe oud ze zijn, maar dus ook in welk seizoen ze stierven: toen het op het noordelijk halfrond lente was."

Een tweede aanwijzing werd gevonden in de botcellen van de vissen. Hun grootte en dichtheid veranderen ook onder invloed van de seizoenen. 

"In alle visfossielen konden we de botceldichtheid en -grootte over verschillende jaren heen analyseren. In het jaar van de meteoorinslag waren ze groter aan het worden, maar hadden ze hun piek nog niet bereikt", zei Dennis Voeten van de Uppsala universitet.

Nog een extra bevestiging kwam van een van de fossiele lepelsteuren. Van dat exemplaar werd het stabiele koolstofisotoop geanalyseerd om het voedingspatroon van het dier te reconstrueren. De beschikbaarheid van zoöplankton, zijn lievelingsmaal, fluctueerde naargelang de seizoenen en piekte tussen de lente en de zomer. Lepelsteuren zijn filtervoeders, die plankton uit het water filteren. Dat kan zoöplankton zijn, minuscule diertjes, of fytoplankton, algen en bacteriën zoals blauwalgen die aan fotosynthese doen. 

"Als de steur meer zoöplankton eet, laat dat sporen na in het skelet: meer van het zwaardere koolstof-13-isotoop in verhouding tot het lichtere koolstof-12-isotoop", zei Melanie During. "We zagen bij deze steur dat zijn voedselpiek in dat gedoemde jaar nog niet was bereikt. We mogen concluderen: de grote dood kwam in de lente."

De massa-uitsterving die in de duizenden jaren na de meteoorinslag volgde, is een van de grote breuklijnen in de geschiedenis van het leven op onze planeet: de ondergang van alle niet-aviaire dinosauriërs, van de pterosauriërs, de meeste zeereptielen, de ammonieten, ... terwijl zoogdieren, vogels, krokodillen en schildpadden overleefden.

"We weten nu dat de meteoor net op een gevoelig moment insloeg, toen het op het noordelijk halfrond lente was, het seizoen waarin bij veel dieren de voortplantingscyclus start. De incubatietijd bij reptielen zoals dinosauriërs en pterosauriërs is ook langer dan bij andere diergroepen, zoals vogels, dus zij waren mogelijk gevoeliger voor die plotse verstoring van hun omgeving", zei During.

In het zuidelijk halfrond was het toen herfst. "Dieren die toen al ondergronds aan hun winterrust begonnen waren, onder meer sommige vroege zoogdieren, kunnen zo de eerste maanden na de meteoorinslag, met grootschalige bosbranden, hebben overleefd." Volgens de onderzoekers zijn er aanwijzingen dat de ecosystemen in het zuidelijk halfrond zich twee maal sneller hersteld hebben na de uitstervingsgolf dan in het noorden. 

Studies als deze zullen helpen beantwoorden waarom de ene diergroep aan de uitstervingsgolf ontsnapte en de andere niet, zeggen de onderzoekers.

De nieuwe studie bevestigt de bevindingen van een eerder gepubliceerde studie onder leiding van Robert DePalma van de Florida Atlantic University (FAU) en de University of Manchester. 

Ook die studie komt op basis van analyses van fossiele vissen uit de Tanis-site tot de conclusie dat de dieren in de lente of het begin van de zomer gestorven zijn. 

Verdere bewijzen hiervoor ziet de studie in het ontwikkelingsstadium van jonge visjes die eerder dat jaar uitgekomen zijn en de aanwezigheid in Tanis van fossiele volwassen eendagsvliegen die maar een korte periode leven op het einde van de lente of het begin van de zomer. 

Op de analyse van de fossiele beenderen van de vissen, zowel in deze studie als in de studie van DePalma, is er echter kritiek gekomen. En ook de vindplaats van Tanis zelf is niet onomstreden. Daarom is er in Nature, tegelijk met deze studie, een beschouwend artikel verschenen dat dieper op die problemen ingaat.   

De uitzonderlijke vindplaats Tanis raakte voor het eerst bekend in 2019, nadat een team onder leiding van DePalma een beschrijving van de site gepubliceerd had in een wetenschappelijk tijdschrift. De onderzoekers stelden dat Tanis een neerslag was van de gebeurtenissen minuten tot uren na de inslag van de Chicxulub-asteroïde zo'n 66 miljoen jaar geleden. 

