SciLogs International .com.be.es.de

Recentste blogposts RSS

Belgische wijsheid en oude Chinezen

20. Maart 2012, 10:03

Menselijke resten uit Zuidwest-China van 11.500-14.300 jaar oud tonen een opmerkelijke combinatie van primitieve en moderne kenmerken en geven nieuwe inzichten in onze recente evolutionaire geschiedenis.  De vondst is belangrijk omdat het komt uit een gebied dat gekend staat als een hotspot van humane genetische diversiteit maar waarvan tot hiertoe nog weinig resten accuraat beschreven zijn.

Onze menselijke stamboom zit ingewikkeld in elkaar (zie ook vorige blogs), dat is opnieuw duidelijk door de vondst van nieuwe fossielen. Onderzoekers uit Australië en China vonden in twee grotten in Zuid-China de resten van schedels, onderkaken, tanden en diverse skeletfragmenten van verschillende individuen. Datering van de sedimenten waarin de resten ingebed waren, leverde een ouderdom van 11.500-14.300 jaar op, wat overeenkomt met het einde van het Pleistoceen. Correcte datering is op zich al een hele klus, het ineenpuzzelen en reconstrueren van de fossiele resten is nog van een heel andere orde.

Dankzij medische beeldvorming en geavanceerde computertechnologie zijn er heel wat nieuwe mogelijkheden om een snellere en meer accurate reconstructie te maken van fossiele resten. Voor het bestuderen van de Chinese fossielen, maakten de onderzoekers gebruik van 3D-visualisatie software van Belgische makelij (Materialise), dat onder meer wordt gebruikt voor additive manufacturing (3D-printing) en orthopedische chirurgie, maar ook een bijzonder waardevolle tool is voor onderzoek. Er werd een CT-scan genomen van de schedelresten, en met behulp van de software kon hieruit een virtuele endocast gemaakt worden. Een endocast is een afgietsel van de hersenen en van omliggende bloedvaten waaruit belangrijke informatie gehaald kan worden zoals hersenvolume, afmetingen van specifieke hersenregio's, etc. Vroeger werd een endocast manueel vervaardigd, waarbij de schedel werd gebruikt als mal, tegenwoordig kan het sneller en accurater via CT-scanning en computertechnologie. Ook bij het recent beschreven sediba-fossiel werd gebruik gemaakt van deze methode. De virtuele endocast laat toe specifieke afmetingen te nemen, maar evengoed kan men met een druk op de knop het fossiele brein afdrukken in 3D (zo weet u meteen ook wat op het nachtkastje van de onderzoekers prijkt).

 

Figuur 1 - Endocast van een van de Chinese fossielen en een vergelijking van de omvang van de frontale lob (rechtsboven) en parietale lob (rechtsonder) van het fossiel (grijze ster) met andere menselijke fossielen en populaties.


Analyse van de endocast van het Chinese fossiel wijst op een eerder klein hersenvolume (1.327 cm3), vergelijkbaar met dat van Neanderthalers (> 32.000 jaar geleden) en vroege Homo sapiens (67.000-10.000 j.g.), en een relatief grote frontale en kleine pariëtale lob in vergelijking met recente Homo sapiens en huidige populaties (zie Figuur 1).


Figuur 2 - Schedelresten van een van de Chinese fossielen. Let op het smalle voorhoofd en de brede jukbeenderen (PlosOne 2012).


De schedelbeenderen werden ook gebruikt om informatie te krijgen over het gelaat van de Chinese voorouder.
Het gezicht blijkt bijzonder breed en kort te zijn, met een korte, brede neus en ver uiteenstaande ogen, een sterk gebogen, smal voorhoofd en een 'prognate' onderkaak (vooruitstekende onderkaak). Allen primitieve kenmerken die niet terug te vinden zijn bij tijdsgenoten, maar eerder gelijken op die van oudere populaties uit Afrika en Mongolië. Daarnaast bezit het fossiel wel grote frontale hersenlobben, wat duidt op hogere cognitieve functies en een duidelijk modern kenmerk is. Mogelijks wijst deze mix van primitieve en moderne kenmerken erop dat dit afstammelingen betreft van een geïsoleerde populatie uit Afrika die na migratie naar Oost-Azië een aparte populatie vormde met duidelijke morfologische verschillen in vergelijking met andere Aziatische populaties. Een andere mogelijkheid is dat het een archaïsche Oost-Aziatische populatie betreft die tot vrij recent overleefde. Het lijkt er in elk geval op dat dit een populatie betreft die geen genetische bijdrage heeft geleverd aan recente Oost-Aziatische populaties. Genetische analysis zouden deze hypothese verder kunnen ondersteunen, maar tot hiertoe is het niet gelukt om DNA te isoleren uit de resten.

 
Bronnen
 


Geschreven in menselijke evolutie | 0 Reacties | Vaste link | Afdrukken


Nieuwe vondst werpt nieuw licht op menselijke evolutie

10. September 2011, 08:41

Het vooraanstaande blad Science pakte deze week uit met een fossiele vondst van 2 miljoen jaar oud genaamd Australopithecus sediba of “zuidelijke aap”. De opgegraven fossielen vertonen een mix van primitieve en moderne kenmerken en plaatsen nieuwe vraagtekens bij onze evolutionaire stamboom. Of sediba behoort tot onze voorouderen is lang niet zeker, wel wordt het steeds duidelijker dat de vroeg-menselijke evolutie een stuk complexer is dan tot hiertoe werd gedacht.

Vorig jaar wijdde het blad Science al een volledig nummer aan Australopithecus sediba (zie ook mijn blog van mei 2010), maar de analyse van twee bijkomende skeletten levert genoeg materiaal voor een nieuwe reeks boeiende artikels én een nieuwe Eos-blog. Fossielen van mensachtigen zijn uiteraard steeds interessant, maar in dit geval betreft het een erg complete vondst waarbij zelfs het hand- en voetskelet, die bestaan uit talrijke kleine beentjes, werden teruggevonden. Redenen ten over voor antropologen en paleontologen om terstond te watertanden…

Figuur 1 - De fossiele resten van het handskelet van Australopithecus sediba [Kivell et al 2011].

De vondst werd gedaan in de Malapagrotten nabij Johannesburg, Zuid-Afrika, en bestaat uit het skelet van een vrouw en een jonge man – waarschijnlijk moeder en zoon - gedateerd op 1,977 miljoen jaar (datering gebaseerd op geomagnetisme, i.e. de wisselende polariteit van gesteente).  Het is daarmee de oudste mensachtige die tot hiertoe in Zuid-Afrika werd aangetroffen. Bovendien situeren de fossielen zich in de transitieperiode van australopitheken naar het geslacht Homo - waartoe de moderne mens behoort - een uitermate boeiende overgangsfase waarvan we de drijvende kracht nog onvoldoende kennen.

De anatomie van de fossiele resten werd uitvoerig onder de loep genomen door een internationaal team onderzoekers en vergeleken met fossiele resten van andere australopitheken, waaronder de befaamde Lucy (Australopithecus afarensis) en vroege Homo-soorten. Zowel het bekken, hand- en voetskelet van Au. sediba vertonen een combinatie van primitieve en moderne kenmerken.  Op sommige vlakken zijn de skeletelementen primitiever dan bij Lucy, die 3,4 miljoen jaar geleden leefde, andere kenmerken zijn dan weer moderner dan die van vroege Homo-soorten (Homo habilis, ca.1,8 miljoen jaar geleden). Dit plaatst onze vroege evolutie in een nieuw daglicht en wijst erop dat de menselijke stamboom een stuk complexer is dan oorspronkelijk werd gedacht.

Uit de vorm van het bekken kan belangrijke informatie afgeleid worden, zowel over de voortbeweging als over bevallingsaspecten, zoals de schedelgrootte van boorlingen. Het bekken van Australopithecus sediba heeft een relatief klein heupgewricht en bekkeningang, beide primitieve kenmerken, maar de vorm en robuustheid van het bekken is duidelijk modern.  De kenmerken van het bekken van Au. sediba komen overeen met een mensachtige met relatief kleine herseninhoud (en boorlingen met kleine schedel). De moderne aspecten van het bekken wijzen er wel op dat een aantal kenmerken die tot hiertoe uniek werden toegewezen aan Homo, al vroeger geëvolueerd waren, voordat het hersenvolume toenam. Dit kan wijzen op homoplasieën - de ontwikkeling van gelijkaardige kenmerken in onverwante soorten, of dat een Homo-achtig bekken onafhankelijk is ontstaan van de toename in hersenvolume. In tegenstelling tot de gangbare theorieën, lijkt het er dus op dat de bouw van het bekken eerder gedreven is door voortbeweging dan door bevallingsgerelateerde aspecten.

Ook de voet vertoont een mozaïek van primitieve en moderne kenmerken. De voet bezit een voetgewelf, ontegensprekelijk een modern kenmerk, en mogelijks ook een goed ontwikkelde Achillespees. Beide aspecten zijn met name van belang bij het rechtoplopen.  Het hielbeen is echter slank en eerder aapachtig en de binnenenkel is robuust.  Deze kenmerken komen overeen met het gebruik van de voeten bij klimmen. Au. sediba liep dus rechtop, maar trok waarschijnlijk nog geregeld de bomen in.

Dit wordt ook ondersteund door eigenschappen van het handskelet. De hand bezit een goed ontwikkelde en relatief lange duim, een typisch menselijk kenmerk dat kan gekoppeld worden aan het gebruik van stenen werktuigen, maar het basaal duimgewricht is eerder aapachtig. Nog meer bijzonder is dat de hand van Au. sediba op vele punten ‘moderner’ is dan de hand van het Homo habilis fossiel OH-7 (ca. 1,8 miljoen jaar geleden). Dit kan twee zaken betekenen, of het fossiel OH-7 is verkeerdelijk toegeschreven aan H. habilis en behoort eigenlijk toe aan een australopitheek, óf de hand van de moderne mens is op verschillende manieren geëvolueerd. Dus niet via een gradueel veranderende handskelet, maar via het ontstaan van handen met een verschillende set eigenschappen in verschillende australopitheken.  In elk geval werpt dit ook een nieuw licht op de evolutie van onze hand.


Figuur 2 - reconstructie van de schedel (grijs), onderkaak (geel) en hersenen (groen) [Carlson et al 2011].

