Dit is nu al aan het derde artikel over landplanten, maar er is nog geen plant aan land. Dat gaat nu gebeuren, maar bedenk wel wat er allemaal al wél gebeurd is in de voorgaande periode. Het leven bestaat dan al ca. 3,5 miljard jaar. Niet lang na de start was er al een primitief systeem om voedingstoffen te maken met behulp van zonlicht. Dit werd sterk verbeterd door de cyanobacterie die uit zonlicht en koolzuur, suikers en zuurstof kon maken. Ongeveer 2,1 miljard jaar geleden vinden we de eerste alg, Grypania. Dit is zoals gezegd een alg en geen bacterie en deze heeft dus een celkern, mitochondriën en ook bladgroen: de eerste voorloper van de planten. Nu kunnen eencelligen en meercelligen met bladgroen beginnen met de verovering van de zeeën en later van de zoetwatermeren. En ze kunnen beginnen met het verbouwen van de aarde want het leven heeft de aarde niet alleen gebruikt, maar ook aangepast. En die aanpassingen waren niet altijd in het voordeel van het leven zelf!

Het parapluutjesmos vormt parapluutjes voor geslachtelijke voortplanting. De kleine bekertjes zorgen ook nog voor vegetatieve voortplanting

Aanpassen van de aarde

Voordat de planten verschenen bestond de atmosfeer op aarde voor een belangrijk deel uit koolzuurgas, methaan en nog een aantal andere gassen die wij tegenwoordig allemaal broeikasgassen noemen. Naar schatting was er niet meer dan 1% zuurstof. Het resultaat was waarschijnlijk inderdaad een broeikas met temperaturen boven de 40 ^oC. Voorlopig bleven de eerste planten dus heel verstandig onder water, maar koolzuur verbruiken en zuurstof produceren deden ze wel. In de eerste vele miljoenen jaren had dat allemaal niet veel effect op de atmosfeer want de geproduceerde zuurstof werd verbruikt om ijzer en andere materialen te oxideren. Die stoffen waren via vulkanen uit het binnenste van de aarde gekomen en konden door gebrek aan zuurstof niet oxideren (bij metalen heet dat wat minder deftig: roesten). Dank zij het bladgroen kon dat nu wel en toevallig ontstonden daarbij stoffen die veel, veel later bruikbaar zouden zijn voor de landplanten!

Maar op een gegeven moment was alles geoxideerd wat kon oxideren (en niet te diep in de aarde zat) en toen ging de hoeveelheid zuurstof in de atmosfeer stijgen. Toen bleek dat wat we nu anaerobe organismen noemen, eigenlijk niet tegen teveel zuurstof konden en dus (bijna) uitstierven, men spreekt van de zuurstofcrisis zo'n 2,5 miljard jaar geleden. Maar het werd nog erger. Er kwam nog meer zuurstof en dus nam het broeikaseffect af en dus koelde de aarde af. Rond 1 miljard jaar geleden ontstonden er een of meer forse ijstijden. Men spreekt van een 'ijsbal aarde'. Of deze alleen door de planten werd veroorzaakt is niet zeker want rond die tijd werd er ook driftig geschoven met de continenten. Heel bekend is dat er ooit één supercontinent was. Het wordt Pangea genoemd en het bestond 320 tot 290 miljoen geleden. Je kunt het reconstrueren door de huidige continenten als bij een legpuzzel weer aan elkaar te passen. Maar voor die tijd zijn er ook al zeker twee van die supercontinenten geweest en een daarvan, Rhodinia, ontstond ca. 1,1 miljard geleden. Wat de bijdrage van die supercontinenten aan de ijsbal aarde precies was weten we niet, wel is duidelijk dat een supercontinent in het midden een zeer extreem landklimaat moet hebben gehad.

