Tracés
Artikels
Community
Zoeken
Ook je steentje bijdragen?
Word lid
word lid
De relatie tussen de vorm en de functie van tanden is complexer is dan de biologieboeken doen vermoeden. De grootte en vorm bepalen niet altijd wat een dier eet. Dat heeft vergaande gevolgen voor ons begrip van hoe diersoorten zijn geëvolueerd, ook de mens.
Een avond in 1990, in het Ketambe onderzoeksstation in het Indonesische Gunung Leuser Nationaal Park. In mijn hut aan de oevers van de Alas-rivier verwerk ik mijn notities bij het licht van een kerosinelamp. Iets zit mij dwars. Ik was gekomen om voor mijn doctoraat data te verzamelen over wat de apen hier eten. Het idee was die waarnemingen te linken aan de grootte, vorm en slijtage van hun tanden.
Java-apen hebben grote snijtanden en platte kiezen. Volgens de gangbare opvattingen zijn dat tanden om fruit te eten. Maar de apen die ik de voorbije vier dagen heb gevolgd leken enkel jonge blaadjes te eten. Ik realiseerde mij dat de relaties tussen de vorm en functie van tanden complexer is dan de biologieboeken doen vermoeden. De grootte en vorm van tanden bepalen niet altijd wat een dier eet. Dat heeft vergaande gevolgen voor ons begrip van hoe dieren – inclusief de mens – zijn geëvolueerd.
Ik ben een paleontoloog en verdien de kost door uit fossielen af te leiden hoe uitgestorven soorten zich gedroegen. Ik probeer in het bijzonder te achterhalen hoe dieren aan voedsel kwamen en hoe veranderingen in hun omgeving de evolutie stuurden.
Tanden spelen een rol bij de voedselkeuze. Je hebt het juiste gereedschap nodig. In Ketambe leerde ik dat beschikbaarheid nog belangrijker is. De makaken aten bladeren omdat dat nu eenmaal was wat de natuur op dat moment serveerde. Hun dieet veranderde doorheen het jaar naarmate bladeren ontloken, bloemen bloeiden en vruchten rijpten. Ik begon na te denken over hoe veranderingen in de beschikbaarheid van voedsel in de loop van eeuwen, millennia of nog langere periodes konden beïnvloeden wat een soort eet.
De meeste paleontologen denken zo niet. We zijn het gewoon functie af te leiden uit vorm, vanuit de veronderstelling dat de natuur een organisme uitrust met de meest geschikte werktuigen. Als vorm en functie zo nauw verbonden zouden zijn, aten de makaken geen bladeren. Hoe kunnen we dan voedselkeuzes uit fossielen afleiden?
Ik heb decennia microscopische sporen van slijtage op fossiele tanden bestudeerd, ook bij een aantal van onze voorouders. Andere onderzoekers hebben de chemische sporen van voedsel in fossiele tanden geanalyseerd. Die ‘voedselafdrukken’, zoals ik ze noem, onthullen wat individuen echt aten en schetsen een veel completer beeld dan de vorm van tanden alleen.
In combinatie met inzichten over veranderingen in het milieu, laten ze ons toe hypotheses over de impact van klimaatverandering op de menselijk evolutie te testen. De resultaten helpen te verklaren waarom onze tak van de menselijke stamboom slaagde waar anderen faalden.
Sommige dieren eten niet het voedsel waarvoor ze optimaal zijn aangepast. Terwijl ik mijn onderzoek in Ketambe deed, gingen de meeste wetenschappers ervan uit dat gorilla’s specialisten waren, die stengels en bladeren aten, en het merg uit niet-houtige planten zoals wilde selder. Dat hadden pionier Dian Fossey en anderen aangetoond in de nevelwouden van het Virunga-gebergte in Oeganda en Rwanda.
Dat leek logisch. Gorilla’s hebben erg gespecialiseerde tanden en darmen. Scherpe kiezen om taaie planten stuk te malen en een gigantische dikke darm vol micro-organismen die de cellulose in vezelig voedsel helpen af te breken. Bovendien viel er op die hoogte niet veel anders te eten.