Tenslotte werd ook de schedel nauwgezet onderzocht.  Met behulp van de Europese Synchotronfaciliteiten (ESRF) in Grenoble werden de schedelresten gescand om het hersenvolume te bepalen.  Bovendien kon met deze krachtige scanmethode ook de afdruk van de hersenen hebben nagelaten aan de binnenzijde van de schedel zichtbaar worden gemaakt. En wat blijkt? Het hersenvolume is klein, niet groter dan een stevige pompelmoes, maar er zijn duidelijke wijzigingen zichtbaar in de organisatie.  De veranderde organisatie is met name zichtbaar in de orbitofrontale regio, het gebied net achter de ogen dat instaat voor hogere hersenfuncties zoals multitasking en redeneren.  Aan de transitie van Australopithecus naar Homo ging dus een reorganisatie van de hersenen vooraf, zonder toename in hersenvolume, wat de evolutie in het geslacht Homo kenmerkt.

Australopithecus sediba is duidelijk verschillend van Au. afarensis en vertoont net zoals zijn (indirecte of directe) nazaten, H. habilis en H. rudolfensis, een mozaïek-morfologie: een combinatie van verschillende kenmerken en adaptaties. Er is dus geen éénduidige voorouder van Homo erectus, maar er bestonden wel verschillende ‘morfotypes’ die elk een unieke set anatomische kenmerken en aanpassingen vertoonden. Kortom, de menselijke evolutie is geen stamboom, maar struik.

Bronnen en links

Carlson et al (2011) Science, Volume 333

Kivell et al (2011) Science, Volume 333

Zipfel et al (2011) Science, Volume 333

Kibii et al (2011) Science, Volume 333

Pickering et al (2011) Science, Volume 333

http://www.sciencemag.org/site/extra/sediba/

http://www.sciencedaily.com/releases/2011/09/110908124509.htm

http://humanorigins.si.edu/evidence/human-fossils/species/australopithecus-sediba

 



Geschreven in menselijke evolutie | 0 Reacties | Vaste link | Afdrukken


Neanderthalers op de loopband

26. Mei 2011, 22:13

Neanderthalers waren niet zo’n beste lopers, zo blijkt uit recent onderzoek aan de hand van fossiele hielbeenderen. Het hielbeen van Neanderthalers is robuuster en langer dan dat van moderne mensen. Hierdoor zouden Neanderthalers een stuk minder efficiënte lopers geweest zijn dan moderne mensen, die een reeks specifieke aanpassingen vertonen voor duurlopen.

Onze neefjes Neanderthalers zijn tegenwoordig behoorlijk in trek – dat was vroeger wel anders, toen we ze afschilderden als harige bruten.  Onderzoekers hebben aan de hand van fossiel materiaal al reconstructies gemaakt van hoe ze eruit zagen, wat ze aten, hoe ze leefden, hoe ze zich kleden, wanneer ze uitstierven (40.000-24.000 jaar geleden; Pinhasi et al 2011).  Nu wou men ook graag weten hoe ze wandelden en liepen. Er is heel wat apparatuur voor handen, o.a. EMG, high-speed camera’s, loopbanden, die gebruikt wordt om het looppatroon en efficiëntie te meten van mensen, en ja, zelfs van chimpanzees, maar een Neanderthaler plaats je niet zomaar op een loopband. Daarom zochten onderzoekers naar een alternatieve, indirecte manier om loopefficiëntie te gaan bepalen aan de hand van fossiel skeletmateriaal

Chimpanzees en proefpersoon op een loopband met een masker die het zuurstofverbruik meet [Figuur overgenomen uit Pontzer et al. (2009)].

 

Recent onderzoek heeft aangetoond dat er een relatie is tussen loopefficiëntie en de momentarm van de kuitspieren (Scholz et al. 2008). De momentarm van een spier is de afstand tussen de werklijn van de spier en het gewrichtsdraaipunt. Hoe groter de momentarm van een spier, hoe minder kracht die spier moet leveren om het gewricht te bewegen; hoe kleiner de momentarm, hoe sneller en groter de beweging, maar hoe meer kracht nodig is.  Je kan het vergelijken met een deur waarvan de klink ver van de scharnieren staat (grote momentarm) en een deur waarvan de klink dicht bij de scharnier staat (kleine momentarm). De eerste deur zal je probleemloos kunnen openen, terwijl het openen van de tweede deur een stuk moeilijker gaat.

In fossiel materiaal moet men het echter stellen zonder spieren, en dus zonder kennis van momentarmen. De momentarm van de kuitspieren blijkt wel sterk gecorreleerd met de lengte van het achterste deel van het hielbeen (de zogenaamde tuber calcanei). Om na te gaan of het hielbeen een goede proxy is voor loopefficiëntie rekruteerden onderzoekers van de University of Arizona en Harvard University 80 langeafstandlopers. Ze plaatsten de proefpersonen op een loopband, maten het zuurstofverbruik, en namen nadien een MRI scan van de rechtervoet om de hielbeenlengte te bepalen. En jawel, de loopefficiëntie (mate van zuurstofverbruik) bleek sterk gecorreleerd met de lengte van het achterste stuk van het hielbeen: hoe korter, hoe efficiënter het lopen. Dit komt omdat bij een korter hielbeen (en kortere momentarm van de kuitspieren) er een sterkere oprekking is van de Achillespees, die vast hangt aan het hielbeen. Bij lopen fungeert de Achillespees als een stevige elastiek die herhaaldelijk wordt opgerekt en terugveert, wat een flinke energiebesparing oplevert. Bij een relatief lang hielbeen is die oprekking echter minder, waardoor er minder elastische energie kan opgeslagen en vrijgegeven worden, kortom een minder efficiënt systeem.

Onderzoekers gingen dus hielbenen gaan opmeten, van Neanderthalers (Homo neanderthalensis) en moderne mensen (Homo sapiens).  En wat bleek, Neanderthalers hebben een significant langere hielbeen dan moderne mensen.  Ook de hielbeenderen van onze directe voorouders (vroege Homo sapiens) werden opgemeten, en de lengte hiervan was vergelijkbaar met moderne hielbeenafmetingen, en opnieuw significant korter dan de hielbeenderen van Neanderthalers. Besluit, Neanderthalers waren minder efficiënte lopers dan onze directe voorouders, en dan de huidige mens.

Reconstructie van een Neanderthaler (links) en vroege Homo sapiens (rechts) door Atelier Daynes - Paris (2008(c)).

 

Dit ondersteunt de hypothese dat Homo sapiens anatomisch aangepast is aan duurlopen, wat een voordeel oplevert bij ‘persistence hunting’, waarbij prooien tot uitputting worden gedreven door langdurig opjagen.  Dergelijke ‘opjaagtechnieken’ wordt gebruikt door sommige carnivoren, maar ook door bepaalde Afrikaanse stammen.  Prooien worden urenlang lopend achterna gezeten tot ze, als gevolg van uitputting en oververhitting, kunnen worden overmeesterd. Een goed uithoudingsvermogen en hoge loopefficiëntie biedt hierbij een selectief voordeel, aangezien dit leidt tot hoger jaagsucces en hoger voedselaanbod. Voor Neanderthalers, die in meer noordelijke en koudere gebieden leefden, lijkt duurlopen minder belangrijk te zijn geweest, onder andere doordat oververhitting hier geen rol speelt. Het lijkt er dus op dat Neanderthalers aangepast waren aan voortbeweging in een koude en sterk gevarieerde omgeving, terwijl Homo sapiens aanpassingen vertoont voor duurlopen.

Blijft uiteraard de vraag wat de primitieve conditie is: een kort hielbeen, behouden in moderne mensen en verlengd in Neanderthalers, of een lang hielbeen, dat verkort is in de moderne mens en behouden in Neanderthalers?  Meest waarschijnlijk is scenario 1 – verlenging van het hielbeen in Neanderthalers – omdat een relatief lang hielbeen de momentarm van de kuitspieren vergroot, waardoor er een betere krachtwerking is, hetgeen belangrijk is bij wandelen op oneffen en bergachtig terrein. Om dit verder te onderbouwen, zouden echter ook hielbeenderen van oudere menselijke en niet-menselijke fossielen in de vergelijking moeten opgenomen worden, maar door een schaarste aan dergelijke fossielen is dit momenteel niet mogelijk.

 

Bronnen

Pinhase et al (2011). Revised age of late Neanderthal occupation and the end of the Middle Paleolithic in the northern Caucasus. PNAS online.

Pontzer et al. (2009). The metabolic cost of walking in humans, chimpanzees and early hominins. J. Hum. Evol. 56, 43-54.

Raichlen et al (2011). Calcaneus length determines running economy: implications for endurance running performance in modern humans and Neandertals. J. Hum. Evol. 60, 299-308.

Scholz et al (2008). Running biomechanics: shorter heels, better economy. J. Exp. Biol. 211, 3266-3271.

 



Geschreven in menselijke evolutie | 1 Reacties | Vaste link | Afdrukken


Springende strategen

20. Augustus 2010, 21:13

Recent onderzoek heeft aangetoond dat gibbons verschillende strategieën gebruiken bij het springen van de ene boomtop naar de andere. Afhankelijk van de omgevingscondities opteren gibbons voor een sprong vanuit hurkzit, een sprong met een aanloop, of voor een sprong met dubbele of enkel afstoot. Op deze manier zijn zij in staat op veilige manier grote afstanden te overbruggen.

Gibbons zijn kleine mensapen die leven in het Zuid-Oost Aziatische regenwoud. Het zijn uitstekende armslingeraars en, wat minder bekend is, erg behendige springers. Gibbons leven hoog in de boomtoppen en verplaatsen zich bij voorkeur door te armslingeren (of brachiëren).  Als de afstand tussen twee boomkruinen te groot is, springen gibbons van de ene naar de andere kruin.  Waarnemingen uit het wild hebben aangegeven dat gibbons zo afstanden tot 10 meter kunnen overbruggen, zij het wel met een aanzienlijk verlies van hoogte (gibbons maken een neerwaartse sprong). Dit zijn indrukwekkende prestaties, met een hoog risico op letsels als men rekening houdt met de hoogte waarop deze worden uitgevoerd (> 20 m). Bovendien vormen boomkruinen een erg complexe en variabele omgeving; takken van verschillende dikte en met verschillende eigenschappen (naargelang de boomsoort en -ouderdom) kruisen elkaar.  Dit maakt dat sommige takken zullen doorbuigen bij de afstoot, en andere nagenoeg niet. In het wild werd waargenomen dat gibbons soms op en neer ‘pompen’ als voorbereiding op een sprong, net zoals zwemmers doen bij het duiken van een springplank. De timing van de afstoot is hierbij erg belangrijk, als duikers op het juiste moment afzetten, kunnen ze extra hoogte bereiken dankzij de veerkracht van de springplank. De vraag die zich dan stelt is of gibbons een gelijkaardig mechanisme gebruiken waarbij de veerkracht van de takken bijdraagt tot het vergroten van de sprongprestatie.