Een minder opvallend levermos, waarschijnlijk kegelmos (Conocephalum conicum)

Herstart

Bij de ijstijden rond 1 miljard geleden koelde de hele aarde dus sterk af. Dit is een belangrijk verschil met bijvoorbeeld onze laatste ijstijd die zo'n 10.000 jaar geleden eindigde. In onze omgeving was het toen wel erg koud, maar in de tropen veranderde er relatief weinig. Allerlei levensvormen konden zich toen redden door naar het zuiden te 'vluchten' maar bij de ijsbal aarde van 1 miljard jaar geleden was dat niet mogelijk. Bovendien duurde de periode van de ijsbal aarde (met ups en downs) 300-400 miljoen jaar, terwijl een 'gewone' ijstijd maar zo'n 20-30 duizend jaar duurt! Dus een hele boel waterorganismen overleefden deze periode niet en moeder natuur had daarna weer ruimte om een hele boel nieuwe levende wezens ontwikkelen.

De meeste opvallende van deze nieuwe wezens horen bij de dieren, al lijken ze absoluut niet op de dieren die wij kennen. Ze konden zich bijvoorbeeld niet voortbewegen. Dat lijkt heel vreemd maar zeeanemonen kunnen nog steeds niet lopen of zwemmen. De eerste serie nieuwe wezens ontstond ca. 575 miljoen jaar geleden en leverde de zogenaamde Ediacarische biota die het 'maar' 30-40 miljoen vol hielden. Daarna kwam wat men noemt de Cambrische explosie vanaf ca. 542 miljoen jaar geleden. Hierbij ontstonden ontzettend veel nieuwe soorten waaronder de meeste vormen van het huidige dierlijke leven op aarde. Of er tussen die twee grote ontwikkelingen nog een dramatisch incident is geweest waardoor van alles uitstierf is niet duidelijk, maar waarschijnlijk zijn de dieren uit het Cambrium wel ontstaan uit de Ediacarische biota.

De planten in zee (algen, zeewieren) lijken misschien weinig of niet veranderd te zijn in de ijsbal periode en de voor de dieren zo belangrijke periode er na. We zien voor en na die periode nog steeds groene algen en wieren zonder wortels, soms met iets wat op een stengel lijkt maar het niet is en nooit, nooit zien we iets als bloemen. Maar wij zijn landrotten en we kijken niet goed genoeg. De deskundigen melden dat onze gewoonte om al dat groeisel in de zee samenvatten als 'algen en wieren' zeer onterecht is. Op de eerste plaats is er geen duidelijk onderscheid tussen alg en wier behalve dat wij de grote soorten meestal wier noemen. En bovendien is de verwantschap tussen de verschillende algen en wieren minimaal en dit betekent dat er duizenden en duizenden soorten bestaan moeten hebben die door klimaat veranderingen uitgestorven zijn of die verdrongen zijn door nieuwkomers. Kortom: de evolutie heeft krachtig huisgehouden onder de zogenaamde algen en wieren.

Plant aan land

Voor ons landrotten is wel belangrijk dat er sinds de Cambrische explosie een aparte groep algen van zoet water bestaat want van daaruit zijn de landplanten ontstaan! De voorvader van de landplanten kwam waarschijnlijk uit de kranswieren (Characeae). Kranswieren leven onder water in zoet water en komen ook in Nederland voor. Ze lijken op het eerste gezicht een beetje op paardenstaarten, maar onze paardenstaarten zijn toch weer niet de eerste landplanten, maar zijn uiteraard wel verwant. Ik heb kranswieren nooit (bewust) gezien maar voor duikers schijnen ze niet ongewoon te zijn en zelfs fotogeniek want ze maken oranje broedknolletjes binnen de kransen.

Men denk dat uit de kranswieren (dit is teer kransblad, Chara virgata) de eerste landplanten zijn ontstaan

Eindelijk dus: rond 450 miljoen jaar geleden verschenen de eerste landplanten. Zo'n miljard jaar hebben de algen er over gedaan om aan land te komen! Was dat dan zo moeilijk? Ja, blijkbaar, er moest in ieder geval heel erg veel aangepast worden. Een waterplant leeft eigenlijk in een soort luilekkerland waar alles wat hij nodig heeft gewoon langs komt drijven:
- Voedingstoffen en koolzuur zitten in het water en kunnen door ieder blaadje en takje worden opgenomen.
- De plant heeft ongeveer hetzelfde soortelijke gewicht als water en hoeft dus zichzelf niet overeind te houden. Eventueel hier of daar een luchtkamertje en het is geregeld.
- Een paar dagen felle zon heeft weinig invloed op de temperatuur van diep water en uitdrogen kan al helemaal niet.

