Nummulieten: wondertjes der natuur en verre herinnering aan een subtropisch Noordwest-Europa – Deel 1
Robert Speijer is professor in de geologie en paleontologie aan de KU Leuven (België). Met zijn onderzoeksgroep bestudeert hij de interactie tussen klimaatverandering en de biosfeer.
Van buitenaf lijkt dit object op een minuscuul Mentos snoepje. De delicate spiraalstructuur aan de binnenkant verraadt echter dat het een product van moeder natuur is, dat als nummuliet bekend staat. Meer bepaald is het de kalkhoudende schaal van een fossiel exemplaar van Nummulites involutus en het werd gevonden in oeroude zeeklei uit de buurt van Kortrijk.
Wat is er zo interessant aan een onopvallend fossieltje uit oude klei? Hoe onopvallend het schaaltje ook mag zijn, het is een overblijfsel uit de tijd dat het wereldwijd gemiddeld maar liefst 10 tot 15 graden warmer was dan vandaag! Dat was tijdens de vroeg-Eocene hete broeikastijd tussen 56 en 50 miljoen jaar geleden en dat was ook de laatste keer dat het oppervlak van de Aarde zulke hoge temperaturen meemaakte. Zelfs ter hoogte van België, waar de huidige gemiddelde oppervlaktetemperatuur ongeveer 11 OC bedraagt, heersten destijds subtropische condities met temperaturen van 20 OC tot bijna 30 OC. Maar voordat ik verder in ga op de waarde van nummulieten voor het onderzoeken en begrijpen van de vroegere klimaatomstandigheden op Aarde, focus ik eerst op de basisinformatie van deze buitengewone fossielen.
De interne dwarsdoorsnede van de schelp vertoont oppervlakkige gelijkenissen met de opgerolde schelpen van de bekende fossiele ammonieten. Maar ammonieten waren weekdieren en dus niet verwant aan nummulieten. Wat zijn nummulieten dan wel? Nummulieten (Familie Nummulitidae) vormen een diverse groep binnen de eencellige Foraminifera (Phylum Retaria), die zelf uit duizenden verschillende soorten bestaat, levend op de zeebodem of zwevend als plankton aan het oppervlak van zeeën en oceanen. Foraminiferen hebben een enorm lange en diverse geschiedenis die terug gaat tot het Vroeg-Cambrium, ongeveer 530 miljoen jaar geleden; uit moleculair onderzoek van moderne foraminiferen blijkt dat zij wellicht zelfs al zo’n 700 miljoen jaar geleden zijn geëvolueerd, ver vóór de opkomst van het meercellige leven. Terwijl relatief weinig biologen foraminiferen bestuderen, zijn ze onder paleontologen een van de meest bestudeerde fossielgroepen. Dat komt vooral door hun enorme talrijkheid en diversiteit in het fossielenbestand en de mogelijkheid om de ouderdom te bepalen van de gesteenten waarin ze voorkomen. Bovendien vormen foraminiferen een schatkamer voor het begrijpen van het klimaat en de reconstructie van klimaatverandering in het verleden – daarover later meer.
Wat is er dan zo bijzonder aan nummulieten binnen de foraminiferen? Terwijl de meeste soorten moderne en fossiele foraminiferen niet groter zijn dan een zandkorrel (een halve millimeter of minder), is dit exemplaar ongeveer 3 mm in diameter, wat enorm is voor een eencellig organisme, maar eigenlijk nog klein voor een volwassen nummuliet. Volwassen exemplaren van fossiele nummulietsoorten zijn gewoonlijk tot enkele centimeters in diameter en de grootste die we kennen bereikten afmetingen tot 18 cm in diameter!
Een nummulietschelp bestaat uit een spiraal van talloze kamertjes, te beginnen met een piepklein, bolvormig kamertje (de zogenaamde proloculus) midden in de schelp. Naarmate de levende cel binnen de schaal groeit, wordt de volumetoename van de cel opgevangen door extra kamertjes die een platte groeispiraal vormen waarin de latere windingen de eerdere volledig overlappen. Zo kan alleen de laatste winding van buitenaf worden waargenomen. Moderne analysetechnieken zoals microCT-scanning (zoals medische scanners) maken het echter mogelijk de interne structuur van een nummuliet op niet-destructieve wijze zichtbaar te maken. De afbeelding toont een virtuele doorsnede dwars door het midden van het specimen, een zogenaamde equatoriale doorsnede. Deze sectie maakt deel uit van een serie virtuele doorsneden van de nummuliet die in deze video worden getoond:
https://www.youtube.com/watch?v=F9_-Eb34bsk
Merk op dat in de video de virtuele doorsnede aan de bovenkant van het lensvormige exemplaar begint en eindigt aan de basis ervan.
