Gedurende tientallen jaren probeerden robotontwerpers robots zoveel mogelijk op mensen te laten lijken. Niet erg handig, want voor de meeste karweitjes is de menselijke lichaamsvorm helemaal niet handig. Wordt het niet tijd dat we meer naar Darwin gaan luisteren in plaats van onszelf?
Deltarobots kunnen zeer snel werken. Ze lijken in niets op de lopende bandwerkers die ze vervangen.
Kunstmens legt het af tegen robotinsekten
Een kunstmens bouwen. Dit is al tientallen jaren de grote droom van robotbouwers. Spectaculaire robots als Asimo van Honda belichamen dit streven. Het praktische nut van dit soort kunstmensen is echter beperkt. Dom, zegt een succesvolle groep rebelse robotbouwers. We kunnen beter ‘domme’ robotinsekten bouwen. Hun opmerkelijke successen zetten steeds meer mensen aan het denken. Hun basis-ontwerpfilosofie is dat de intelligentie uit hun lichaamsvorm volgt. In plaats van ingewikkelde foutcorrectiesoftware, zorgt eenvoudige mechanische feedback er bijvoorbeeld voor dat de robotinsecten niet omvallen als ze lopen. Biologen denken ook dat bijvoorbeeld eencelligen op deze manier functioneren. Bij octopussen gebeurt een groot deel van het denkwerk in hun tentakels.
Darwin schept nieuwe generatie robots
Deze robots hebben weinig weg van mensen, maar ze zijn veel beter in allerlei taken dan humanoïde robots. De volgende generatie robots zal dan ook op evolutionaire wijze ontworpen worden. Niet als schepsels in ons evenbeeld, maar als mechanische spinnen of misschien wel absurde mechanische contrapties die geen evenknie in de aardse biosfeer kennen. In feite is dat ook logisch. Wij mensen hebben veel last van RSI en andere klachten omdat we werk moeten doen waar onze lichamen helemaal niet geschikt voor zijn.
Als we willen dat een robot dit werk overneemt, zou die robot wel eens een heel andere vorm kunnen krijgen dan we zelf hebben om het werk optimaal te kunnen doen.
Eén enkel chemisch element kan een groot aantal ooit als strategische mineralen beschouwde materialen vervangen en zal de basis vormen voor de volgende industriële revolutie. Ideeën en energie worden belangrijker dan ooit, want dit wondermateriaal is letterlijk overal voor het grijpen.
Koolstof nanovezels breken alle sterkterecords en zullen voor de volgende industriële revolutie zorgen.
Koolstof tot voor kort alleen ‘organisch’ materiaal
Koolstof vormt letterlijk de ruggengraat van het leven. Suikers en zetmeel bestaan uit koolhydraten – een ‘rups’ van koolstofatomen of van groepjes koolstofatomen. Ook eiwitten en vetten bestaan voor een groot deel uit koolstof. Opmerkelijk genoeg was dat in het dagelijks leven tot voor kort anders. Elektrische stroom loopt door koperdraden. Onze auto’s bestaan uit metaalplaat. Onze huizen zijn gebouwd van baksteen en beton.
Enkele ontdekkingen aan het einde van de twintigste eeuw en vlak daarna hebben dat laatste ingrijpend veranderd. Verschillende typen koolstofverbindingen hebben namelijk bepaalde materiaaleigenschappen die die van alle andere materialen voorzover bekend overtreffen. Een overzicht in het kader.
Buckey balls
De allereerste (in 1985) ontdekte bijzondere vorm van koolstof. Het molecuul buckminsterfullereen heeft alles weg van een moleculaire voetbal, waarbij de ruimtes tussen de koolstofatomen de vlakken van de voetbal vormen. De kogeltjes bleken keihard en zijn in staat bijvoorbeeld radioactieve atomen of andere moleculen te transporteren.
Koolstofnanobuisjes
Bij nader onderzoek in 1991 bleken zich nog veel interessantere structuren te vormen als met een vlamboog buckyballetjes werden geproduceerd: koolstofnanobuisjes, die veel weg hebben van langgerekte buckyballs.
Deze nanobuisjes kennen de grootste treksterkte van alle bekende materialen: in theorie 150 GPa, in de praktijk 60 GPa. Dit laatste getal betekent dat een draadje van een vierkante millimeter doorsnede zes ton aan gewicht kan dragen. Dat is een complete mannelijke Indiase olifant. Een draadje zo dik als een gemiddelde mensenhaar kan ongeveer een mens dragen. Hiermee worden staal en kevlar met twee ordes van grootte geklopt. Er bestaan ook dubbelwandige koolstofnanobuisjes, die deze eigenschappen nog iets overtreffen.