 

Figuur 1 - springende gibbon in het wild (Fleagle 1976).

 

Vier springstijlen

Behalve enkele anekdotische waarnemingen, zijn er geen studies uitgevoerd over het springen van gibbons. Redenen genoeg voor ons om een onderzoek op te starten over springende gibbons. Niet in het wild, want die condities kon onze high-tech opstelling niet aan, maar in het Dierenpark Planckendael. In het gibbonverblijf werden twee high-speed camera’s (opnames van 120 beelden per seconde) geplaatst en een balk.  Onder die balk werden veren geplaatst en een krachtplaat zodat wij de krachten die optreden bij afstoot konden meten.  Opnames maken van springende gibbons bleek echter geen sinecure – de gibbons waren ons vaak te slim af en vonden steeds weer nieuwe manieren om het springen te vermijden.  Maar de aanhouder wint - zeker als die geregeld wat lekkers uitdeelt - en uiteindelijk slaagden we er in om een mooie reeks sprongen vast te leggen.

De analyse van de videobeelden toonde aan dat gibbons vier verschillende ‘springstijlen’ gebruiken (als de balk niet veerbaar is): springen vanuit hurkzit, springen met een aanloopje en springen met een enkele (één voet) of dubbele (twee voeten) afstoot. Ook de krachten die optreden bij de afstoot verschillen, en daardoor ook de energetische kost van de verschillende springstijlen. Springen vanuit hurkzit heeft de hoogste energiekost, en wordt dan ook iets minder vaak gebruikt.  Sprongen met een enkele of dubbele afstoot werden het meest gebruikt en waren energetisch ook voordeliger.

Figuur 2 - de vier springstijlen waargenomen bij de gibbons uit Planckendael.

De gibbons werden ook gefilmd terwijl ze zich vrij voortbewogen op hun eiland om na te gaan in welke situatie welke sprong wordt gebruikt.

De resultaten suggereren dat gibbons kiezen voor een sprong vanuit hurkzit in moeilijke situaties (vb. grote sprong, onduidelijk landingspunt), voor sprongen met (enkele of dubbele) afstoot voor korte afstanden, en voor een voorwaartse sprong met een aanloopje tijdens achtervolgingen of vlucht (hoge snelheid en afstand). De snelle sprongen zullen in het wild waarschijnlijk hoofdzakelijk gebruikt worden op bekend terrein*, want het risico op een val is groter bij een snelle sprong.  [*Boombewonende primaten, en dus ook gibbons, gebruiken vaste routes doorheen de boomkruinen; dit worden ook wel ‘arboreal highways’ genoemd.]

Voor sprongen vanaf een verend substraat, werden enkel sprongen met een enkele afstoot en sprongen met een aanloopje gebruikt. Sprongen vanuit hurkzit en sprongen met een dubbele afstoot werden nooit gebruikt wanneer de ‘afstoottak’ kon doorbuigen. Een mogelijke verklaring hiervoor is dat de ‘power’ van deze springstijlen te hoog is voor gebruik vanaf buigzame takken (de tak zou teveel doorbuigen tijdens de afstoot, waardoor de gibbon teveel hoogte zou verliezen).

Sprongen voorafgegaan van een ‘pompbeweging’ werden niet waargenomen, en het lijkt weinig waarschijnlijk dat gibbons de elasticiteit van takken gebruiken om hun sprongprestatie te verhogen. De eigenschappen van boomtakken lijken daarvoor weinig geschikt. Desalniettemin kunnen gibbons inspelen op de variabiliteit van hun omgeving door gebruik te maken van verschillende sprongstijlen en –technieken (waaronder het gebruik van de lange armen), wat opmerkelijk is.

 

Bronnen

Channon et al. (2010). American Journal of Physical Anthropology.

BBC Earth News 2010  (met video)



Geschreven in Wetenschap | 0 Reacties | Vaste link | Afdrukken


Nieuwe scheut aan menselijke stamboom

13. Mei 2010, 10:31

Een recente fossiele vondst uit Zuid-Afrika doet de gemoederen in paleontologische kringen terug hoog oplaaien. De reeks fossielen bevat een mix van kenmerken van vroege Homo en late australopitheken en is niet thuis te brengen in de beschreven vroegmenselijke soorten. Redenen genoeg voor de onderzoekers om hun vondst onder te brengen in een nieuwe soort. Maar in welk genus?

De ontdekking van de fossielen gebeurde tijdens een veldexpeditie van een internationaal team onderzoekers in de Malapagrotten in Zuid-Afrika en werd gedaan door de negenjarige zoon van een van de teamleiders. Uiteindelijk bleek het niet om een individu te gaan, maar om wel zes individuen, waaronder een kind van 11-12 jaar en twee individuen die nog moeten beschreven worden.
De datering van de onderliggende gesteentes werd uitgevoerd door drie verschillende labs en wijst op een ouderdom van 2 miljoen jaar geleden.

De discussie begint echter wanneer men de vondsten wil toewijzen tot een bepaalde soort. De tot hiertoe gekende vroegmenselijke soorten die tussen de 2,5 en 1,5 miljoen jaar geleden leefden, zijn Australopithecus africanus/boisei/robustus (3 – 1,4 miljoen jaar geleden) en Homo habilis/rudolfensis/ergaster (2,4-1,6 miljoen jaar geleden). Deze soorten behoren tot verschillende genera,namelijk Australopithecus en Homo, wegens de grote anatomische verschillen tussen beide.


Australopitheken worden gekenmerkt door een kleinere gestalte, een kleinere schedelinhoud en relatief langere armen. Homo-soorten, waartoe ook de moderne mens behoort, hebben een ‘modernere’ anatomie met, onder andere, kleinere tanden, relatief langere benen en een ‘modern’ heupbeen.
De Zuid-Afrikaanse fossielen bezitten zowel kenmerken van Australopithecus als van Homo en zijn niet in te passen in de tot hiertoe beschreven soorten. De schedel en kaak zijn minder robuust dan die van Australopithecus robustus en boisei en ook de tanden zijn kleiner, eerder formaat Homo. De gezichtsstructuur is duidelijk verschillend van die van Australopithecus africanus, maar de fossielen hebben wel een primitieve voetstructuur die wijst op enige klim- en klauteractiviteiten. De fossielen hebben een eerder modern heupbeen en relatief lange benen, wat dan weer typische Homo-kenmerken zijn. De structuur van de heup en benen doet vermoeden dat de individuen al rechtop liepen. Door die mix van Homo- en Australopithecus-kenmerken is er heel wat discussie of het nu om een nieuwe Homo-soort dan wel om een nieuwe australopitheek gaat. Gezien de relatief kleine schedelinhoud en kleine gestalte koos men uiteindelijk voor het genus Australopithecus, met Australopithecus sediba als nieuwe soortnaam.


Fig. 1 - Reconstructie van het fossiel materiaal van 2 individuen van Australopithecus sediba.


De discussie is echter lang niet afgerond.
Integendeel, die begint nu pas. Ten eerste blijft er discussie over het genus van deze nieuwe soort; is dit nu werkelijk Australopithecus, of toch eerder Homo? Ten tweede is de positie van deze nieuwesoort ten opzichte van de tot hiertoe gekende mensachtigen onduidelijk. En ten slotte gooit deze vondst ook de interpretatie en classificatie van andere fossiele vondsten in de war. Want als dit geen Homo-soort is, wat dan met andere Homo-fossielen die heel wat meer primitieve kenmerken vertonen? Het ziet ernaar uit dat de menselijke stamboom hertekend zal moeten worden, met mogelijks aantal nieuwe takken.

Fig. 2 - Evolutionaire stamboom.


De hoofdrolspelers van het genus Homo zijn Homohabilis (de handige mens), Homo erectus (de opgerichte mens) en uiteraard Homo sapiens (de 'verstandige' mens, maar ik verkies de noemer 'moderne mens').
Aangenomen wordt dat deze drie mensachtigen onze directe voorouders zijn. Hoe verder men teruggaat in de tijd, hoe moeilijker het plaatje wordt. Wie de directe voorouder is van onze Homo-lijn is nog onduidelijk. Mogelijke kandidaten zijn Australopithecus africanus (3-2,4 MYA; Zuid-Afrika), Australopithecus boisei (2,5-1,3 MYA; Oost-Afrika) en Australopithecus robustus (1.9-1.4 MYA; Zuid-Afrika). En nu komt daar dus ook nog Australopithecus sediba bij.

Meest waarschijnlijk is dat de nieuwe vondst een nazaat is van Australopithecus africanus. Opvallend is echter de aanwezigheid van een reeks anatomische kenmerken die we ook bij Homo erectus terugvinden, wat van Australopithecus sediba de meest op Homo-achtige australopitheek maakt.
Dit zou erop kunnen wijzen dat het een voorouder was van Homo habilis, en dus een verre voorouder van de moderne mens.

Echter, Australopithecus sediba vertoont dan weer een aantal kenmerken die we niet in Homo habilis terugvinden maar wel in Homo erectus.
Dit doet dan weer eerder vermoeden dat het om een zustersoort van onze vroege voorouders gaat die op hetzelfde moment de aarde bevolkten. Kortom, onze evolutionaire afstamming is nog verre van uitgeklaard. Vondsten als deze geven ons echter een steeds beter beeld van de complexiteit van onze stamboom. Ik kijk alvast hoopvol uit naar de publicatie van de overige twee individuen uit de Malapagrotten, want het laatste woord over Australopithecus sediba is nog lang niet gezegd.



Geschreven in menselijke evolutie | 1 Reacties | Vaste link | Afdrukken


Computer brengt Ardi tot leven

12. December 2009, 15:55

Door gebruik te maken van de nieuwste computertechnieken brachten onderzoekers het 4,4 miljoen jaar oude fossiel Ardi (Ardipithecus ramidus) terug tot leven. Behalve mooie plaatjes levert dit werk ook een belangrijke bijdrage tot ons inzicht in de voortbeweging van onze vroege voorouders.

Zeventien jaar hebben onderzoekers gewerkt aan de analyse en reconstructie van het skelet van Ardipithecus ramidus, een vroege mensachtige, en het resultaat mag er zijn.  Het fossiel werd letterlijk van kop tot teen bestudeerd, goed voor een volledig nummer van het befaamde tijdschrift Science.  Ook in de internationale pers werd Ardi als een ster onthaald, en ja, ook Eos wijdde een artikel aan Ardi in zijn novembereditie. Maar nog lang niet alles is gezegd over dit fascinerend fossiel.

