De dag van de inslag die zo’n 66 miljoen jaar geleden een einde maakte aan het dinosaurustijdperk was de meest rampzalige voor het leven op aarde ooit. Een meteoriet met een doorsnede van zo’n tien kilometer kwam in zee voor de kust van het huidige Mexico terecht in de buurt van het plaatsje Chicxulub en zorgde voor een massa-uitsterving, die het einde betekende van meer dan 75 procent van de soorten op aarde.
Aardbevingen met een onvoorstelbare kracht trokken door de aardkorst. Tsunami’s met golven van meer dan vijftig meter hoog beukten op de Noord-Amerikaanse kusten. Door de immense hitte die de eerste inslag en de daaropvolgende stortvloed van puin veroorzaakte, ontstonden er bosbranden op honderden tot duizenden kilometers afstand van de locatie van de inslag.
Op honderden plekken ter wereld zijn nog sporen van deze catastrofe terug te vinden. Maar op een bijzondere plek in North Dakota blijken fossiele vissen die nog geen uur na de inslag zijn gestorven belangrijke informatie te bevatten: het leven op aarde werd door deze ramp overvallen op een lentedag.
Uit de groeipatronen in de gefossiliseerde beenderen van de vissen die werden beschreven in een onlangs gepubliceerd artikel in Nature blijkt dat de dieren stierven op het moment dat hun groei versnelde dankzij een overvloed aan voedsel. Dit duidt erop dat ze in de lente doodgingen. De nieuwe onderzoeksresultaten ondersteunen ook de steeds sterker wordende aanwijzingen dat de inslag bij Chicxulub desastreuze gevolgen had.
Lees ook: Nog nooit zagen we de kop van een tyrannosaurus zo goed
Na die eerste ramp werd het leven op aarde geconfronteerd met een huiveringwekkende ‘nucleaire winter’ die maanden tot jaren na de inslag aanhield. Deze fase zorgde voor het verdwijnen van de meeste soorten tijdens de uitsterving. Gassen en deeltjes werden hoog in de dampkring geblazen en blokkeerden het zonlicht, waardoor de temperatuur ruim vijftien graden daalde en de meeste ecosystemen uit het Mesezoïcum het loodje legden.
Maar als het klopt dat de planetoïde insloeg terwijl het op het noordelijk halfrond voorjaar was, overleefden veel planten en dieren niet lang genoeg om deze wereldwijde verduistering mee te maken: in het voorjaar zou een groot deel van de flora en fauna vooral op zoek moeten zijn geweest naar voedsel en partners. Dieren op het zuidelijk halfrond waren zich dan waarschijnlijk aan het voorbereiden op de herfst en de winter, waardoor ze mogelijk een klein voordeel hadden in de eerste fase van de ramp.
‘Als je de inslag niet overleeft, heb je überhaupt geen kans om de nucleaire winter te doorstaan,’ vertelt hoofdauteur en promovendus Melanie During van de Universiteit van Uppsala in Zweden. ‘Ik denk dat dit het meest ongunstige seizoen is dat je maar kunt bedenken.’
Vissen die in de tijd zijn bevroren
Het onderzoek is het meest recente van de studies naar de bijzonder goed bewaard gebleven fossielen van de vindplaats Tanis in North Dakota, waar steuren en lepelsteuren massaal stierven en bedolven raakten. Uit gruis dat in de kieuwen van de vissen werd teruggevonden blijkt dat ze nog geen uur na de inslag doodgingen. In een artikel uit 2019 van de New Yorker staan nog talloze andere waardevolle fossielen beschreven die afkomstig zijn van de vindplaats en waarover nog wetenschappelijke publicaties kunnen verschijnen.
De vindplaats – die werd vernoemd naar de ‘verloren’ oud-Egyptische stad – bevindt zich op grond die particulier eigendom is van een veehouder, en is een kleine uitloper van de grotere Hell Creek-formatie. In deze opeenstapeling van grondlagen zijn sporen teruggevonden van de honderden millennia die aan de uitsterving van de dinosaurussen voorafgingen. In 2017 ging During, die toen een masterstudent was aan de Vrije Universiteit Amsterdam, met een team naar Tanis. Ook Jan Smit maakte deel uit van het team, die als paleontoloog werkzaam is aan de universiteit, evenals Robert De Palma, de paleontoloog die de leiding heeft over de opgravingen op de vindplaats.