Grafeen
In feite vormen koolstofnanobuisjes opgerolde stukken grafeen. Grafeen heeft het meeste weg van zeshoekig kippengaas, waarbij de koolstofatomen zeshoeken vormen. We produceren bijna iedere dag grafeen, als we schrijven met een grafiet potlood en de laagjes grafeen afschilferen. De unieke eigenschappen van grafeen werden ontdekt door de naar Nederland geïmmigreerde Andrej Geim, waarvoor hij met twee anderen de Nobelprijs natuurkunde kreeg.
Geen wonder. Ook dit materiaal is ongeveer even sterk en licht als koolstofnanovezel, dus ook weer honderd keer zo sterk als staal. Een laagje grafeen is één atoom dik. Ook grafeen is een extreem goede elektrische geleider – bij kamertemperatuur in theorie zelfs beter dan zilver. Als dit materiaal op grote schaal in vliegtuigen of op de weg wordt gebruikt, zou dat de helft of meer van het brandstofverbruik schelen. Ook zou het vliegtuig beschermd zijn tegen bliksem door de kooi van Faraday die het materiaal vormt. Bijna iedere dag worden nieuwe toepassingen bedacht voor dit wondermateriaal.
Bulkallotropen
De bekendste bulkallotroop van koolstof is uiteraard diamant. De laatste jaren zijn er steeds meer methodes ontdekt om op grote schaal kunstdiamant te maken. Worden deze methodes fors opgeschaald zonder dat er energievretende productiemethoden nodig zijn, dan betekent dat onder meer onbreekbare ruiten, krasvaste brillenglazen en nog veel meer.
Daar blijft het niet bij. Koolstofkristallen die afwijken van diamant blijken bijzondere eigenschappen te hebben die ze voor andere toepassingen interessant maakt.
Koolstof ideaal voor 3D-printers
Fabrikanten van 3D-apparatuur zagen deze ontwikkeling al aankomen en zijn nu in hoog tempo bezit om koolstofmaterialen in hun apparatuur in te bouwen. Het vergt weinig betoog waarom. Grafeen kan je in feite atoomlaagje voor atoomlaagje op elkaar leggen. Koolstofnanovezels zijn een goed alternatief voor metalen geleiders. De kans is dus zeker aanwezig dat je nieuwe televisie wordt geprint in de winkel terwijl je wacht.
Koolstof overal voor het grijpen
We zeiden het al: koolstof is letterlijk overal om ons heen. letterlijk voor het grijpen. In de lucht bijvoorbeeld, in de vorm van kooldioxide, waar er volgens broeikaspessimisten veel te veel van is. In de vorm van steenkool zijn er onafzienbare voorraden onder de grond. Biomassa, kalksteen, carbonaten opgelost in zeewater – noem maar op.
Kortom: de angsten van de Club van Rome en onze gewaardeerde collega’s van Cassandra Club over het uitgeput raken van metalen blijken vermoedelijk onterecht. In feite zijn onze problemen te herleiden tot een energieprobleem. Dus laten we daar snel wat aan gaan doen in plaats van ons druk te maken over onbelangrijke bijzaken.
Een plaatje zegt meer dan duizend woorden. Hoe lang duurt het nog totdat zonnepanelen goedkoper worden dan fossiel? Op sommige plaatsen in Europa is het al zover.
Klik voor een vergroting
Bij deze berekening is uitgegaan van een terugverdientijd van tien jaar en een kilowattuurprijs van tien eurocent.
Eind 2011 zijn de kosten per watt-piek, inclusief installatie, ongeveer anderhalve euro. Dat betekent dat zonne-energie nu al interessant is voor de meeste Spanjaarden, Portugezen, Cyprioten en veel Grieken, Italianen en Turken.Let ook op de Alpen en Pyreneeën.
Daalt de prijs tot onder de euro per geïnstalleerde watt (leuk weetje: de productiekosten van veel zonnepaneelfabrikanten liggen daar al onder), dan rukt het gratis energiegebied op tot Noord-Frankrijk, Slowakije en de Alpen. Binnen twee jaar is het zover. Bij een nog verdere prijsdaling tot 0,75 per watt piek hoeven alleen de IJslanders, Noren en Lappen zonder elektriciteit te zitten. Geen punt, want daar is voldoende waterkracht en geothermische energie. Ook is Lapland het winderigste gebied van Europa.