Figuur 1 - Een reconstructie van Ardi, onze vroege voorouder.

 

Uiteindelijk werden zo’n 36 verschillende individuen geïdentificeerd, waarbij van één individu zowel de schedel, heup, onderarmen als voet werd teruggevonden. Na Lucy, het wereldbefaamde fossiel van Australopithecus afarensis (3,4 miljoen jaar oud), is dit het meest complete skelet van onze vroege voorouders dat werd opgegraven. Door dit groot aantal skeletelement, en gebruikmakend van geavanceerde computersimulaties en 3D-beeldvormingstechnieken, konden onderzoekers de anatomie en de voortbeweging van Ardi reconstrueren.

De onderzoekers scanden alle gevonden botjes in met een krachtige CT-scanner.  Zo’n CT-scanner maakt feitelijk om de 0,5-1 mm een virtuele doorsnede van de te bestuderen structuur, waarna die honderden, zo niet duizenden, virtuele doorsnedes door de computer worden samengeplakt en gebruikt kunnen worden om in eender welk vlak een doorsnede van de structuur te maken.  Door het samenvoegen en bewerken van al die individuele coupes kan ook een 3D reconstructie van de structuur gemaakt worden.  Bij een intact bot is dit vrij eenvoudig, bij botfragmenten, zoals typisch het geval is bij fossielen, komt daar heel wat puzzelwerk bij kijken.  De ontbrekende puzzelstukjes worden dan aangevuld met gekende elementen van andere fossielen, mensapen of moderne mensen.  Zo wordt stap voor stap verder gewerkt tot het hele skelet gereconstrueerd is.  Eens dit gekend is, kan op basis van de vorm van de gewrichtsvlakken en van de bultjes en putjes op de botjes (die duiden op spieraanhechtingen) ook de voortbeweging van het fossiel gesimuleerd worden.  Hiervoor gebruikt men gekende vorm-functie relaties van mensen en mensapen.

 

 

 Figuur 2 - Boven: heup van de moderne mens (Homo sapiens), Lucy (Australopithecus afarensis), Ardi (Ardipithecus ramidus) en een chimpanzee (Pan troglodytes). De bovenkant van Ardi's heupbeen is mensachtig, het onderste deel eerder aapachtig. Onder: Een reconstructie van de heup van Ardi (links) en een vergelijking met de heup van Lucy (rechts) (uit Science).

 

Een structuur die erg belangrijk is voor de voortbeweging, en daar dus ook veel informatie over geeft, is de heup.  Bij moderne mensen, en in zekere mate ook al bij Lucy, is de heup komvormig (breed en laag) als aanpassing voor het rechtoplopen (naast aanpassingen voor het baren van baby’s met een steeds grotere schedel).  De heup van mensapen is echter smal en hoog, wat een goede spieraanhechting mogelijk maakt en dus gunstig is voor het klimmen in de bomen.  Door die hoge heup is de onderrug van mensapen vrij stijf (en ontbreekt een lordosis) wat het rechtoplopen bemoeilijkt. Bij Ardi vinden we een mix van beide, de heup ziet er hoofdzakelijk mensachtig uit (breed en laag, Fig. 2), maar heeft nog duidelijke ‘aapachtige’ kenmerken.  Dit wijst erop dat Ardi rechtop liep, maar daarnaast ook nog actief was in de bomen.

   

 

Figuur 3 - Boven: Een computeranimatie van de voetanatomie van Ardi die de grijpfunctie van de voet illustreert. Onder: Een reconstructie van Ardi's voet op basis van de teruggevonden skeletelementen (uit Science).

 

Ook met de voeten van Ardi is iets gelijkaardigs aan de hand. De voetstructuur lijkt wel een mozaïek van stukjes chimpanzee- en mensenvoeten.  Zo heeft de voet een opponeerbare grote teen (i.e. vergelijkbare beweeglijkheid als onze duim), wat erg ‘handig’ is bij het grijpen en klimmen, maar tergelijkertijd ook aanpassingen om rechtop te lopen.  De voet van de moderne mens is zodanig gespecialiseerd voor deze laatste taak, dat we eerder waardeloze boomklimmers zijn. Ardi kon, door haar mozaïek-voet, zowel goed overweg in de bomen als op de grond (Fig. 3).

Een tweede opvallende waarneming is dat Ardi’s voet een aantal ‘primitieve’ kenmerken vertoont, die terug te vinden zijn bij apen en mensen, maar niet bij de huidig levende grote mensapen (chimpanzee, gorilla, orang-oetan).  Zowel de (voet)anatomie van mensapen als van de mens zijn dus sterk geëvolueerd in de afgelopen miljoenen jaren, echter elk in een andere richting. De mens is gespecialiseerd voor het continu rechtoplopen terwijl mensapen gespecialiseerd zijn aan ‘knucklewalking’ (i.e. stappen al steunend op de knokkels van beide handen) en/of klimmen in de bomen.  Ardi vertoont meer ‘primitieve’, ongespecialiseerde kenmerken en staat, gezien haar hoge leeftijd, dichter bij de gemeenschappelijke voorouder van mensen en de Afrikaanse mensapen die ca. 7-8 miljoen jaar geleden de aarde bewandelde (en/of beklom).

 

Deze bevindingen duiden dus op een geleidelijk aanpassing van het menselijke skelet aan rechtoplopen.  Bij Ardi, die rechtoplopen combineerde met activiteiten in de bomen, zijn al enkele aanpassingen terug te vinden aan rechtoplopen.  Bij Lucy zien we een sterker gespecialiseerde anatomie, met duidelijke aanpassingen aan rechtoplopen, maar ook hier is dit nog in combinatie met ‘aapachtige’ kenmerken. Het is pas in het genus Homo, waartoe de moderne mens behoort, dat is de anatomische specialisatie aan rechtoplopen volledig is doorgedreven, met verlies van de functionaliteit om in de bomen te klimmen.

 

 

Mooi beeldmateriaal is te vinden op:

 
Over de gebruikte computertechnieken is meer informatie te vinden op de site van lifemodeler: www.lifemodeler.com
 
Voor het volledige Science nummer zie: Science 326 (October 2009). www.sciencemag.org


Geschreven in menselijke evolutie | 0 Reacties | Vaste link | Afdrukken


Katten op de catwalk

06. September 2009, 12:10

Terwijl honden zich zo zuinig mogelijk voortbewegen, lijken katten zich daar niks van aan te trekken. Niet de energiekost, maar wel het succesvol besluipen van hun prooi is voor hen het belangrijkst.

We weten al langer dat honden en katten erg verschillend zijn. Denkt u maar aan de manier waarop soortgenoten elkaar begroeten; honden hebben het terstond gemikt op elkaars genitaliën, katten kunnen uren op stoïcijnse wijze naar elkaar zitten staren vanop een meter afstand. Nu hebben onderzoekers uit de VS aangetoond dat ook de manier van voortbewegen totaal verschilt tussen honden en katten. Als honden zich voortbewegen doen ze dat zo zuinig mogelijk door te lopen met nagenoeg stijve poten. Katten, daarentegen, lopen meestal met sterk gebogen poten, om zo ongezien hun prooi te kunnen besluipen. Deze manier van voortbewegen heeft echter een hoger kostenplaatje.

 

Om na te gaan hoe katten zich voortbewegen, en wat de ‘kostprijs’ hiervan is, werd een speciale catwalk gemaakt (figuur) waarin een krachtplaat werd ingebouwd. Zo’n krachtplaat meet de grondreactiekrachten die optreden tijdens het lopen (vergelijk het met een gesofisticeerde weegschaal). Uit die krachtopnames kan men de op- en neerwaartse beweging van het massamiddelpunt (i.e. het virtuele punt waar alle massa van het dier geconcentreerd zit) berekenen, alsook de schommelingen in potentiële (of positie-)energie en kinetische (of bewegings-)energie. Bij honden is dergelijk onderzoek al uitgevoerd en weten we dat honden, door met stijve poten te lopen, grote op- en neerwaartse bewegingen hebben van het massamiddelpunt, en als gevolg daarvan ook grote schommelingen in kinetische en potentiële energie. Echter, doordat deze energievormen uit fase zijn (ene is hoog als ander laag is; figuur), kan de ene energievorm in de andere omgezet worden, wat een behoorlijke energiewinst oplevert.  Je kan dit vergelijken met de beweging van een slinger.

 

De onderzoekers lieten een aantal katten over deze catwalk lopen - hetgeen gezien het eigenwijze karakter van katten waarschijnlijk geen sinecure was – en maakten tergelijkertijd ook video-opnames. Uit het onderzoek blijkt dat de vertikale bewegingen van het massamiddelpunt bij katten erg klein zijn, precies omdat ze met sterk gebogen poten lopen. Daardoor zijn ook de schommelingen in potentiële en kinetische energie klein, en bovendien zijn beide energievormen vaak in fase (beide hoog of beide laag), waardoor geen onderlinge omzetting en bijgevolg geen energiewinst geleverd wordt. Hierdoor is de voortbeweging van katten relatief ‘duur’ (kost veel energie). Door het beperken van vertikale bewegingen, kunnen katten echter wel ongezien hun prooi besluipen. Voor katten is de energiewinst die uit het vangen (en verorberen) van een prooi verwezenlijkt kan worden blijkbaar belangrijker dan de extra kost die sluipen met zich meebrengt.

Dit onderzoek is niet alleen een keurig staaltje biomechanica, het geeft ons ook een beter inzicht in evolutionaire mechanismen. Tot hiertoe werd gesteld dat dieren zich steeds zo zuinig mogelijk voortbewegen, maar deze studie toont aan dat dit niet steeds zo is.
Voor dieren die lange afstanden moeten afleggen, zoals hondachtigen, is de kostprijs van de voortbeweging inderdaad cruciaal, m.a.w. ze hebben er baat bij dit zo voordelig mogelijk te doen. Voor katachtigen is echter de effectiviteit van het vangen van een prooi belangrijker, en spelen energetische beschouwingen van de voortbeweging een mindere rol. Er is als het ware een trade-off tussen zuinig lopen en sluipen en de evolutionaire uitkomst zal afhangen van het selectief voordeel in een welbepaalde context.

Bronnen:

Bishop KL et al. (2008). Whole body mechanics of stealthy walking in cats. PLos ONE 3, 11, e3808. (Open Access: http://www.plosone.org/article/info%3Adoi%2F10.1371%2Fjournal.pone.0003808#s4)

Griffin TM et al. (2004) Biomechanics of quadrupedal walking: how do four-legged animals achieve inverted pendulum-like movements? Journal of Experimental Biology 207, 3545-3558.