De berggorilla’s in de Virunga zijn een kleine populatie van een paar honderd dieren in een extreme habitat. Wat met de 200.000 gorilla’s die meer dan 1.500 kilometer westwaarts leven in de laaglandwouden in het Congobekken? Die lijken zachte, zoete vruchten te verkiezen. Wetenschappers zagen hoe ze meer dan een halve kilometer stapten, voorbij eetbare bladeren en stengels, om tot bij een boom met vruchten te komen.
Hoe weet je wat een gorilla verkiest? Terug thuis gingen de onderzoekers naar de zoo van San Francisco om het de dieren zelf te vragen. Ze schotelden de mensapen een gevarieerd aanbod voor, van zoete mango tot bittere tamarinde, zure citroen en, uiteraard, taaie selder.
In weerwil van wat hun tanden en darmen deden vermoeden, hadden de dierentuingorilla’s een duidelijke voorkeur voor zoete, vlezige vruchten boven taai, vezelig voedsel. Hoewel gorilla’s optimaal zijn aangepast aan mechanisch en chemisch uitdagend voedsel, is dat niet hun favoriete kost.
In het dierenrijk zijn er veel voorbeelden van soorten die voedsel verkiezen waaraan ze niet optimaal zijn aangepast, een fenomeen dat bekend staat als de paradox van Liem. Karel Liem van Harvard University stelde het voor het eerst vast in 1980 bij Minckley cichliden, zoetwatervissen uit Noord-Mexico. Eén groep vissen had platte, kei-achtige kiezen die perfect geschikt leken om harde slakkenhuisjes te kraken. Maar de vissen zwommen die slakken voorbij als er zachter voedsel beschikbaar was.
Waarom zou een dier tanden ontwikkelen speciaal geschikt voor iets dat het zelden en niet bij voorkeur eet? Zolang die specialisatie in harde kost de consumptie van zachter voedsel niet uitsluit, levert het een dier meer opties op, wanneer daaraan nood is. De paradox is niet zozeer dat dieren voedsel mijden waaraan ze optimaal zijn aangepast. Een gespecialiseerde anatomie kan leiden tot een meer uitgebreid voedingspatroon.
De grijswangmangabeys in Oeganda illustreren dat. Mangabeys hebben platte kiezen met een dikke laag glazuur, die geknipt lijken om hard voedsel te pletten. Biologen zagen ze dag in dag uit, jaar in jaar uit, zachte, vlezige vruchten en jonge blaadjes eten, net als de roodstaartmeerkatten die met hen samenleefden.
In de zomer van 1997 veranderde alles. Na een periode van droogte waren vruchten schaars, bladeren verschrompelden en de apen leden honger. De mangabeys aten meer schors en harde zaden, maar de meerkatten niet. Hun gespecialiseerde tanden en kaken lieten de mangabeys toe terug te vallen op veeleisender voedsel. Zelfs als zo’n aanpassing maar een paar keer nodig is per generatie, kan dat net zijn wat de dieren nodig hebben om moeilijke tijden te overleven.
Toch kan een gespecialiseerde anatomie ook op geliefd voedsel zijn afgestemd. Roetmangabeys in het Taïwoud in Ivoorkust hebben dik glazuur en sterke kaken. Ze verkiezen effectief hard voedsel. Zo vermijden ze competitie met de tien andere primatensoorten die er leven. De voedselkeuze van primaten is complex en hangt niet alleen van de tanden af maar ook van beschikbaarheid, competitie en persoonlijke voorkeur.
Tanden kunnen ons iets zeggen over wat een dier in het verleden in moeilijke omstandigheden in staat was te eten. Voor inzicht in keuzes, hebben we voedselafdrukken nodig. Microscopische tandslijtage, krasjes en putjes die ontstaan op het oppervlak door gebruik, is een vaak bestudeerd voorbeeld.
Soorten die hun voedsel scheuren of snijden, zoals grazende antilopen of jachtluipaarden, krijgen lange, parallelle krassen als tanden langs elkaar heen glijden met ruwe partikels ertussen. Soorten die hard voedsel pletten, zoals notenetende apen of botverbrijzelende hyena’s, hebben doorgaans een tandoppervlak met putjes in uiteenlopende vormen en groottes. Die sporen vervagen en worden in enkele dagen overschreven. Daarom leren ze ons iets over de variatie in wat dieren aten als we naar de tanden van individuen op verschillende momenten en plaatsen kijken.