Hoe zouden de dieren en planten van nu verder evolueren na het uitsterven van de mens? Deze vraag kreeg een aantal biologen voorgelegd van documentairemakers. Met opmerkelijke resultaten. Hieronder een spectaculaire samenvatting van de meest opvallende wezens uit de documentaire The Future Is Wild.
Vanaf het aanbreken van het Pleistoceen werd de aarde geteisterd door een reeks van zware ijstijden en korte interglacialen. Opmerkelijk genoeg komen deze redelijk nauwkeurig overeen met groeispurts in de intellectuele vermogens van de mens. Is er een verband?
Parantropus boisei leefde in de Ethiopische savanne van gras, dat deze mensachtige in grote hoeveelheden at. Waarschijnlijk deden klimaatsveranderingen deze specialist de das om.
Matt Grove van de School of Archaeology, Classics and Egyptology reconstreerde hoe de voorouders van de mens reageerden op de klimaatfluctuaties van de afgelopen vijf miljoen jaar. Hierbij maakte hij gebruik van genetische modelleringstechnieken. Toen de resultaten hiervan werden vergeleken met de tijdlijn van de evolutie van de mens, ontdekte Dr Grove dat belangrijke gebeurtenissen in de menselijke evolutie overeenkwamen met periodes waarin de temperaturen wild op en neer gingen.
Grove stelt, dat de studie bevestigt dat een belangrijke soortvormingsperiode bij mensen, waarin er tijdelijk meer soorten naast elkaar bestaan (adaptieve radiatie) samenviel met een lange periode van klimatologische variatie. Vanaf 2,7 miljoen jaar geleden begon het klimaat op aarde wild te schommelen: de bekende ijstijden. Zeer interessant is dat vlak na die tijd een groot aantal mensachtige soorten ontstond, waarvan de meeste 1,5 miljoen jaar geleden alweer verdwenen waren. De oudste stenen werktuigen dateren van 2,6 miljoen jaar geleden en hielpen waarschijnlijk verschillende soorten mensachtigen de periode van heftige klimaatschommelingen te overleven.
Onze directe voorouder Homo erectus was veel slimmer en veelzijdiger. Zijn leefgebied strekte zich niet voor niets uit vanaf Indonesië tot Afrika.
“1,5 miljoen jaar geleden was er nog maar één menselijke voorouder over – Homo erectus. De sleutel voor het overleven van Homo erectus is zijn flexibiliteit. De soort kon zich in zeer uiteenlopende omgevingen handhaven en was geografisch gezien de meest verspreide soort van alle. Andere soorten die zich hadden aangepast aan een bepaalde specifieke omgeving, verdwenen toen door klimaatsveranderingen hun leefgebied verdween. Homo erectus hield het overal uit, kon allerlei klimatologische en natuurrampen overleven en had dus de beste papieren om te overleven.”
In het onderzoek van Grove is voor het eerst zogeheten ‘variability selection’ gemodelleerd, een evolutionair proces dat voor is gesteld door paleantropoloog Rick Potts vlak voor de eeuwwisseling. Variability selection veronderstelt dat bij snelle klimaatsveranderingen, evolutie reageert op alle woongebieden van een soort gezamenlijk in plaats van alleen een individueel woongebied. Het onderzoek van Grove suggereert dat het ontstaan van de eerste mensachtige die complexere gereedschappen gebruikte, Homo erectus, het product kan zijn van precies dat proces. Als er een levendig genetisch verkeer was tussen de populaties van Homo erectus in Eurazië en Afrika, zullen vooral die genen die in een grote hoeveelheid verschillende omgevingen het individu bevoordelen, immers de meeste overlevingskans bieden. Dit geldt onder meer voor genen die intelligentie vergroten. Intelligentie vergroot het vermogen van een individu om zich aan te passen en een nieuwe omgeving “door te krijgen”. Zou de toenemende variatie in het klimaat onze eigen soort, Homo sapiens, nu ook dwingen nog slimmer te worden?
Ben je jaloers op de amoebe, het plantje Paris japonica en de pad, wegens hun veel grotere hoeveelheid DNA dan die van de mens? Niet doen. Evolutionair gezien is een groot genoom namelijk niet altijd een voordeel. Integendeel, zo blijkt…
Het onaanzienlijke, met uitsterven bedreigde bloeiende plantje Paris japonica heeft bijna het grootste genoom ter wereld.
