De opkomst van een van de meest iconische bomen op aarde in een onzekere wereld

Naarmate de Atlantische Oceaan breder werd, bevond de voorouderlijke populatie van alle hedendaagse eiken zich mogelijk op de continenten van het noordelijk halfrond. Als dat zo is, dan was de voorouder van de eiken die we vandaag de dag kennen een wijdverbreide populatie die in tweeën werd gespleten toen Noord-Amerika westwaarts trok.

In dit fragment uit "Oak Origins: From Acorns to Species and the Tree of Life" (University of Chicago Press, 2024) onderzoekt auteur Andrew L. Hipp de extreme omstandigheden op aarde waaruit de eik (Quercus) ontstond, met wilde schommelingen in het klimaat en verschuivende tektonische platen.

Als we 56 miljoen jaar terug in de tijd zouden kunnen gaan en een paar weken zouden kunnen botaniseren in de gematigde bossen van het noordelijk halfrond, op de grens tussen het Paleoceen en het Eoceen, zouden we moeilijk eiken kunnen vinden. We zouden alligators en reuzenschildpadden vinden op Ellesmere Island, tegenover de noordwestkust van Groenland. We dwaalden door door bloeiende planten gedomineerde bossen waarvan de diversiteit de plantendiversiteit benaderde die we zouden kunnen aantreffen in de moderne bossen van het zuidoosten van de Verenigde Staten. We zouden een diversiteit aan Fagales tegenkomen, lijnen die zich over het noordelijk halfrond verspreiden en uiteindelijk aanleiding zouden geven tot walnoten, berken, gagels, beuken, kastanjes, chinkapins en eiken.

De eiken zelf waren op dat moment echter zo klein in aantal dat ze nauwelijks of geen stuifmeel in de modder achterlieten en geen eikels of bladeren konden vinden die door botanici van de 21e eeuw konden worden teruggevonden. De wereld stond op het punt een hittegolf in te gaan, het Paleoceen-Eoceen Thermisch Maximum (PETM).

In de loop van 8.000 tot 10.000 jaar zouden de atmosferische temperaturen stijgen, met een gemiddelde stijging van 8 graden Celsius wereldwijd, en zelfs nog hogere niveaus bereiken in het noordpoolgebied. De PETM is mogelijk veroorzaakt door een enorme en langdurige periode van vulkanische activiteit. Magma dat door een spleet op de bodem van de Noord-Atlantische Oceaan naar boven borrelde, dreef een wig tussen Noord-Amerika en Europa en goot duizenden jaren lang elk jaar een biljoen kilogram koolstof in de atmosfeer.

Door de stijgende temperaturen smolten lijken uit de Antarctische permafrost, en de rottende zegge, veenmos, schimmels en korstmossen, weekdieren en buideldieren brachten broeikasgassen – kooldioxide en methaan – terug in de atmosfeer.

De temperaturen daalden vervolgens binnen ongeveer 120.000 tot 220.000 jaar terug naar hun oorspronkelijke niveau. Dat is nauwelijks genoeg voor een dubbele kijk in geologische termen: als je naar een temperatuurgrafiek van de afgelopen 100 miljoen jaar kijkt, ziet de PETM eruit als een hekpaal die 56 miljoen jaar geleden in de heuvel is gedreven. Het gaat recht omhoog en bijna recht weer naar beneden.

De gevolgen waren dramatisch. Het PETM heeft ervoor gezorgd dat 30% tot 50% van de foraminiferen in de diepe oceaanbodem – eencellige organismen die de zeeën bevolken, plankton en afval eten en kleine vissen en zeeslakken voeden – zijn uitgestorven. Zoogdieren, hagedissen en schildpadden migreerden over de continenten als reactie op de veranderende klimaten, waarbij ze tussen noordelijke landbruggen reisden die in het late Eoceen te koud zouden worden voor reguliere reizen door de meeste van deze soorten.

In het noorden van Zuid-Amerika werden tropische bossen overspoeld met nieuwe bloeiende planten: palmen, grassen en de bonenfamilie (Fabaceae) namen allemaal in diversiteit toe in het Eoceen, en de wolfsmelkfamilie – Euphorbiaceae, een mondiale familie die tegenwoordig ongeveer 6.500 soorten telt – verscheen voor het eerst in het noorden van Zuid-Amerika tijdens de PETM.

De eerste eikenfossielen

Insectenherbivoren, vooral bladmineerders en oppervlaktevoeders, namen in overvloed toe en raakten meer gespecialiseerd. Planten raasden door het landschap: in Bighorn Basin, Wyoming, werden bij het begin van de PETM minstens 22 soorten uitgeroeid, om vervolgens terug te keren nadat de gebeurtenis voorbij was. Sommige van deze vreemdelingen migreerden naar schatting duizend kilometer.

De eerste fossiele eiken die we kennen verschijnen in deze onzekere wereld, langs wat nu een wandelpad is dat ten zuiden van de Sint-Pankrazkerk in Oberndorf, Oostenrijk, loopt. Zesenvijftig miljoen jaar geleden werd dit deel van Europa verdeeld in eilanden en schiereilanden, die werden opgewarmd door de oceaan.