Door te kijken naar slijtagesporen op de tanden van levende soorten, waarvan we de voedingsgewoontes kennen, kunnen wetenschappers uit sporen op fossielen afleiden wat uitgestorven soorten aten. Om dat te doen, hebben mijn collega’s en ikzelf microslijtage bij menselijke fossielen bestudeerd. Dat leverde verrassende resultaten op.
De menselijke stamboom heeft veel takken. Vandaag is Homo sapiens de enige overblijvende menselijke soort. Ooit deelden meerdere homininen of rechtoplopende mensachtigen (tot voor kort homininen) de planeet. Waarom onze tak overleefde en andere uitstierven, is een openstaande vraag.
Mijn zoektocht naar een antwoord begon met een onderzoek naar het dieet van een van die uitgestorven takken, een groep soorten die behoren tot het geslacht Paranthropus. Paranthropus leefde in Oost- en Zuid-Afrika van 2,7 tot 1,2 miljoen jaar geleden, in het pleistoceen. Geen van die soorten bracht ons voort, maar ze liepen wel gelijktijdig rond met onze vroege voorouders.
Paranthropus had grote, platte kiezen met dik glazuur, zware kaken, en botstructuren die massieve, krachtige kauwspieren verraden. Typische specialisaties voor extreem kauwen. Deze soorten leken prima kandidaten voor een analyse van microslijtage.
In de jaren 1950 geloofden sommige paleo-antropologen dat de grote, platte kiezen met een dikke laag glazuur van Paranthrocus robustus uit Zuid-Afrika waren geëvolueerd om planten fijn te malen: scheuten, bladeren, bessen en taaie wilde vruchten. Beschadigingen van de tanden deden vermoeden dat P. robustus wortels en knollen at waaraan zandkorrels kleefden.
In de jaren 1960 beweerden anderen dat de schade werd veroorzaakt door hard in plaats van zanderig voedsel. Zij zagen in P. boisei een hominine gespecialiseerd in noten kraken. Paranthropus stond in schril contrast met andere Homo-fossielen uit de dezelfde sedimentlagen, met verfijndere tanden en kaken, een groter brein en een prille stenen gereedschapskist voor voedselbewerking.
Wetenschappers kwamen met een elegante verklaring voor dat verschil: de savannehypothese. Naarmate graslanden zich uitbreidden in Afrika, naderden onze voorouders een evolutionaire tweesprong. Paranthropus ging de ene kant op, en specialiseerde zich in hard, droog plantenmateriaal uit de savanne, zoals zaden en wortels. De vroege Homo ging de andere kant uit, met een gevarieerd dieet dat vlees bevatte. Die flexibiliteit verklaart waarom wij hier vandaag zijn, en Paranthropus niet.
In 2005, toen mijn postdoc Rob Scott en ikzelf opnieuw en met nieuwere technologie naar de microslijtage bij P. robustus keken, werd een ander aspect van het verhaal duidelijk. Ja, P. robustus had gemiddeld meer putjes in de tanden en een complexer slijtagepatroon. Maar sommige individuen hadden er veel minder. De microslijtage bij P. robustus was erg variabel, wat suggereerde dat sommigen hard voedsel aten in de dagen voor hun dood, en anderen niet. Met andere woorden: uit de gespecialiseerde anatomie van P. robustus volgde niet automatisch een gespecialiseerd dieet. Ons werk was bewijs voor de paradox van Liem bij homininen.
Een grotere verrassing kwam er in 2008, toen mijn collega’s en ik naar de microslijtage bij P. boisei keken. Dit was ‘de notenkraker’, de soort met de grootste tanden, zwaarste kaken en het dikste glazuur van alle homininen. Ik verwachtte dat de microslijtage bij P. boisei zou lijken op die bij roetmangabeys, met tanden vol kraters zoals het oppervlak van de maan.