Levende fossielen hebben enorm genoom
We kennen op aarde de nodige organismen waarvan de evolutie lijkt stil te staan, de zogeheten levende fossielen. Zo is er de coelacanth, een kwastvinnige diepzeevis waarvan werd gedacht dat deze groep tientallen miljoenen jaren geleden al uit was gestorven. Een ander klassiek voorbeeld is de brughagedis, die zo afwijkt van de andere reptielen dat het dier zijn eigen familie en orde heeft. Of neem de longvis, een met amfibieën (en dus ons) verwante vissoort die in de woestijn in leven kan blijven door lucht te ademen met zijn zwemblaas. Bij ons heet de zwemblaas overigens “long”. Het is een groepje genetici opgevallen dat deze levende fossielen een in verhouding heel groot genoom hebben. Zo heeft de Ethiopische gemarmerde longvis een genoom van 132,8 miljard genetische ‘letters’ of baseparen, meer dan veertig keer de omvang van dat van de mens: 3,2 miljard. De zeer giftige kogelvis heeft dan weer het kleinste genoom, 0,4 miljard baseparen. Reden voor genetisch onderzoekers om het verband tussen evolutiesnelheid en grootte van het genoom te onderzoeken.
Groot genoom betekent minder soorten en minder evolutie
Hoewel er in een groot genoom meer mutaties optreden, wat ook logisch is – er is domweg meer DNA waarin een mutatie kan voorkomen – zijn er toch minder soorten aanwezig in soortenfamilies waarin een groot genoom de regel is. Klaarblijkelijk hindert een groot genoom de soortvorming. De onderzoekers hebben ook uitgezocht waarom. De genetische variatie tussen de (weinige) soorten die zich in families met een groot genoom vormden, bleek veel kleiner dan die in soorten met een klein genoom. Ze denken daarom dat zich langzaam soorten afsplitsen omdat er nauwelijks genetische verandering optreedt in een groot genoom. Klaarblijkelijk worden de mutaties meer gerepareerd dan in soorten met een klein genoom.
In dit artikel wordt het evolutie- en migratieproces van aapachtige zoogdieren tot de moderne intelligente mens in vogelvlucht besproken. Dit gebeurt aan de hand van een aantal stappen: uitgaande van een gezamenlijke voorouder wordt respectievelijk het proces van uit de bomen komen en rechtop lopen behandeld, daarna de ontwikkeling tot carnivoor en de mogelijkheid tot duurloop, vervolgens de invloed van het klimaat en ten slotte een tweetal theorieën over de migratie van Homo sapiens. Vandaag deel 2 van 2. Deel 1 is hier te vinden.
De invloed van het klimaat
Hoewel we een paar stappen terug hebben gezien dat de relatie tussen het uit de bomen komen en het klimaat niet is aangetoond, is een relatie tussen het groeien van het brein en het klimaat wel waarschijnlijk.[26],[27] Ook is er een relatie tussen de beweging van de aarde door de ruimte en veranderingen in het klimaat.[5],[28] Dramatische schommelingen in het klimaat werden gedurende langere perioden steeds meer versterkt en hadden daarmee grote invloed op de ontwikkeling van het aanpassingsvermogen van mensen.[29]
In figuur 1 is een schema te zien waarin gegevens uit zeebodemonderzoek de fluctuaties van het klimaat (het opkomen en afnemen van ijstijden) weergeven. In de afgelopen miljoenen jaren fluctueerde het klimaat met een frequentie van soms wel 100.000 jaar. Het blijkt echter dat de fluctuaties, en daarmee de ijstijden, in een bepaalde periode steeds frequenter plaats vonden, tot soms wel eens per 1000 jaar.[30] In figuur 1 is ook duidelijk te zien dat het klimaat steeds onrustiger werd. In diezelfde periode is het hersenvolume van de mensachtigen ook duidelijk toegenomen.[31] Bij dusdanig snelle klimaatveranderingen hebben creatieve wezens met grote herseninhoud een evolutionair voordeel.[30] Ook uit metingen van zuurstofisotopen blijkt sterk dat menselijke evolutie samenvalt met de schommelingen van het klimaat.[32]
Gevonden fossiele stenenwerktuigen bevestigen dit verhaal ook. Het eerste stenenwerktuig dateert van zo’n 2,6 miljoen jaar geleden.[33] In het begin veranderde deze werktuigen weinig,[34] maar zo’n 1,7 miljoen jaar geleden ontstonden er meer geraffineerde vormen van deze werktuigen, kort nadat de klimaatwisselingen heviger werden.[33] Ook het oudst gevonden gereedschap gemaakt van schelp dateert van zo’n 1,6 miljoen jaar geleden.[35] De laatste 100.000 jaar heeft deze vorm van technologie zich zelfs sneller ontwikkeld dan de biologische evolutie.[34]
Ook het eerste vertrek vanuit Afrika door de Homo genus is waarschijnlijk sterk beïnvloed door het klimaat en – daarmee samenhangend – de ecologische condities.[36] Daarmee zijn we bij de laatste stap zijn aangekomen.