Volgens Smit was dit deel van Noord-Amerika 66 miljoen jaar geleden een vallei die ruim tien meter diep door de omringende riviervlakte sneed. De inslag van de meteoriet zorgde voor bevingen die zich richting de randen van de continentale plaat verspreidden en die binnen een kwartier tot een halfuur Tanis bereikten. Door de trillingen in de grond ontstonden golven van een binnenzee die stroomopwaarts richting Tanis trokken en raakte alles wat zich daar toen in het water bevond bedolven.
Intussen vloog gruis van de meteoriet hoog de atmosfeer in, waar het werd samengeperst tot kleine, glasachtige bolletjes. Deze deeltjes, tektieten genoemd, vielen ongeveer een kwartier na de inslag terug op aarde. In het sediment bij Tanis zijn gangetjes bewaard gebleven die werden veroorzaakt doordat de tektieten die terugvielen op aarde insloegen in de bodem. Ook in de kieuwen van de vissen werden tektieten aangetroffen. Ze hadden ze echter niet in hun spijsverteringsorganen of in de rest van hun lijf, wat erop duidt dat deze vissen niet lang nadat de tektieten in de rivier belandden stierven.
Lees ook: De oerknal, het begin van de tijd en het heelal
Verspreid over de gehele vindplaats zijn aanwijzingen voor deze slachting terug te vinden. In de ene laag sediment liggen de vissen allemaal met hun kop naar links en in de laag daarboven liggen ze naar rechts, alsof de vissen rondkolkten en werden bedolven terwijl enorme golven beurtelings aanspoelden en zich weer terugtrokken. ‘Ik vergelijk het maar steeds met een enorm verkeersongeluk, dat in de tijd bevroren is,’ aldus During.
Aanwijzingen in oeroude vissenbeenderen
During en Smit keerden naar Nederland terug met een aantal van de steuren en lepelsteuren afkomstig van de vindplaats en gingen aan de slag met de analyse. Bepaalde botjes in deze vissoorten groeien in de loop van de tijd in lagen, vergelijkbaar met de jaarringen van bomen. Aan de hand van deze lagen hoopte het team te kunnen achterhalen in welk seizoen de vissen waren gestorven.
Zo waren bij de lepelsteuren, die voedsel uit het water filteren, veranderingen terug te zien in de chemische bestanddelen van hun voedsel. Het fotosynthetische plankton dat ze aten, is in de lente en zomer productiever dan in de herfst of winter. Hoe actiever het plankton is, hoe hoger ook hun gehalte aan koolstof-13, een isotoop die iets zwaarder is dan de veel vaker voorkomende koolstof-12.
Door analyse van de chemische samenstelling van de beenderlagen van een lepelsteur ontdekte het team van During dat de koolstof-13-waarden aan het toenemen waren toen de vis stierf, maar dat deze nog niet hun piek hadden bereikt. Dat duidt erop dat het dier in de lente doodging.
Daarnaast analyseerde het team de groeipatronen in de beenderen. During en haar collega’s maakten met behulp van de ESRF (European Synchrotron Radiation Facility) in het Franse Grenoble, een deeltjesversneller die de krachtigste röntgenstraling ter wereld produceert, CT-scans van de beenderen. Ze wilden zo de exacte details achterhalen van de variaties in de microstructuur in het bot per seizoen.
Gedurende het voorjaar en de zomer is er meer voedsel beschikbaar en groeien de vissen sneller, waardoor het in deze periode afgezette botmateriaal sponziger en poreuzer is. In de magere tijden van de herfst en winter vertraagt de groei van de vissen, waardoor in de beenderen kenmerkende solide lagen ontstaan die ‘lines of arrested growth’ (lijnen van vertraagde groei) worden genoemd. Het team van During mat deze veranderingen, vanaf het binnenste van de beenderen tot aan de jongste, buitenste lagen. Het resultaat: alle vissen stierven op een moment dat ze bezig waren sneller te gaan groeien, maar hun groeipiek nog niet hadden bereikt, wat duidt op het voorjaar.