Dat was niet zo. Oppervlak na oppervlak vertoonde fijne krassen in alle richtingen. Niet alleen waren deze wezens niet gespecialiseerd in hard voedsel, hun microslijtage vertoonde helemaal geen spoor van harde kost. De notenkrakerhypothese leek in te storten als een kaartenhuisje. Wat at P. boisei dan met die grote, platte tanden? Daarvoor zouden we moeten wachten op een ander type voedselafdruk: koolstofisotopen
Soms blijft de chemische handtekening van voedsel bewaard in de tanden. Net als microslijtage kunnen we die chemische aanwijzingen lezen en ontcijferen. Vergeleken met bomen en struiken bevatten tropische grassen bijvoorbeeld een groter aandeel koolstofatomen met zeven neutronen in plaats van de gebruikelijke zes. De tanden van dieren die tropische grassen eten, bevatten bijgevolg meer ‘zware’ koolstof.
Koolstofisotopen in de tanden van P. robustus wijzen op een dieet waarin bomen en struiken domineren, maar met een flinke portie grassen of zeggen. Die vondst bevestigt een gevarieerd dieet. Bij P. boisei zien we een heel ander patroon, met isotopen die suggereren dat grassen of zeggen goed waren voor driekwart van hun dieet.
Dat was voor veel paleo-antropologen een verrassing. Een koe-achtige hominine? Een zichzelf respecterend lid van onze stamboom zou toch nooit op gras overleven… Maar voor mij hield het steek. Deze soorten verschenen op het toneel toen de graslanden oprukten in Oost- en Zuid-Afrika, en het natuurlijke buffet was bedekt met graszoden. Als P. boisei gras fijnmaalde in plaats van hard voedsel te verpletteren, zou dat precies de microslijtage moeten opleveren die mijn collega’s en ik hadden gevonden. Het zou ook verklaren waarom de kiezen van P. boisei zo snel versleten.
Je zou het nooit te weten komen door enkel naar de vorm van hun grote, platte tanden te kijken, maar voedselafdrukken suggereren dat de twee Paranthropus soorten hun gespecialiseerde anatomie op verschillende en onverwachte manieren gebruikten. Net zoals de mangabeys uit Oeganda lijkt P. robustus een gevarieerd dieet te hebben gegeten, dat harde bestanddelen bevatte.
Bij P. boisei lijkt de relatie tussen tanden en voedingspatroon te verschillen van wat we vandaag zien bij primaten. Grote, platte tanden zijn verre van ideaal om gras te vermalen, maar je moet roeien met de riemen die je hebt. En zo lang dat beter is dan wat homininen voordien hadden, zal de evolutie het bevoordelen, ook al is het niet optimaal.
"Flexibiliteit liet onze voorouders toe zich te verspreiden over de planeet en telkens iets te eten te vinden op de ontelbare verschillende buffetten die de natuur ons voorschotelde."
Microslijtage bij onze directe voorouders van het geslacht Homo wijst op een andere voedselstrategie. Mijn collega’s en ik hebben naar twee vroege soorten gekeken. De meer ‘primitieve’ Homo habilis, een hominine met een kleiner brein, die nog enkele aanpassingen aan een leven in de bomen met zich meedroeg. En Homo erectus, met een groter brein en op de grond levend. Ons onderzoek is beperkt, want om microslijtage te onderzoeken heb je ongeschonden tanden nodig, en daar zijn er niet veel van. Maar ze laten een interessant patroon zien.
In vergelijking met Australopithecus afarensis, zijn vermoedelijke voorouder, en P. boisei, die tegelijk leefde, zien we bij H. habilis een breder spectrum aan microslijtagesporen, van complexe oppervlakken vol putjes tot eenvoudige krassen. Dat doet vermoeden dat H. habilis gevarieerder at dan zijn voorgangers en tijdgenoten. Zijn opvolger, H. erectus, vertoont nog meer variabele microslijtage, wat een nog gevarieerder dieet suggereert.
Die resultaten stroken met de gangbare visie op hoe klimaatverandering de menselijke evolutie heeft vormgegeven, ter vervanging van de savannehypothese. Het klimaat werd op langere termijn koeler en droger, maar er waren op korte termijn ook schommelingen, en die werden steeds intenser in de loop van de menselijke evolutie.
Zo’n onstabiel klimaat zou veelzijdige soorten bevoordelen, ook homininen. Afrika was tijdens het pleistoceen geen goede plek voor kieskeurige eters. Volgens sommige paleontologen vuurde niet zozeer de opmars van savannegras, maar de nood aan flexibiliteit de evolutie van de mens aan.
