3D rendering van de tiktaalik, een uitgestorven lopende vis Stippel Yeti/Shutterstock
Als je aan de menselijke evolutie denkt, is de kans groot dat je denkt aan chimpansees die oude bossen verkennen of aan de vroege mensen die wolharige mammoeten op grotmuren bekladden. Maar wij mensen, samen met beren, hagedissen, kolibries en Tyrannosaurus rex, zijn eigenlijk kwabvinnigen.
Het klinkt misschien bizar, maar het bewijs zit in onze genen, anatomie en in fossielen. Wij behoren tot een groep dieren die landbewonende sarcopterygiërs worden genoemd, maar enorme hoeveelheden evolutionaire verandering hebben ons uiterlijk verdoezeld.
Wij denken aan vissen als deskundige zwemmers, maar in feite hebben zij het vermogen ontwikkeld om minstens vijf keer te “lopen”. Sommige soorten trekken zich voort met behulp van goed ontwikkelde voorvinnen, terwijl andere soorten over de oceaanbodem “lopen”.
Onze sarcopterygische voorouder ontwikkelde longen en andere luchtademhalingsmechanismen, benige ledematen en een sterkere wervelkolom voordat hij zich aan land waagde. Deze aanpassingen waren niet alleen nuttig in een aquatische omgeving, maar stelden onze voorouders ook in staat om het land te verkennen – het waren “voor-aanpassingen” voor het leven op het land.
De overgang van water naar land was een van de belangrijkste gebeurtenissen in de evolutie van gewervelde dieren. Het begon misschien als een manier om aan roofdieren te ontsnappen, maar het landschap dat onze voorouders ontdekten was al rijk aan planten zoals mossen, paardenstaarten en varens, en aan geleedpotigen (miljoenpoten) die miljoenen jaren eerder het land hadden gekoloniseerd.
We zijn niet alleen
Bij vissen is lopen meerdere malen onafhankelijk geëvolueerd, waardoor het een voorbeeld is van evolutionaire convergentie (vergelijkbare eigenschappen die onafhankelijk van elkaar evolueren, zoals vleugels bij vleermuizen en vogels). De evolutie van het lopen bij vissen is echter zeldzaam. Er zijn meer dan 30.000 soorten vissen zoals wij die nu kennen (niet in evolutionaire zin), waarvan er slechts een handvol kunnen “lopen”.
Sarcopterygianen verschillen op verschillende belangrijke manieren van andere vissoorten. Zo hebben onze vinnen (ledematen) benige steunen en spierlobben die ons in staat stellen om op het land te bewegen.
Deze aanpassing zou cruciaal zijn geweest voor de evolutie van de tetrapoda (amfibieën, zoogdieren, reptielen en vogels) tijdens de overgang van water naar land in het late Devoon, zo’n 375 miljoen jaar geleden. Veel van de genen die betrokken zijn bij de vorming van ledematen en vingers bij tetrapoda worden ook aangetroffen bij watergebonden sarcopterygiërs zoals longvissen, wat erop wijst dat deze eigenschappen zijn geëvolueerd in onze oude gemeenschappelijke voorouder.
Coelacanth vissen komen nog steeds voor in tropische zeeën.
Catmando/Shutterstock
We weten niet welke soort deze voorouder was, maar hij leek waarschijnlijk op de coelacanth, die een rijk fossielenbestand heeft en een “levend fossiel” is dat tegenwoordig in de West-Indische Oceaan en Indonesië leeft.
Wandelende sarcopterygische vissen zijn ofwel uitgestorven, zoals Tiktaalik, of zo sterk geëvolueerd dat we ze niet meer als vis herkennen (tetrapoda).
Een voorbeeld van een levende vis die loopt is de modderkruiper (van de Oxudercidae familie). Deze vissen leven in mangrovemoerassen en wadden en gebruiken hun borstvinnen om op het land te lopen. Deze vinnen helpen hen te ontsnappen aan waterroofdieren, naar voedsel te zoeken (ze eten organisch materiaal in de modder), en zelfs op het land met elkaar te communiceren door partners te zoeken.