Geschreven in functionele morfologie | 0 Reacties | Vaste link | Afdrukken


Recordvlucht

25. Januari 2009, 17:55

Vogels leggen tijdens de trek gigantische afstanden af en dat is nu ook daadwerkelijk gemeten met behulp van miniatuursatellietzenders.  De rosse grutto is tot hiertoe de recordhouder ‘duurvliegen’ met een gemeten afstand van 11.680 km. Voldoende om van hun broedgebieden in Alaska naar hun overwinterplaatsen in Nieuw-Zeeland te vliegen. Zonder bij te ‘tanken’!

Het is al langer geweten dat vogels indrukwekkende afstanden afleggen: Noorse sternen migreren jaarlijks van de Noordpool naar de Zuidpool en terug, de grauwe pijlstormvogel vliegt jaarlijks van de Falklandeilanden naar Noorwegen en albatrossen blijven soms meerdere jaren rond de Zuidpool toeren. Tot hiertoe werden migratieafstanden voornamelijk op indirecte wijze gemeten (o.a. observeren van gemerkte vogels) en was alleen een schatting van de afgelegde afstand mogelijk.  Bovendien was het ook moeilijk om na te gaan of de afstand in é
én keer werd afgelegd.

Onderzoekers van de Alaska Science Center (USGS), samen met collega’s uit Nederland en Nieuw-Zeeland, zijn er nu in geslaagd om de volledige trek via satellietzenders te volgen.  Miniatuurzendertjes, die signalen van hun positie uitzenden, werden ingeplant bij enkele trekvogels zodat die tijdens de trek van begin tot einde gevolgd konden worden. Bij een paar treuzelende individuen begaf de batterij het nog voor de vogels vertrokken waren, maar de onderzoekers slaagden er toch in 9 rosse grutto’s (Limosa lapponica baueri) te volgen van Alaska tot Nieuw-Zeeland.  Er werden afstanden gemeten van 7.000 tot 11.680 km, afgelegd in 5 tot 9 dagen en met snelheden van 20 m/s (ca. 70 km/u). Da’s een behoorlijke prestatie! Ze maken hierbij wel gebruikt van een stevige staart-wind, maar desalniettemin blijft het een sterk staaltje ‘duurvliegen’.  Een marathon lopen is er niks bij vergeleken, en dan zijn er ook nog geen bevoorradingsposten onderweg.  Je zal maar een grutto wezen.

 


Bovendien is de prestatie ook moeilijk te vergelijken met die van grotere trekvogels, zoals de ooievaar , die hoofdzakelijk gebruik maken van gunstige luchtstromingen.  Grutto's gebruiken echter geen zweefvlucht, maar een actieve' klapvlucht'  waarbij de vleugels continu op-en-neer bewegen.  Ook de afwezigheid van tussenstops is opmerkelijk.  De trek van ooievaars wordt al langer gevolgd via satellietzenders (in kader van het project Ooievaars zonder Grenzen van het Dierenpark Planckendael), en daaruit blijkt dat deze op hun route van Belgie naar West-Afrika dagelijks landen.  Grutto's leggen de hele afstand in één keer af, zonder stoppen, en moeten daarvoor leven op hun aangelegde vetreserves (tot 40% van hun lichaamsgewicht).

De onderzoekers bogen zich ook over de vraag waarom de grutto’s kiezen voor een trans-oceanische vlucht, waarbij tussenstops zo goed als uitgesloten zijn en er geen gebruik gemaakt kan worden van thermiek.  Ook voor de navigatie is dit moeilijker omdat bij een trans-oceanische vlucht de vogels de kustlijn niet kunnen volgen.  Maar, door continu boven de oceaan de vliegen, reduceren de grutto’s contact met parasieten en predatoren, die daar quasi afwezig zijn.  Dit is een belangrijk voordeel aangezien grutto’s 5-9 dagen vliegen op hun aangelegde reserves en dus met een sterk verzwakt immuunsysteem te kampen hebben.  Infectie met parasieten zou hierdoor nefast kunnen zijn. En predatoren zijn zoiezo niet de ideale reisgezel.


Links

Alaska Science Center

Ooievaars zonder grenzen

 

 



Geschreven in Wetenschap | 0 Reacties | Vaste link | Afdrukken


Chimpansees houden van barbecue

11. November 2008, 20:30

Recent onderzoek heeft aangetoond dat mensapen gekookt vlees en gekookte wortelen verkiezen boven de rauwe varianten.  Voor aardappelen en appels bleek er bij de chimpansee testgroep geen voorkeur te bestaan.

Tijdens het experiment werd een reeks vlees, groenten en fruit voorgeschoteld aan een team van experten – voor de gelegenheid bestaande uit 14 chimpansees uit het Yerkes Regional Primate Centre (Georgia, VS) - met telkens de keuze tussen rauw of gekookt.  Volgens een vastgelegd protocol werd dan nagegaan of er een voorkeur was voor de rauwe of gekookte items. De experimenten werden ook herhaald met andere mensapen (bonobo’s, gorilla’s, orang-utans). Naast voldane apen en wat smalende gezichten, geeft dit onderzoek ook inzicht in de evolutie van het koken van voedsel.

Het eten van gekookt voedsel is een cruciaal aspect van onze ontstaansgeschiedenis; gekookt voedsel is makkelijker te verteren en te kauwen, wat kan bijgedragen hebben tot de reductie in darmlengte en tandgrootte bij onze voorouders.  Er wordt aangenomen dat het koken van voedsel enige tijd na het controleren van vuur is ontstaan (ca. 1-1.8 miljoen jaar geleden) en zich dan geleidelijk heeft verspreid onder diverse Homo erectus stammen. Hieruit volgt dat onze voorkeur voor gekookt voedsel waarschijnlijk een aanpassing is die ontstaan is bij onze voorouders. Echter, deze studie toont aan dat mensapen ook een voorkeur voor gekookt voedsel hebben, alhoewel die in het wild geen toegang hebben tot dergelijk voedsel.  In plaats van een aanpassing lijkt het dus eerder een primitief kenmerk (en wordt ook teruggevonden bij ratten en katten). Waarom er een voorkeur voor gekookt voedsel bestaat bij mensapen is nog niet helemaal duidelijk, verschillende factoren zoals smaak, hardheid, taaiheid, vertering en voedingswaarde kunnen een rol spelen.

Als een voorkeur voor gekookt voedsel inderdaad bestond bij de ‘oer’mensapen, zoals dit onderzoek suggereert, dan lijkt het waarschijnlijk dat het koken van voedsel vrij snel na het controleren van vuur is ontstaan, en zich ook snel heeft verspreid onder onze voorouders.

 

Bronnen

Wobber et al (2008). Great apes prefer cooked food. Journal of Human Evolution 55, 340-348.



Geschreven in menselijke evolutie | 0 Reacties | Vaste link | Afdrukken


Groene walvissen

19. September 2008, 23:34

Windturbines in het landschap zijn ondertussen een vertrouwd gezicht, maar in de toekomst zullen die er mogelijk wat anders uit gaan zien. Een beetje meer walvisachtig. Recent onderzoek toonde namelijk aan dat wieken in de vorm van walvisflippers een stuk efficienter zijn dan de traditionele rotors.

 

Walvissen zijn magnificente dieren die als onderwaterboeings de oceanen doorkruisen. De manier waarop walvissen door het water glijden werd onderzocht door Professor Frank Fish (voorwaar geen pseudoniem, maar zijn echte naam) van West Chester University (USA). Met hoogtechnologische instrumenten analyseerde hij samen met zijn team de hydrodynamica (cf. aerodynamica maar dan van water) van de walvisflippers. De flippers van walvissen zijn bedekt met kokkels, en opmerkelijk is dat die kokkels telkens op dezelfde plek vastgehecht zijn. De hypothese van prof. Fish was dat de stroming over de flipper op andere, kokkelloze plaatsen, te hoog is voor kokkels om zich er vast te hechten. Uit simulaties en experimenten bleek dit inderdaad het geval. De flippers van bultruggen zijn echter bijzonder, niet alleen hebben die bulten op de plaatsen waar bij andere walvissoorten kokkels zitten, maar de voorste rand van de flipper is bovendien gekarteld. Frank Fish maakte verschillende flippermodellen in alle maten en vormen, met en zonder bulten, en al dan niet met gekartelde rand. Uiteindelijk bleek dat het flippermodel van de bultrug het meest efficiënt was. Niet alleen in water, maar ook in lucht.

 

VINSPIRATIE

Professor Fish trok met zijn walvisflippermodel naar verschillende bedrijven om hen te overtuigen van de mogelijke toepassingen van zijn flippermodel. Zijn resultaten waren zodanig indrukwekkend dat zowel bedrijven uit de windenergie- als vliegtuigindustrie grote interesse toonden. Zo werd o.a. het bedrijf WhalePower opgericht, dat het walvisflipperdesign incorporeerde in de wieken van zijn windturbines. Dergelijke walvisflipperwindturbines zijn een stuk efficiënter dan de alomtegenwoordige windturbines. Ze hebben een hogere energieproductie (meer kWh/jaar) omdat ze aan met een lagere windsnelheid (5 m/s) dezelfde hoeveelheid elekticiteit kunnen genereren als een conventionele turbine aan hogere windsnelheid (8 m/s). Een mooi staaltje bio-geïnspireerde technologie of biomimicri. En wie weet volgt er straks ook een walvisflippervliegtuig. Lijkt me best leuk, dan hoeven we niet meer de wereld rond om te whalewatchen.

 

 


Bronnen en links

http://darwin.wcupa.edu/~biology/fish

http://www.whalepower.com/drupal/

 



Geschreven in functionele morfologie | 0 Reacties | Vaste link | Afdrukken


Liever geen plaatsje in deze top 25

18. Augustus 2008, 19:39

Een comité van primatologen heeft een nieuwe lijst opgesteld van de 25 meest bedreigde primaten in de wereld. Het gaat om een herziening van een gelijkaardige lijst die in 2006 werd opgemaakt onder leiding van het IUCN (International Union for Conservation of Nature). Op de lijst staan onder meer orang-oetans, langoeren, gibbons, galago’s, tarsiers, lori’s (Azië), laaglandgorilla’s, rode colobussen, lemuren (Afrika en Madagascar), spinapen en wolapen (Zuid-Amerika). Voor de volledige lijst zie: http://www.primate-sg.org/. Eerder werd ook al bekendgemaakt dat bijna de helft van de 634 huidig levende primatensoorten met uitsterven is bedreigd. Belangrijkste oorzaak van de penibele toestand van het primatenbestand is ontbossing.