De grotere hersenen van Homo en stenen werktuigen om een scala een voedingsmiddelen te bewerken, passen in dat plaatje. Ze lieten onze voorouders toe steeds intensere schommelingen in hun leefomgeving te overleven, en stand te houden terwijl de natuur steeds sneller voedsel op en van de tafel toverde. De toenemende variatie in microslijtage van A. afarensis over H. habilis tot H. erectus zou weleens direct bewijs voor die selectie op veelzijdigheid kunnen zijn.
Hoewel het beschikbare bewijs wetenschappers toelaat een beeld te schetsen van hoe de vroege homininen zich aanpasten aan een wereld in verandering, kunnen we dat enkel met een erg grove borstel. Als we willen begrijpen hoe klimaatverandering evolutie stuurt, is specifieke gebeurtenissen linken met veranderingen in de fossielencollectie de grootste uitdaging.
We maken de beste kans om te begrijpen hoe homininen reageerden op een veranderende omgeving, door te kijken naar het meer recente verleden, en plaatsen die uitzonderlijk goed bestudeerd zijn. Onderzoek naar microslijtage bij neanderthalers en de anatomisch moderne mensen die hen in Eurazië verdrongen, werpt een nieuw licht op die gebeurtenis.
Neanderthalers zwaaiden van ongeveer 400.000 tot 40.000 jaar geleden de plak in Europa en West-Azië. Daarna verdwenen ze. Paleo-antropologen discussiëren al meer dan een eeuw over wat er is gebeurd, en waarom. Tot vandaag bestaat daarover nauwelijks consensus.
Populaire verhalen schetsen een beeld van brute neanderthalers, die zich in ijzige omstandigheden, gehuld in dierenhuiden, op mammoet- en wolharige neushoornvlees storten. Zo was het niet altijd. Neanderthalers leefden in uiteenlopende habitats, van koude, droge steppe tot warmere, vochtigere, open boslandschappen.
Recent onderzoek van hun kiezen laat bij neanderthalers uit meer beboste gebieden complexe microslijtage met putjes zien, wat doet vermoeden dat ze vaker harde planten aten. Neanderthalers uit de steppe vertonen daarentegen minder complexe microslijtage, wat wijst op een minder gevarieerd dieet dat voornamelijk uit zacht vlees bestond.
Andere onderzoekers vonden verschillen in de microslijtage op de snijtanden bij beide groepen. Mogelijk bewerkten de steppe-neanderthalers met hun snijtanden dierenhuiden, terwijl de bos-neanderthalers gevarieerder aten. Het lijkt erop dat neanderthalers flexibele eters waren met een voedingspatroon dat mee varieerde met hun leefomgeving.
Bij de anatomisch moderne mensen die in Europa leefden tijdens de laatste ijstijd lagen de zaken anders. We zien niet veel verschil in microslijtage tussen individuen uit open landschappen en meer beboste gebieden. Noch bij oudere, noch bij jongere fossielen. Misschien waren de vroege moderne mensen onder veranderende omstandigheden beter dan neanderthalers in staat hun favoriete kostje te bemachtigen.
Volgens goeroes die het ‘paleodieet’ promoten, moeten we eten wat onze voorouders aten om gezond te zijn. Ze beweren dat veel chronische ziektes een gevolg zijn van het feit dat wat we vandaag eten verschilt van het voedsel waarvoor ons lichaam ‘ontworpen’ is. Het kan zeker geen kwaad ons te realiseren dat onze voorouders geen worstenbroodjes en milkshakes aten. Dat betekent niet dat we ernaar moeten streven een specifiek paleodieet te volgen. Voedselafdrukken leren dat het voedingspatroon van vroege homininen doorheen de tijd en naargelang de plaats varieerde, en dat we hoogstwaarschijnlijk tot flexibele eters zijn geëvolueerd, aangedreven door steeds veranderende klimaten, omgevingen en voedselbeschikbaarheid. Met andere woorden: er bestaat niet zoiets als één dieet van onze voorouders dat we kunnen nabootsen. Flexibiliteit liet onze voorouders toe zich te verspreiden over de planeet en telkens iets te eten te vinden op de ontelbare verschillende buffetten die de natuur ons voorschotelde. Het was de sleutel tot ons evolutionaire succes.