Wat nu Saint Pankraz is, lag onder ondiep water aan de rand van de zee. Het werd een opslagplaats voor stuifmeel uit aangrenzende bossen, afgezet naast oceanisch plankton en dinoflagellaten. Het bos dat in het gebied groeide, was een mozaïek van subtropische en gematigde soorten, waaronder leden van de Restionaceae, een grasachtige familie die tegenwoordig beperkt is tot de tropen van het zuidelijk halfrond; Eotrigonobalanus, een uitgestorven geslacht van de Beukenfamilie dat zich vroeger verspreidde over het oosten van Noord-Amerika en Europa; en familieleden van de huidige Cashew Family, Mallow Family en de pantropische Sapotaceae.

De wereld ging de laatste dagen van de bijna mondiale tropen in. Vier miljoen jaar lang, nadat de temperaturen zich terugtrokken uit de PETM, bleef het klimaat opwarmen. 52 miljoen jaar geleden bereikte de wereld de hoogste temperaturen sinds de ondergang van de dinosauriërs. Deze periode van warmte wordt het Vroege Eoceen Klimaatoptimum genoemd.

Als het PETM als een hekpaal is die in de temperatuurheuvel wordt gedreven, is het Vroege Eoceen Klimaatoptimum als de top van de heuvel. Bossen van tropische soorten die naast geslachten van het gematigde bos groeien – esdoorns, iepen, walnoten, berken, kersen en uiteindelijk eiken – verspreidden zich over het hoge Noordpoolgebied. De lange winternachten waren in het voordeel van soorten die maandenlang inactief konden blijven. Loofbossen verspreidden zich over hooggelegen gebieden die nu permafrost en boreaal bos zijn.

Het klimaat bevond zich op de top van een lange glijbaan naar het Antropoceen, waar we ons vandaag de dag bevinden. Eiken waren pioniers in wat het grotendeels gematigde noordelijk halfrond zou worden.

De eiken zijn niet op een bepaald moment of op een bepaalde plaats geboren. In plaats daarvan veranderde ergens tijdens of vóór de PETM geleidelijk een populatie van houtachtige planten in eiken. Elke zaailing in deze lijn leek op de bomen die hem voortbrachten. Als we daar waren geweest om getuige te zijn van de evolutie van die voorouderlijke bevolking, hadden we op geen enkel moment kunnen zeggen: "Gisteren waren er geen eiken, maar vandaag wel."

Gerelateerd: Waar kwamen de eerste zaden vandaan?

We eindigden met eiken door het gestage werk van natuurlijke selectie die gedurende lange perioden inwerkte op variabele boompopulaties. Deze lijn van individuen en populaties die langzaam de eiken worden, wordt de stam van de eikenclade genoemd. Het wordt op de Levensboom weergegeven door een enkele lijn.

De populatie bomen die het stuifmeel van St. Pankraz hebben afgezet, kan een takje vertegenwoordigen dat uit die stam ontsproten is, of een takje dat heel dicht bij de kruin van de eiken is ontsproten. In beide gevallen is het stuifmeel van St. Pankraz voorlopig onze beste gok over hoe oud de eiken zijn. Eiken gaan waarschijnlijk op zijn minst iets langer terug dan deze fossielen, ouder dan de PETM: fossielen zijn moeilijk te vinden, dus het is redelijk om te vermoeden dat we misschien enkele oudere exemplaren hebben gemist. Maar deze fossielen bieden ons een mijlpaal waarop we de eik des levens kunnen dateren.

De eerste soortvorming die we kennen bij eiken vond waarschijnlijk plaats binnen 8 miljoen jaar na het St. Pankraz-eikfossiel. Het verdeelde de eiken in twee lijnen: een die tegenwoordig beperkt is tot Eurazië en Noord-Afrika, en een die zich in Amerika ontwikkelde en pas later terugkeerde naar Eurazië. Zusterclades – die als zustersoorten worden geboren – kunnen in afzonderlijke geografische regio’s ontstaan wanneer hun voorouderlijke populatie fysiek onderverdeeld raakt. Een bergketen, een rivier, een woestijn, een uitgestrekte oceaan of een andere barrière tussen de twee delen van de bevolking zorgt ervoor dat zaden en stuifmeel niet tussen de twee nieuwe populaties kunnen bewegen. Soortvorming en de geboorte van nieuwe clades zijn vaak het gevolg.

De zich uitbreidende Atlantische Oceaan is een plausibele verklaring voor deze eerste eikensoortvorming. Magma dat aan het begin van de PETM voor de kust van Ierland in de Noord-Atlantische Oceaan stroomde, voegde korst toe aan de oostrand van de Noord-Amerikaanse (tektonische) plaat en de westelijke rand van de Euraziatische plaat. Dat blijft het tot op de dag van vandaag doen, waarbij de continenten met een snelheid van ongeveer een centimeter per jaar uit elkaar worden gedreven.

Naarmate de Atlantische Oceaan breder werd, bevond de voorouderlijke populatie van alle hedendaagse eiken zich mogelijk op de continenten van het noordelijk halfrond. Als dat zo is, dan was de voorouder van de eiken die we vandaag de dag kennen een wijdverbreide populatie die in tweeën werd gespleten toen Noord-Amerika westwaarts trok.

Vrijwaring

Herdrukt met toestemming van Oak Origins: From Acorns to Species and the Tree of Life door Andrew L. Hipp, uitgegeven door The University of Chicago Press. © 2024 door Andrew L. Hipp. Alle rechten voorbehouden.