 

Enkele primaten uit de top 25: Delacour's langoer (T. Nadler), Bamboelemur (H. Castro) en de orang-oetan (National Geographic).

De meeste primaten leven in tropische regenwouden, en het is net dit habitat die aan een razendsnel tempo verdwijnt. De situatie is het meest alarmerend in Zuid-Oost-Azië, waar dagelijks vele hectaren bos plaats moeten maken voor uitgestrekte palmboomplantages. Indonesië is de koploper met een ontbossingstempo van 51 hectare, of zowat 100 voetbalvelden, bos per dag, goed voor opgename in het Guinness Book of World Records! Palmolie is een veelvuldig gebruikt product, het zit in 10 procent van de supermarkproducten, van chocolade en ijs tot cosmetica en diervoer, meestal onder de algemene noemer ‘plantaardige olie’. De afzetmarkt is zodanig groot dat vele ontwikkelingslanden resoluut voor palmboomplantages opteren. Ook de zogenaamde bio-brandstoffen spelen hierin een belangrijke factor. Jammergenoeg het is allemaal niet zo bio als het klinkt.

Nieuw onderzoek toont aan dat de handel in bushmeat een minstens even belangrijke factor is. Russell Mittermeier, president van Conservation International en voorzitter van één van de werkgroepen van het IUCN, zegt dat “primaten in vele landen letterlijk worden gegeten tot ze uitsterven”. Niet enkel primaten, maar ook andere dieren, zoals duikers en antilopes, eindigen als bushmeat. Primatenvlees is echter bijzonder gegeerd omdat er hoge sommen voor worden betaald omwille van het statussymbool dat in vele gebieden aan het eten van primatenvlees verbonden is.

 

 

 

 

 

 

 

Gouden leeuwaapje (www.iucn.nl)

Het is gelukkig niet voor alle primaten kommer en kwel. In Brazilië heeft 30 jaar onderzoek en conservatie (onder andere door onderzoekers van de Zoo van Antwerpen in het project BioBrazil) geleid tot een bescherming van grote stukken regenwoud en het herstel van de roodstuit-, en gouden leeuwaappopulatie, waardoor die hun ‘kritisch bedreigde status’ mogen afzwaaien.


Links

National Geographic News (http://news.nationalgeographic.com/news/2007/10/photogalleries/primate-pictures/)

Round table on Sustainable Palm Oil (http://www.rspo.org/)

Films 4 Conservation: Unsustainable Palm Oil (http://www.films4.org/palmoil/)

IUCN (http://cms.iucn.org/index.cfm) en IUCN Nederland (www.iucn.nl)

Picture gallery of endangered primates (http://www.guardian.co.uk/environment/gallery/2007/oct/25/endangeredspecies?lightbox=1)

BioBrazil (http://webh01.ua.ac.be/crc/BioBrasil/BioBrasil%20Home.html)



Geschreven in Wetenschap | 0 Reacties | Vaste link | Afdrukken


Nepalees hoogstandje

29. Juli 2008, 12:45

Bergbeklimmers halen naam en faam door het trotseren van de Mount Everest en andere hemelse toppen, maar die wereldfaam hoort ook de Nepalese dragers toe. Enkele onderzoekers van de Universiteit van Louvain-la-Neuve waren dusdanig gefascineerd door de prestaties van de Sherpa’s dat ze besloten hun opmerkelijke draagcapaciteiten te bestuderen. Na enig vooronderzoek vonden ze de ideale locatie voor hun studie: een 100 km lang kronkelend bergpad dat van de Kathmandu vallei loopt tot Namche, een dorpje op 3500 m hoogte waar een wekelijkse markt wordt gehouden.  Al het koopwaar voor die markt wordt aangevoerd door honderden dragers die gemiddeld 9 dagen over het traject doen. De onderzoekers vatten post ergens halfweg het traject en noteerden van ruim 100 dragers leeftijd en gewicht (met en zonder draagmand). Een draagmand woog ongeveer evenveel als de drager zelf en werd niet als een rugzak op de schouders gedragen, maar via een platte band (naamloo) om het hoofd (zie figuur 1). Er werden leeftijden genoteerd van 11 tot 68 jaar, en opmerkelijk was dat de oudste drager ook de zwaarste last droeg, bijna dubbel zijn lichaamsgewicht!

 

Figuur 1 - Verschillende draagtechnieken bij Nepalese dragers (links) en Afrikaanse vrouwen (rechts). [Figuren overgenomen uit Bastien et al., 2005 en Maloiy et al., 1986] 

De onderzoekers keken verder ook naar de efficientie van de dragers, en vergeleken de resultaten met de draagcapaciteiten van Europese studenten onder dezelfde condities.  Daartoe werd een oud klooster (op 3000m hoogte) tijdelijk omgevormd tot een ganglabo, waarbij zowel de zuurstofconsumptie (wat een maat is voor de voortbewegingskost) als de voortbeweging kon geregistreerd en geanalyseerd worden. De Nepalese dragers en Europese studenten werden bepakt met een reeks gelijkaardige gewichten (in een draagmand voor de Nepalezen, in een bergrugzak voor de Europeanen).  De Nepalezen bleken een stuk minder zuurstof te verbruiken dan de Europeanen onder gelijkaardige condities, en hoe zwaarder het gewicht hoe economischer de Nepalese dragers stapten in vergelijking met de Europeanen. De onderzoekers konden hier echter geen verklaring voor vinden. Het lijkt erop dat Nepalezen geen speciaal truukje hebben, maar gewoon een meer efficiente voortbeweging hebben dan Europeanen.

AFRIKAANS HOOFDSTANDJE

Dezelfde onderzoeksgroep voerde eerder een gelijkaardige studie uit over de draagcapaciteiten van Afrikanen. In tegenstelling tot de Nepalese dragers gaat het hier voornamelijk over vrouwen die, schijnbaar moeiteloos, een last bovenop het hoofd dragen. Maar net zoals de Nepalezen bleken Afrikaanse vrouwen veel economischer te zijn in het dragen van lasten dan westerlingen.  Een Afrikaanse vrouw kan een last van 70% van haar lichaamsgewicht op haar hoofd dragen aan de helft van de ‘prijs’ dan een Amerikaanse soldaat die eenzelfde gewicht in zijn rugzak draagt. De onderzoekers toonden aan dat zowel Nepalezen als Afrikaanse vrouwen tot 20% van hun lichaamsgewicht kunnen dragen zonder een toename van het zuurstofsverbruik. Die eerste 20% belasting is als het ware ‘gratis’.  Daarna neemt de kost toe met toenemend gewicht van de last, maar die kost blijft steeds lager dan bij westerlingen.  Terwijl er voor de opmerkelijke draagcapaciteiten van de Nepalese dragers nog geen verklaring is, kon het efficient draagmechanisme van de Afrikaanse vrouwen wel worden ontrafeld.

 

Figuur 2 - Illustratie van het slingermechanisme tijdens wandelen. 

Om hierop verder te gaan, moet ik eerst kort uitleggen welk mechanisme van kracht is tijdens wandelen. Wandelen is te vergelijken met een omgekeerde slinger: de romp is een massa die via een stijf steunbeen over de voet roteert (zie figuur 2).  Net zoals een perfecte slinger oneindig zou kunnen doorgaan zonder energieverbruik (een perpetuum mobile), zo zouden we, moesten we een perfecte omgekeerde slinger zijn, ‘gratis’ kunnen wandelen.  Dit komt omdat er bij een slingermechanisme een uitwisseling is tussen positie en bewegingsenergie. De positie of potentiele energie is maximaal op het hoogste punt van het pad van de slinger, terwijl de bewegings- of kinetische energie dan minimaal is. De kinetische energie is maximaal als de snelheid het hoogst is, namelijk op het laagste punt van de slinger, en dan is de potentiele energie het laagst.  Doordat de potentiele energie hoog is terwijl de kinetische energie laag is, en omgekeerd, kan er een uitwisseling plaatsvinden tussen beide energievormen. Een gelijkaardig mechanisme is actief tijdens wandelen, maar door optredende botsingen en wrijvingen is de slinger niet perfect en is er een zekere kost om het mechanisme in gang te houden.  Nu blijkt dat Afrikaanse vrouwen ‘betere omgekeerde slingers’ worden door het dragen van een last op hun hoofd.  In plaats van 60% omzetting van kinetische in potentiele energie, behalen Afrikaanse vrouwen een efficientie van 80%. De Nepalese dragers blijken echter nog een stuk efficienter te zijn, voornamelijk bij zwaardere belasting.  Naar een antwoord hierop is het voorlopig nog gissen, maar mogelijks speelt spierfysiologie en/of de hoogte een rol.


Bronnen

http://www.md.ucl.ac.be/iepr/locoEN.htm

http://news.nationalgeographic.com/news/2005/06/0616_050616_nepalporter_2.html

Bastien G.J., Schepens B., Willems P.A. en Heglund N.C. (2005) Energetics of load carrying in Nepalese porters. Science 308: 1755.

Maloiy G.M.O. et al. (1986) Energetic cost of carrying loads: have African women discovered an economic way? Nature 319: 668-669.



Geschreven in Wetenschap | 0 Reacties | Vaste link | Afdrukken


Mens(aap)rechten?

04. Juli 2008, 14:58

Spanje, eerder berucht dan bekend om zijn diervriendelijkheid, kwam deze week in het nieuws wegens zijn voortrekkersrol in het toekennen van rechten aan mensapen.  Goed nieuws voor de ca. 350 mensapen in Spanje, want die krijgen nu betere huisvesting en verzorging. Het toekennen van gelijkaardige rechten aan de talrijke Spaanse stieren zit er echter niet in, die moeten de rol van vaderlandmaskotte verder vervullen.