Dat deze beide bewijsmethoden wezen op hetzelfde seizoen, maakt dat de onderzoekers meer vertrouwen hebben in hun conclusies. ‘Dat is waarom wij er volgens mij uitstekend in geslaagd zijn te bepalen om welk seizoen het ging,’ aldus coauteur Dennis Voeten die als onderzoeker bij de Universiteit van Uppsala werkt.
Het leven op de verschillende halfronden
Het nieuwe onderzoek naar de vissen van Tanis is niet het enige in zijn soort. In december 2021 publiceerde een ander onderzoeksteam onder leiding van DePalma een eigen analyse van het seizoen dat was vastgelegd in Tanis in het vakblad Scientific Reports. De twee artikelen baseren zich op verschillende technieken en andere fossielen, maar komen in grote lijnen tot dezelfde conclusie. DePalma concludeerde dat de meteoriet in het voorjaar of in de zomer insloeg, wat in lijn is met het preciezere resultaat van During, die het wist terug te brengen tot het voorjaar.
‘We juichen onafhankelijke onderzoeken en analyses toe en we zijn blij dat deze projecten elkaar aanvullen en zo leiden tot een beter begrip van de prehistorische wereld,’ laat DePalma, die als docent werkt aan de Florida Atlantic University en die bezig is met een promotieonderzoek aan de University of Manchester, per e-mail weten.
De auteurs van het nieuwe artikel hopen dat hun onderzoeksgegevens kunnen bijdragen aan toekomstige analyses van de uitsterving aan het eind van het Krijt. Zo lijken vondsten van enkele vindplaatsen op het zuidelijk halfrond erop te duiden dat het herstel op het zuidelijk halfrond ongeveer twee keer zo snel ging als op het noordelijk halfrond. In hoeverre was het seizoen waarin de inslag plaatsvond daarop van invloed?
Mogelijk leveren fossielvondsten uit het zuidelijk halfrond meer aanwijzingen op. Deze zijn minder grondig onderzocht dan de vondsten van het noordelijk halfrond. ‘Ik denk dat er nog een schat aan materiaal is op het zuidelijk halfrond, maar daarvoor moeten we financiering krijgen voor landen waar gegevens van ontbreken,’ aldus During. ‘Dat is een gapend gat.’
Kirk Johnson, de directeur van het Smithsonian’s National Museum of Natural History, wijst erop dat de vissen uit Tanis onomstotelijk op een bepaald seizoen wijzen, maar dat de verschillen tussen de seizoenen 66 miljoen jaar geleden minder groot waren dan nu. De polen waren in die tijd niet bedekt door een permanente ijskap en er waren tot aan de polen bossen van bladverliezende bomen. Hij vraagt zich dan ook af in hoeverre de flora en fauna op het zuidelijk halfrond een voordeel had bij het overleven van de gevolgen van de inslag.
‘Het is beter dat er een bom op je valt als je toch al in je schuilkelder zit dan wanneer je net bezig bent om je dak te repareren, dat is een beetje het idee waar ze zich op baseren,’ zegt de in de Hell Creek-formatie gespecialiseerde paleontoloog Johnson. ‘Maar volgens mij houden de mensen die zo redeneren geen rekening met het feit dat er nauwelijks sprake was van seizoenen gedurende het Krijt. Het maakt dus minder uit, hoewel het waarschijnlijk wel iets uitmaakt.’
Volgens Johnson zou nader onderzoek hier meer licht op kunnen werpen. Met Tanis als referentie voeren Johnson en anderen nu opnieuw onderzoek uit naar andere vindplaatsen in de Hell Creek-formatie. Ze gaan daarbij op zoek naar soortgelijke vondsten, waarin ook mogelijk zulke gedetailleerde informatie is terug te vinden over de dag dat de dino’s doodgingen.
‘Iedereen wordt wijzer door de ontdekking van Tanis, omdat dit iets ongebruikelijks is,’ aldus Johnson. ‘Zij bedachten een methode waar wij nog niet aan hadden gedacht.’