Volgens die studie veroorzaakte de inslag 10 meter hoge golven in een ondiepe zee die zich toen uitstrekte over wat nu het zuiden en het oosten van de VS is. Een van die golven is dan in een riviervallei gespoeld in wat nu North Dakota is, en heeft daar alle organismen op haar weg meegesleurd, samen met veel modder en zand. Toen de golf zich terugtrok, is dat materiaal dan achtergebleven en dat is de Tanis-site geworden. 

Melanie During, die in 2017 op de site opgravingen verricht heeft toen ze nog aan de VU Amsterdam studeerde, beschreef de site als krankzinnig. "Het ziet eruit als een auto-ongeval dat bevroren is in de tijd. Er zijn vissen die rond de takken van bomen gevouwen zijn - je kan zien dat deze golf alles verplaatst heeft", zei ze in het artikel in Nature.

De studie van DePalma over Tanis werd echter erg kritisch bekeken omdat gedacht wordt dat op geen enkele andere vindplaats op aarde een gedetailleerd beeld van de dag van de inslag bewaard is gebleven. 

Veel onderzoekers wezen erop dat de studie geen gedetailleerde beschrijving van de geologie van de site bevat, wat het moeilijk maakt om vast te stellen dat de site het gevolg is van de inslag of van een andere ramp die misschien duizenden jaren vroeger is gebeurd. 

"Voor een site met een dergelijk potentieel belang, zou ik echt wel een lange studie willen zien die dieper ingaat op de afzettingen en de stratigrafie van de site, en die dat ondersteunt met veel beelden en data", zei Thomas Tobin, een geoloog aan de University of Alabama in Tuscaloosa. Hij voegde eraan toe dat dit bijzonder belangrijk is omdat tot nog toe nog maar een beperkt aantal onderzoekers de site hebben kunnen bezoeken. 

DePalma zei dat er een studie op komst is die dieper zal ingaan op de beschrijving van Tanis uit 2019 en hij noemt het een misvatting dat hij de toegang tot de site beperkt.  

De redenering achter de studie van During en haar team, en gedeeltelijk ook achter die van DePalma, is dat de groeipatronen in bepaalde visbeenderen uit Tanis kunnen tonen in welk seizoen de vissen gestorven zijn. 

De beenderen groeien snel in de lente als er overvloedig voedsel te vinden is, maar traag in de winter als voedsel schaars is en dat veroorzaakt een microscopische 'line of arrested growth' (LAG), een lijn van stilstaande groei, in het beenderweefsel.

De onderzoekers maakten met micro-computertomografie hogeresolutiemodellen van zes beenderen van vissen uit Tanis en ze zeggen dat ze LAG's konden identificeren in de zes beenderen en zo konden aantonen dat al de vissen gestorven waren kort na het begin van een nieuwe groeiperiode, in de lente dus.

Michael Newbrey, een bioloog aan de Columbus State University in Georgia vindt dat overtuigend, al had hij wel liever een groter aantal onderzochte stalen gezien, zo zei hij in Nature.  

Een postdoctoraal onderzoeker met kennis van beenderanalyses en de geologie van de streek rond Tanis zei echter dat LAG's omstreden zijn. Hij wil anoniem blijven vanwege de controverse rond de site en zei dat er geen eenvormige definitie is waarover iedereen het eens is van wat een LAG is of hoe je ze moet identificeren. Ook is er volgens hem geen overeenstemming over hoe vaak en waarom LAG's gevormd worden. 

Verder is het volgens hem vreemd dat de studie van DePalma en zijn team, waarin voor een deel ook gebruik gemaakt wordt van LAG's om het tijdstip van de inslag te bepalen, niet vermeld wordt in de studie van During. Volgens During is het antwoord daarop eenvoudig: haar studie was ingediend voor publicatie voor die van DePalma, maar zijn studie is eerst verschenen. Haar studie steunt niet op de gegevens of conclusies van die van DePalma en dus was het niet nodig hem te citeren, zo voegde ze eraan toe. 

DePalma van zijn kant zegt dat overeenkomsten tussen beide studies te verwachten zijn tot op zekere hoogte aangezien de studie van During op dezelfde site ontstaan is en "specimens gebruikte die in bruikleen waren gegeven door ons studiegebied". Hij zegt dat de studies elkaar aanvullen en elkaar op een onafhankelijke manier versterken. 

De studie van During en de onderzoekers van VUB-KBIN, de VU Amsterdam, de Uppsala universitet en de European Synchrotron Radiation Facility is gepubliceerd in Nature. Dit artikel is gebaseerd op een persbericht van het Koninklijk Belgisch Instituut voor Natuurwetenschappen (KBIN) en een beschouwend artikel in Nature.