Voor al deze problemen moesten bij de landplanten oplossingen worden gevonden. Mogelijk was de eerste aanpassing de bescherming tegen uitdrogen bij een plant die in ondiep water af en toe boven water kwam. Een extra huidje over het blad kon daar voor zorgen, maar dat hinderde ook de opname van koolzuur en andere voedingstoffen uit water. Huidmondjes konden koolzuur uit de lucht opnemen, maar voor de opname van voedingstoffen uit het (regen)water moesten toch nog de blaadjes zorgen. Mosachtige planten kunnen dit en die transporteren voedingstoffen van cel naar cel zonder echte vaten te gebruiken. Dit waren dan ook waarschijnlijk de eerste landplanten waarbij de voorouders van onze levermossen en goede kans maken.

Als planten hogerop willen, bijvoorbeeld om boven de mosachtigen uit te komen, is er meer nodig. Uiteindelijk gingen de wortels water en voedingstoffen opnemen, maar toen moesten er weer kanalen worden gemaakt tussen wortels en bladeren om die stoffen van beneden naar boven te krijgen én om stoffen van boven naar de wortels te transporteren.
Toch waren deze problemen misschien nog niet eens de moeilijkste. Voortplanting kan wel eens de moeilijkste geweest zijn. Vegetatieve voortplanting zal wel gelukt zijn, maar de seksuele voortplanting was ook nodig om meer soorten te krijgen. En dat was weer noodzakelijk om blijvend te kunnen overleven op het land waar waarschijnlijk veel meer en sneller veranderende eisen werden gesteld dan in het water.

Een tekening die laat zien hoe de sporendrager van Cooksonia pertoni er waarschijnlijk uit zag

Maar zoals gezegd rond 450 miljoen jaar geleden kwamen de eerste planten aan land. Over de allereerste, de mosachtige planten, is weinig bekend omdat die erg slecht fossiliseren: meestal vindt men van de mossen slechts de sporen (ik bedoel de sporen voor de voortplanting). Bij de vaatplanten gaat fossiliseren een stuk beter en daar is dus duidelijk meer informatie over. Waarschijnlijk het oudste fossiel tot nu toe, is van een plantje (Cooksonia pertoni) van een paar cm hoog en opgebouwd uit een aantal stengeltjes zonder blad en met bovenop een sporenkapsel. Uit dezelfde tijd of mogelijk zelfs iets eerder is een plantje (Baragwanathia) dat lijkt op de huidige wolfsklauwen dus met iets als zijtakjes of blaadjes. Maar heel verrassend: zij waren tijdgenoten van Prototaxites een 'boom' die wel 8 m hoog werd! Alleen dit was geen plant maar een schimmel of heel misschien een schimmel met een alg, een korstmos dus. Zo'n 50 miljoen jaar later haalde de eerste varen die hoogte, de Wattieza. Rond die tijd stierf Prototaxites uit, maar ik weet niet of die twee dingen iets met elkaar te maken hadden.

Jan van Dingenen - 2014

Naschrift

In deze serie "Evolutie van landplanten" zitten de volgende artikelen:
74. Evolutie van landplanten - 1. Inleiding
75. Evolutie van landplanten - 2. Na het begin van leven
76. Evolutie van landplanten - 3. Plant aan land
77. Evolutie van landplanten - 4. Sporen zaaien
78. Evolutie van landplanten - 5. Varens, boomvarens, zaadvarens
79. Evolutie van landplanten - 6. De eerste bossen
80. Evolutie van landplanten - 7. Naaktzadigen
81. Evolutie van landplanten - 8. Bedektzadigen of bloemplanten