Het is eerder onverwacht dat net Spanje, met zijn sterk bekritiseerde stierenrennen, de wereldprimeur binnenhaalt. Door het toekennen van rechten aan vier mensaapsoorten (bonobo’s, chimpansees, orang-oetans en gorilla’s), wordt het in Spanje bij wet verboden om mensapen te gebruiken in laboratoria, circussen en voor TV reclames. Zoo’s zullen aan strengere maatregelen moeten voldoen voor het huisvesten van mensapen. De resolutie komt er dankzij lobbying van het Great Ape Project (www.greatapeproject.org), dat ijvert voor het toekennen van rechten aan onze naaste verwanten, de mensapen. Belangrijker dan de concrete implicaties - de mensapendensiteit is nu niet bepaald hoog in Spanje - is de symbolische waarde van de resolutie.  Alhoewel er in de meeste landen een wetgeving is inzake dierenwelzijn (in België is er bijvoorbeeld een Koninklijk Besluit dat vastlegt hoeveel ruimte wilde dieren moeten krijgen, en vele steden en gemeenten bannen circussen met wilde dieren; www.gaia.be), is dit de eerste keer dat er formele rechten worden toegekend aan dieren. Het betreft hier met name het recht op leven, vrijheid en bescherming tegen mishandeling. Dit wordt in ruime zin geïnterpreteerd, dus de apen blijven netjes in hun kooi zitten, maar dat kan vanaf nu enkel in erkende conservatiecentra en onder vastgelegde condities.

Controversieel is de beslissing zeker, zowel op gebied van nationale politiek (de meeste Spanjaarden vragen zich af of er geen dringender zaken te behandelen vallen, zoals de economische crisis) als op internationaal (Amnestie International wijst erop dat de rechten van miljoenen mensen dagelijks worden misbruikt) en ethisch vlak. Het DNA van chimpansees, orang-oetans, gorilla’s en bonobo’s vertoont een gelijkenis van meer dan 98% met menselijk DNA en zijn daardoor de eerste in lijn om aanspraak te maken op dergelijke rechten. Maar waar trekt men de grens? Gibbons, ook behorende tot de mensapen (superfamilie Hominoidea), krijgen geen ‘rechten’ toegekend. Helaas ook voor de gewiekste capucijnaap, de pientere dolfijn en de welbespraakte papegaai. Intelligentie, zelfbewustzijn, werktuiggebruik, cultuur, taal, het is blijkbaar allemaal niet voldoende om te behoren tot de ‘happy few’ (mensen en in-Spanje-wonende chimpen, bonobo’s, gorilla’s en orang-oetans). Wat stelt ons in staat om te bepalen welke dieren recht op leven krijgen en welke niet?  

Er is nog een lange weg af te leggen op vlak van mensen- en dierenrechten. De resolutie zal mogelijks worden overgenomen door andere landen en uitgebreid naar meerdere diersoorten. Dat komt alvast te laat voor de makaken in Gibraltar. Onlangs werd daar beslist dat probleemgevallen - lees ‘cleptomane’ en ‘touristomane’ makaken - kunnen worden gedood. Sorry jongens, verkeerde soort, verkeerde locatie.

Foto - Een van de happy few, de bonobo. 

 

 

Verdere lectuur

http://www.timesonline.co.uk/tol/news/world/europe/article4220884.ece

http://www.slate.com/id/2194568/

http://www.guardian.co.uk/world/2008/jun/26/humanrights.animalwelfare?gusrc=rss&feed=networkfront

http://www.telegraph.co.uk/earth/main.jhtml?xml=/earth/2008/04/16/eaape116.xml

Fujiyama A. et al. (2002). Science 295, 5552, 131-134.

Gibbons A. (1998). Science 281, 5382, 1432-1434.

Marks, J. (2002). What it means to be 98% chimpanzee: apes, people and their genes. ISBN 0520240642

 



Geschreven in Wetenschap | 0 Reacties | Vaste link | Afdrukken


Oranje bosapen en ander harig goed

02. Juli 2008, 20:58

In een vorige post gaf ik een korte uiteenzetting over het symposium Functionele Morfologie dat plaatshad in het Natural History Museum in London. Zoals beloofd volgt hier een verdere verslaggeving. De openingslezing werd gegeven door professor Robin Crompton van de Universiteit van Liverpool, een collega waarmee ik nauw samenwerk. Topic was zijn (en mijn) stokpaardje, namelijk de evolutionaire geschiedenis van de mens.

 

Dankzij het toenemend aantal fossiele vondsten, krijgen we een steeds beter beeld van de menselijke evolutie en van de gemeenschappelijke voorouder van mens en mensapen (zijnde gorilla’s, chimpansees, bonobo’s, orang-oetans en gibbons). Al onze voorouders, vanaf de laatste gemeenschappelijke voorouder met de mensapen tot en met de moderne mens, behoren tot de familie Hominini en worden homininen genoemd. De oudste hominine vondsten dateren van 6-7 miljoen jaar geleden en werden gevonden in Tsjaad, Afrika. Alhoewel er nog enige twijfel bestaat over de status van deze fossielen lijkt het aanvaardbaar om de start van de hominine lijn rond 8 miljoen jaar geleden te plaatsen. Ik ga nu niet verder in op de reeks homininen die gedurende de afgelopen 8 miljoen jaar de revue passeerden, dat is stof voor een latere post. Waar ik het over wil hebben is over de evolutie van onze voortbeweging, het ontwikkelen van een tweevoetige of bipedale voortbeweging in het bijzonder.

 

WAT VINGERKOOTJES VERTELLEN

Fossielen kunnen ons een heleboel vertellen over onze voorouders; aan de hand van de lengte van de beenderen kunnen we bepalen hoe groot ze waren, de tandstructuur toont ons wat hun lievelingskost was, en we kunnen zelf hun sudoku-level inschatten door bepaling van hun hersenvolume (bepaald op basis van schedelinhoud). Dat is allemaal razend interessant, maar helpt ons niet onmiddellijk verder met de vraag hoe onze voorouders zich voortbewogen. Daarvoor hebben we extra informatie nodig. En dit is waar de oranje bosapen en ander harig goed ten tonele verschijnen. De huidig levende mensapen zijn onze nauwste verwanten en daardoor erg aantrekkelijk studiemateriaal. Bovendien leven de meeste mensapen in een bosrijke omgeving, die nogal lijkt op de omgeving waarin onze voorouders floreerden. Door het bestuderen van de voortbeweging van deze mensapen kunnen we een beter beeld krijgen van de voortbeweging (of locomotie) van onze voorouders, de homininen. Als we dit koppelen aan anatomische studies, kunnen we uiteindelijk een relatie opstellen tussen morfologie (vorm) en voortbeweging (functie). Neem als voorbeeld de vingerkootjes van chimpansees en orang-oetans (Fig. 1). De vingerkootjes van een chimpansee zijn erg stevig en nagenoeg recht omdat chimpansees op hun knokkels lopen, waarbij de vingerkootjes sterk belast worden. Orang-oetans, daarentegen, hebben dunnere, gebogen vingerkootjes waardoor hun handen van nature haakvormig zijn. Best wel handig als je door het bladerdak wil klauteren! Als we nu een fossiel vingerkootje vinden, dan kunnen we op basis van de vorm van het kootje een uitspraak doen over de voortbeweging (functie) van dat fossiel. We gaan dus vorm-functie relaties gebruiken om fossiele vondsten te interpreteren en hun voortbeweging te reconstrueren.

 

Bot Bot

Figuur 1 – Zijaanzicht van een proximaal vingerkootje van een chimpansee (links) en een orang-oetan (rechts). Overgenomen van www.eskeletons.org.

 
BIPEDALE BOSBEWONENDE OERMENSAPEN

Bon, genoeg theorie, tijd voor wat fancy stuff! Prof. Crompton had het in zijn lezing over zijn recente publicatie in Science (Thorpe et al., 2007), waarin hij suggereert dat de gemeenschappelijke voorouder van mens en mensaap tweevoetig (bipedaal) was. Anders gezegd, rechtoplopen is geen uniek menselijk kenmerk dat ons onderscheidt van apen, integendeel bipedalie is ontstaan in een bosbewonende ‘oermensaap’, voor de de start van de hominine lijn (dus voor opsplitsing tussen mensen en mensapen).  Dat klinkt misschien als een gewaagde theorie, maar het is eigenlijk minder ophefmakend dan je zou denken. Alle mensapen lopen af en toe rechtop, en de manier waarop ze dat doen is druk bestudeerd geweest (onder meer door mezelf). De meeste mensapen lopen rechtop met continu gebogen knieën en heup (zie Fig. 2), wat heel wat spierkracht en energie vergt (probeer het zelf maar eens uit!). Mensen, daarentegen, stappen met gestrekte benen en zijn daardoor een stuk efficiënter; rechtoplopen is voor hen ‘voordeliger’. Maar hoe zit het met de oranje bosapen? Dr Sue Thorpe filmde wilde orang-oetans in Sumatra en ontdekte dat deze rechtoplopen over dunne takken en dat doen ze, jawel, met gestrekte benen! Ze gebruiken wat extra houvast met hun handen, maar voor de rest ziet het er allemaal nogal menselijk uit. Die waarneming, samen met de geregelde bipedale houding en voortbeweging die wordt teruggevonden in alle mensapen, leidde tot de suggestie dat onze gemeenschappelijke voorouder wel eens een tweevoetige bosbewoner zou kunnen geweest zijn. Een ingrijpende klimaatsverandering, en een daaruitvolgende inkrimping van de bossen en toename van uitgestrekte graslanden, zou later (2 miljoen jaar geleden) gezorgd hebben voor een opsplitsing van locomotievormen bij de ‘oermensapen’. Oergibbons en –orang-oetans bleven zich toespitsen op de steeds-kleiner-wordende bosomgeving, terwijl de voorouders van chimpanzees en gorilla’s, onafhankelijk van elkaar, op hun knokkels zijn gaan lopen om de graslanden te exploreren. Onze hominine voorouders hebben zich dan weer toegelegd op hun bipedale vaardigheden, de beschermde omgeving van het woud verlatend, de wijde wereld in.


Gibbon  Cover Science juni 2007 

Figuur 2 – Een bipedaal lopende gibbon (links: let op de gebogen heup en knie) en de cover van de juni 2007 editie van het tijdschrift Science (rechts). 