Een ander voorbeeld is de wandelende meerval (Clarias batrachus), die zijn borstvinnen gebruikt om zich over land te verplaatsen, zodat hij kan ontsnappen uit opdrogende vijvers en nieuwe habitats kan vinden.
De lopende meerval is een soort zoetwater, luchtademende meerval.
bajaphotos/Shutterstock
Hoe zijn de genen die verband houden met lopen het eerst geëvolueerd?
De kleine vleet (Leucoraja erinacea) is een kraakbeenvis die verwant is aan roggen en haaien (in tegenstelling tot beenvissen, waaronder sarcopterygiërs). Het is een andere vis die onder water “loopt” op vinnen als poten, waarbij hij de bewegingen van landdieren nabootst.
De kleine vleet is van groot belang voor wetenschappers die de evolutie van de voortbeweging onderzoeken, omdat hij onafhankelijk van sarcopterachtigen het lopen op vinnen ontwikkelde. Tot nu toe was de genetica achter het lopen van de kleine rog echter moeilijk te bestuderen door een gebrek aan kwaliteitsgegevens.
Dat veranderde onlangs toen onderzoekers uit Seoul en New York geavanceerde technologie gebruikten om een hoogwaardige assemblage van het genoom van de kleine rog te maken. De wetenschappers ontdekten dat hij slechts tien spieren gebruikt voor het lopen met de vinnen, terwijl viervoeters gewoonlijk 50 spieren gebruiken om hun ledematen te bewegen.
Een grote vraag over de evolutie van gewervelde dieren is: welke genen zijn belangrijk voor de ontwikkeling van de spieren die het lopen mogelijk maken? Om daar achter te komen, keek het team welke genen actief waren in de zenuwen die de spieren van de ledematen aansturen (motorische zenuwen) bij de muis, de kip en de kleine vleet.
Ze ontdekten vergelijkbare genexpressiepatronen in de motorische zenuwen die deze spieren helpen functioneren. Wandelende vissen kunnen dus verschillende evolutionaire paden hebben bewandeld, maar deze recente studie suggereert een gemeenschappelijk genetisch mechanisme.
Er zijn 32 levende soorten modderkruipers.
Polbkt/Shutterstock
Mensen evolueerden om de beste wandelaars te zijn
Tegen het einde van het Trias, ongeveer 201 miljoen jaar geleden, hadden zowel dinosauriërs als zoogdieren uitstekende loopcapaciteiten ontwikkeld. De mens verfijnde dit bewegingsvermogen en ontwikkelde talrijke aanpassingen die ons tot een van de meest efficiënte en capabele loopsoorten op aarde maken.
Deze aanpassingen omvatten een veerachtige achillespees die helpt energie op te slaan, een lange pas en een evenwichtig zwaartepunt, en zweten om af te koelen. Deze aanpassingen stellen ons in staat lange afstanden te lopen met een groot uithoudingsvermogen, zij het op lage snelheid.
Onze voorouders gebruikten hardlopen voor de jacht, om te ontsnappen aan roofdieren en om te foerageren. Het heeft onze anatomie, fysiologie en cultuur gevormd. En veel studies tonen aan dat lopen en rennen cruciaal zijn voor ons welzijn en onze lichamelijke gezondheid.
Het is een lange weg geweest vanaf de oorsprong van het lopen bij onze visachtige voorouders die voor het eerst land koloniseerden. Maar lopen en rennen blijven een centraal onderdeel van ons leven, en ons evolutionaire succes.
Chris Organ werkt niet voor, heeft geen adviesfuncties, bezit geen aandelen in en ontvangt geen financiering van bedrijven of organisaties die baat hebben bij dit artikel, en heeft geen relevante banden bekendgemaakt buiten zijn academische aanstelling.