De figuur toont de interne structuur halverwege de videosequentie. Omdat het specimen vrij klein is, is de interne structuur van deze nummuliet nog vrij eenvoudig, maar in bepaalde ontwikkelingslijnen van de nummulitiden kunnen grotere exemplaren een complexere structuur vertonen, met meerdere verstrengelde spiralen, of met een opdeling van de kamers in meerdere kamertjes.
Je vraagt je misschien af hoe een eencellig marien organisme een kalkhoudende schelp kan laten groeien ter grootte van een Olympische medaille en groter. Dit is inderdaad een reusachtige prestatie, maar nummulieten kunnen dit niet alleen. In hun protoplasma dragen ze tal van kleine helpers, algemeen bekend als fotosymbionten. Dit zijn veel kleinere eencellige organismen, waaronder verschillende soorten autotrofe ‘algen’, zoals diatomeeën en dinoflagellaten. Net als planten fotosynthetiseren deze symbionten suikers voor hun celgroei en voortplanting. Dit proces levert ook afvalproducten in de vorm van organische verbindingen op, die de nummuliet als extra voedselbron goed kan gebruiken. Aangezien dit een symbiotische relatie is, levert de schelp van de nummuliet ook iets waardevols op voor de ‘algen’, zoals met name beschutting tegen organismen die op de ‘algen’ in het zeewater azen. De fotosymbionten leven binnen het protoplasma in de kamers van de nummuliet. De wanden van deze kamers bestaan uit dunne laagjes calciet, die de schelpen enigszins transparant maken. Op die manier fungeert elke kamer als een minuscule individuele kas en kan één nummuliet worden beschouwd als een natuurlijk equivalent van een modern kassencomplex in miniatuurvorm. In plaats van gewassen, kweekt de nummuliet ‘algen’ in zijn kas.
De aanwezigheid van zonlicht is een belangrijke factor voor het voortplantingssucces van de fotosymbionten en hun nummuliet-gastheren. Daarom leven nummulieten op de zeebodem van ondiepe zeeën, waar voldoende zonlicht de schelpen kan binnendringen en de interne symbionten van energie voor fotosythese voorziet.
Tot nu toe heb ik me gericht op enkele fascinerende bijzonderheden van de reuzen onder de minuscule eencelligen in de zee. Maar van de nummulieten kan ook een veel groter beeld worden geschetst. Dit heeft te maken met hun voorkeur om uitsluitend in warme zeeën te leven, net zoals de rifvormende koralen. Uit geologische gegevens blijkt namelijk dat toen ondiepe (sub)tropische zeeën te heet werden, de nummulieten en andere grote foraminiferen floreerden, terwijl rifkoralen vrijwel volledig uit de subtropen verdwenen. Dit is gebeurd in het vroeg-Eoceen, ongeveer 56 miljoen jaar geleden, en zoals in deel 2 van dit onderwerp besproken zal worden, zou dit in de nabije toekomst opnieuw kunnen gebeuren, als de temperatuur op aarde onder versterkte broeikasomstandigheden in hoog tempo blijft stijgen. Enerzijds zal ik aantonen dat de subtropische omstandigheden zoals we die nu kennen van het Caribisch gebied veel uitgebreider waren tijdens het Vroeg-Eoceen, zelfs tot in het Noordzeebekken, waar gemiddelde temperaturen heersten van 20 OC tot bijna 30 OC – vergeleken met de huidige 10 OC tot 15 OC. Aan de andere kant zal duidelijk worden dat kustgemeenschappen op lage breedtegraden, met name die van atollen, wellicht extra te lijden zullen hebben van de opwarming van de aarde dan door de wereldwijde stijging van de zeespiegel alleen. De kwetsbaarheid van veel rifbouwende koraalsoorten voor opwarming van het zeewater boven ~30 OC is de belangrijkste factor in dit bedreigende probleem.
Robert P. Speijer – Department of Earth & Environmental Sciences, KU Leuven, Belgium