Eén van de meer gangbare hypotheses stelt echter een scenario voor waarbij homininen een knokkel-wandelend (of knuckle-walking) stadium doormaakten vooraleer ze een continu bipedale voortbeweging aannamen (zie Richmond et al., 2001 en Begun et al., 2007). Die hypothese geeft echter een aantal problemen. Ten eerste wijst hominien fossiel materiaal niet eenduidig op een knuckle-walking stadium (denk aan het vingerkootjes voorbeeld; de handbeentjes van fossiele homininen vertonen geen duidelijke knuckle-walking kenmerken). En ten tweede lijkt het vanuit evolutionair standpunt omslachtiger om te evolueren van een viervoetige oeraap naar een opgerichte oermensaap naar een knokkelwandelende mensaap, en vervolgens van die viervoeter terug naar een opgerichte tweevoeter. De hypothese dat de gemeenschappelijke voorouder van mens en mensaap een opgerichte bosaap was, is dus zo gek nog niet. Het wordt ondersteund door fossiel materiaal en lijkt evolutionair gezien aannemelijker dan de knuckle-walking hypothese waarbij de opgerichte houding en voortbeweging tweemaal moet onstaan (eenmaal in de oermensaap en eenmaal in de mens). Welke hypothese de juiste is, is een andere zaak. Veel belangrijker is dat deze ‘bipedale oermensaap’ hypothese een ander licht werpt op de menselijke evolutie en durft afwijken van vastgeroeste conventies en gangbare ideëen. Aangezien een frisse kijk vaak leidt tot nieuwe inzichten kan ik dit enkel toejuichen. En de reclame-industrie, die het klassieke ‘viervoetige-aap-tot-bipedale-mens’ beeld alom gebruikt (Fig. 3), wel die zal ook iets nieuws moeten verzinnen!


Reclame Cartoon evolutie 

Figuur 3 – Het klassieke beeld van een viervoetige aap evoluerend tot een rechtoplopende mens wordt alom gebruikt. Hier in een reclame voor bier (links) en in een cartoon (rechts).  
 
Dat was in een notendop het verhaal van Prof. Crompton. Voor een volledig overzicht verwijs ik graag naar Thorpe et al., 2007 en Crompton et al., 2008. Commentaren op bovenstaand stukje zijn uiteraard altijd welkom. Begin juli reis ik af naar Marseille voor het jaarlijks congres van de Society of Experimental Biology. Dat zijn steeds razend boeiende bijeenkomsten en ik hoop terug te komen met heel wat interessant blog-materiaal. 

 

Bronnen   

Begun et al. (2007). Science 318, 1066-1067.

Crompton, Vereecke and Thorpe (2008). J. Anat. 212, 501-543.

Richmond et al. (2001). Yrb. Phys. Anthrop. 44, 70-105.

Thorpe, Holder and Crompton (2007). Science 316, 1328. 



Geschreven in menselijke evolutie | 0 Reacties | Vaste link | Afdrukken


Mierenvoeten en olifantenpoten

04. Mei 2008, 15:32

Hier is hij (of zij) dan, de eerste BAPE-blog-post. En goed nieuws, uw blogger van dienst bruist van de ideeën! Op woensdag 23 april was ik uitgenodigd in het Natural History Museum, London, voor een één-dags-symposium over functionele morfologie.  En voor iedereen die denkt dat morfologie iets is voor saaie pieten: FOUT! Het was rázend interessant! Zowat alles passeerde de revue, van libellenvleugels en mierenvoetjes tot olifantenpoten. Moeilijk te kiezen waarover ik eerst zal spreken. Laat ik misschien beginnen met een korte schets van het vakgebied functionele morfologie. Zoals de term laat vermoeden, wordt hier de relatie tussen vorm (morphos) en functie bestudeerd.  Er wordt met name onderzocht hoe de morfologie van een dier (of plant) is aangepast aan zijn omgeving, aan zijn manier van voortbewegen en voeden.
 
 
 
Een mooi voorbeeld hiervan werd gegeven door één van de sprekers op het symposium, dr. Walter Federle van de Universiteit van Cambridge.  Hij bestudeert onder meer hoe mieren erin slagen om ondersteboven te lopen, en waarom ze zelfs als ze een blad of prooi meesleuren (dat tot 6 keer zo zwaar is als de mier zelf) niet naar beneden tuimelen.
 
Dr. Federle bekeek mierenpoten onder een elektronenmicroscoop, en ontdekte dat mieren hechtorganen (arolia) bezitten die uit- en ingeklapt kunnen worden via een vrij simpel mechanisme (zie figuur; Federle & Endlein, 2004). Nu hebben bepaalde planten (o.a. Macaranga) een speciale waslaag ontwikkeld waardoor de meeste insecten niet omhoog kunnen klimmen. Enkel bepaalde miersoorten, die in symbiose leven met de plant, hebben zich zodanig gespecialiseerd dat ze ondanks de waslaag vlotjes omhoog kunnen rennen waar ze veilig zijn voor niet-gespecialiseerde vijanden. In bekerplanten (Nepenthes) werken de hechtorganen van mieren zolang de bekerrand (periostoom) droog is, maar van zodra er een waterfilm op ligt, glijden mieren en andere insecten massaal de met verteringssap gevulde beker in.
 
Er zijn echter mieren die ‘bekerplant-specialisten’ zijn, en die er wel in slagen over de natte bekerrand te lopen, en die zelfs vrolijk in de verteringssappen kunnen rondzwemmen (en zich tegoed doen aan de prooien van de bekerplant)! Dit zijn elegante voorbeelden van adaptatie en co-adaptatie: een organisme (vb. mier) is geadapteerd aan zijn omgeving (vb. bekerplant), als de omgeving verandert (vb. ontwikkelen van mogelijkheid tot produceren van verteringssappen), dan zullen organismen die aan deze omgeving aangepast zijn (vb. mieren met resistentie tegen verteringssappen) selectief bevoordeeld zijn ten opzichte van niet-aangepaste organismen. Het ontwikkelen van die resistentie gebeurt per toeval, door een mutatie, maar natuurlijke selectie zal ervoor zorgen dat deze eigenschap doorgegeven wordt en dat een resistente mierenpopulatie kan onstaan.
 
Functionele morfologie is niet los te koppelen van natuurlijke selectie en evolutie. Het merendeel van de structuren die we aantreffen in organismen is aanwezig omdat die op een bepaald moment in de evolutie van dat organisme een selectief voordeel voor dat organisme opleverde. Natuurlijke selectie is een krachtig mechanisme dat leidt tot vernuftige adaptaties. Echter, evolutie leidt niet perse tot een optimaal design.
 
 
 
Prof. emeritus R.Mc.Neill Alexander, de ‘vader’ van de biomechanica, gebruikte in zijn lezing het voorbeeld van schildpaddenschilden. Een schildpaddenschild zou idealiter een dusdanige vorm moeten hebben dat een schildpad die op zijn rug belandt, via een minimale inspanning weer op zijn poten kan rollen (zie figuur). De optimale vorm hiervoor blijkt (volgens computersimulaties) een bol-rond schild, vergelijkbaar met een pingpongbal met een gewichtje in (Domokos & Várkonyi 2008).
 
Echter, schildpadden hebben schilden in alle maten en vormen, van klein en plat tot groot en driehoekig, en slechts enkelen hebben een bol-rond schild. Is dit een bewijs dat evolutie via natuurlijke selectie niet klopt? Uiteraard niet, dit duidt veeleer op een beperkte appreciatie van de probleemstelling. Het feit dat niet alle schildpaddenschilden bol-rond zijn zoals voorspeld door optimalisatietheorieën komt doordat er verschillende factoren meespelen. Een schild moet niet alleen van dusdanige vorm zijn dat een schildpad terug op zijn poten kan rollen, het moet ook voldoende bescherming bieden tegen predatoren en uitdroging, en eventueel zwemmen of graven mogelijk maken. (Bovendien zijn er ook fylogenetische restricties die ervoor zorgen dat niet eender welke schildvorm mogelijk is).
 
 
 
In de namiddag was er een voordracht over de morfologie van olifantenpoten. Charlotte Miller van het Royal Veterinary College London bestudeert de voortbeweging en functionele morfologie van olifanten voor haar doctoraatsthesis. Een deel van haar project werd uigevoerd in Thailand, waar opnames gemaakt werden van stappende (en lopende; zie Hutchinson et al., 2003) olifanten. Deze gegevens werden vervolgens gecombineerd met informatie over de morfologie van de voor- en achterpoten (die verzameld werden via CT-scanning) om inzicht te krijgen in de functionele morfologie van pes (voet) en manus (hand). Zowel pes als manus hebben een soort zesde teen/vinger ontwikkeld (prehallux en prepollex genaamd) die wordt gebruikt als extra steunbeer en die ingebed is in een dikke schokdempende vetlaag (Weissengruber et al. 2006). Olifanten lopen dus als het ware op ‘hoge hakken’ (zie figuur), al leidt dit niet echt tot een elegante tred! Miller’s ondezoek toont aan dat de beweging van pes en manus verschillend is. De skeletale componenten van de manus bewegen ten opzichte van elkaar tijdens de steunfase, terwijl de skeletelementen van de pes zich als een rigide structuur gedragen en er enkel plooiing is ter hoogte van het enkelgewricht. Dit verschil in beweging komt overeen met een verschil in taakverdeling tussen voor- en achterpoten tijdens het stappen.
 
 Weissengruber, G. E., Egger, G. F., Hutchinson, J. R., Groenewald, H. B., Els?sser, L., Famini, D. & Forstenpointner, G.The structure of the cushions in the feet of African elephants (Loxodonta africana).Journal of Anatomy 209 (6), 781-792.doi: 10.1111/j.1469-7580.2006.00648.x
Figuur overgenomen uit Weissengruber et al (2006).
 

In een volgende post ga ik verder in op enkele andere lezingen, onder meer van Prof. R.H. Crompton én van mezelf, over de functionele morfologie van primaten.

 

 

Referenties
 

Alexander, R.McNeill (1996). Optima for Animals. Princeton University Press.

Domokos, G. & Várkonyi, P. L. (2008). Geometry and self-righting in turtles. Proceedings of the Royal Society B 275, 11-17.

Federle, W. and Endlein, T. (2004). Locomotion and adhesion: dynamic control of adhesive surface contact in ants. Arthropod Structure & Development 33, 1, 67-75.

Endlein, T.  and Federle, W. (2008). Walking on smooth or rough ground: passive control of pretarsal attachment in ants. J Comp Physiol A 194, 49–60.

Hutchinson, J. R., Famini, D., Lair, R. & Kram, R. (2003). Are fast-moving elephants really running? Nature 422, 493-494.

Weissengruber, G. E., Egger, G. F., Hutchinson, J. R., Gorenewald, H. B., Famini, D. & Forstenpointner, G. (2006). The structure of the cushions in the feet of African elephants (Loxodonta africana). Journal of Anatomy 209, 781-792.

 

Links
 

http://www.rvc.ac.uk/AboutUs/Staff/jhutchinson/ResearchInterests/Elephants/Illustrations.cfm

http://www.zoo.cam.ac.uk/zoostaff/federle/

http://www.zoo.cam.ac.uk/zoostaff/federle/index2.html



Geschreven in functionele morfologie | 0 Reacties | Vaste link | Afdrukken