Theorieën over migratie van Homo sapiens
Ruim 1,7 miljoen jaar geleden waren mensachtigen van het Homo genus de eersten die zich buiten Afrika verspreidden.[37] Over deze eerste ‘uittocht’ van Afrika, die zowel naar Europa als naar Azië leidde,[38] is weinig bekend.[39]
Zo’n 100.000 jaar geleden hadden zich over de hele wereld verschillende soorten mensachtigen ontwikkeld: de Homo sapiens, Homo erectus en in Europa de Homo neanderthalensis. Zo’n 70.000 jaar later was er van al deze diversiteit nog maar één soort over, de Homo sapiens. Uit fossielenonderzoek blijkt dat Azië, Europa en Australië 30.000-40.000 jaar geleden volledig gekoloniseerd waren door deze moderne mens, en Amerika zo’n 12.000 jaar geleden.[40] Zie figuur 2. In de discussie over hoe het zo ver heeft kunnen komen dat de andere soorten zijn uitgestorven, voeren twee verschillende theorieën de boventoon: het multiregionale continuïteitsmodel (MC) en het recente Afrikaanse oorsprongmodel (RAO).[41]
1. Multiregional Continuity model (MC)
Nadat zo’n 1,7 miljoen jaar geleden de Homo erectus voor het eerst Afrika verliet, verlegde deze eerste wereldreizigers langzaam maar zeker via het Midden-Oosten hun leefwereld naar andere delen van de wereld, zoals Zuidoost Azië en Europa. Het MC model stelt dat deze mensen van de soort Homo erectus lokaal evolueerde in de moderne Homo sapiens, met alle rasdiversiteit die we vandaag de dag zien tot gevolg.[41],[42]
2. Recent African Origin model (RAO)
Het RAO-model stelt dat de moderne mens zich pas vrij recent heeft geëvolueerd in Afrika (zo’n 100.000 tot 200.000 jaar geleden) en pas vanaf toen over de wereld is gaan verspreiden. Bij deze verspreiding heeft het, volgens deze theorie, de andere soorten mensachtigen helpen uitsterven[41], zonder daarbij te kruisen.[42]
Behalve deze theorieën zijn er nog enkele varianten die uitgaan van andere assumpties.[42] Een van de problemen waar de theorieën een antwoord op moeten hebben, is het feit dat de Homo neanderthalensis en de Homo sapiens beide rond dezelfde periode in Europa moeten hebben geleefd, en elkaar daar waarschijnlijk zijn tegengekomen.[43] Omdat vanaf 30.000 jaar geleden er alleen nog maar de moderne mens over was, gaan er verschillende hypotheses over deze vroege ontmoeting. Deze variëren van assimilatie tot kruising.[43]
De meerderheid van het genetisch en fossiel bewijs lijkt het RAO-model als geloofwaardiger dan het MC-model te bestempelen.[41],[44] Onderzoek van Cann, Stoneking en Wilson met mtDNA van mensen over de hele wereld heeft de hele mensheid kunnen herleiden tot één gezamenlijke moeder, welke symbolisch ‘Eva’ wordt genoemd.[45] Zij moet zo’n 200.000 jaar geleden hebben geleefd. In dit onderzoek is geen bewijs voor kruising met andere mensachtigen, zoals de Homo neanderthalensis, gevonden.[45]
Conclusie
Door alle invloeden en processen die de mens heeft ondergaan van aapachtig zoogdier in de boom tot de moderne intelligente mens, heeft hij een aantal kenmerkende eigenschappen ontwikkeld die opmerkelijk succesvol bleken.[41] In grote lijnen komt het er op neer dat de mens is ontstaan en zich grotendeels heeft ontwikkeld in Afrika, zich toen mondiaal heeft verspreid en ruim 30.000 jaar geleden over een groot deel van de wereld heeft gevestigd.[44] Toch kunnen we dit nog steeds niet met zekerheid zeggen. “We still need better methods that make fewer assumptions,” aldus Cann.[45]
Referenties:
26. Richard Potts, “Environmental Hypotheses of Huminin Evolution,†Yearbook of Physical Anthropology 41 (1998), p. 93.
27. Richard Potts, “Variability Selection in Hominid Evolution,†Evolutionary Anthropology (1998), p. 81.
28. John D. Kingston et al., “Astronomically forced climate change in the Kenyan Rift Valley 2.7–2.55 Ma: implications for the evolution of early hominin ecosystems,†Journal of Human Evolution 53 (November 2007), p. 488.
29. Zie 26, p. 131.
30. Peter J. Richerson et al., “Evolution on a Restless Planet: Were Environmental Variability and Environmental Change Major Drivers of Human Evolution?,†Handbook of Evolution 2 (2005), p. 225.
31. Zie 30, p. 226.
32. Zie 14, p. 83.
33. Zie 30, p. 228.
34. Zie 14, p. 110.
35. Kildo Choi and Dubel Driwantoro, “Shell tool use by early members of Homo erectus in Sangiran, central Java, Indonesia: cut mark evidence,†Journal of Archaeological Science 34 (januari 2007), p.
36. J. Agustà et al., “Climate forcing of first hominid dispersal in Western Europe,†Journal of human evolution 57 (december 2009), p. 820.
37. Zie 30, p. 229.
38. G. Philip Rightmire, “The Dispersal of Homo erectus from Africa and the Emergence of More Modern Humans,†Journal of Anthropological Research 47 (zomer 1991), p. 183.
39. Zie 38, p. 177.
40. Zie 2, p. 37.
41. Donald Johanson, “Origins of Modern Humans: Multiregional or Out of Africa?,†mei 2001, < http://www.actionbioscience.org/evolution/johanson.html> (opgehaald 11 september 2011).
42. Zie 8, p.710.
43. John J. Shea, “The Middle Paleolithic of the East Mediterranean Levant,†Journal of World Prehistory 17 (December 2003), p. 314.
44. Christopher S. Henshilwood en Curtis W. Marean, “The Origin of Modern Human Behavior, Critique of the Models and Their Test Implications,†Current Anthropological 44 (December 2003), p. 627.
45. Trisha Gura, “Bones, molecules…or both?,†Nature 406 (20 juli 2000), p. 231.
46. Mitomap.org, “Human mtDNA Migrations,â€, 2002, < http://www.mitomap.org/pub/MITOMAP/MITOMAPFigures/WorldMigrations.pdf> (opgehaald 19 juni 2010).
In dit artikel wordt het evolutie- en migratieproces van aapachtige zoogdieren tot de moderne intelligente mens in vogelvlucht besproken. Dit gebeurt aan de hand van een aantal stappen: uitgaande van een gezamenlijke voorouder wordt respectievelijk het proces van uit de bomen komen en rechtop lopen behandeld, daarna de ontwikkeling tot carnivoor en de mogelijkheid tot duurloop, vervolgens de invloed van het klimaat en ten slotte een tweetal theorieën over de migratie van Homo sapiens. Vandaag deel 1 van 2, klik hier voor deel 2.
Inleiding
Een impressie van Lucy
Toen in 1974 Lucy werd gevonden, een beeldschone dame die zo’n 3,2 miljoen jaar geleden moet hebben geleefd, was het team van het Institute for Human Origins blij verrast. Zij was namelijk tot dan toe veruit de oudste bekende mens die rechtop liep, terwijl haar kleine herseninhoud gelijk was met dat van de aap.[1] Deze vondst bewees dat het rechtop lopen vooraf is gegaan aan het groeien van de herseninhoud. Hoewel Lucy meer het uiterlijk had van een Chimpansee, waren de bouw van haar benen vrijwel identiek aan die van de moderne mens.[2]
Bovenstaande anekdote is slechts een klein stukje uit de zoektocht naar het ontstaan van de moderne mens. Het idee dat mensen en apen afstammen van een gemeenschappelijke voorouder werd in 1871 als eerst beschreven door Charles Darwin in zijn boek ‘The Descent of Man’. Hierin stelt hij dat het waarschijnlijk is dat de mens aapachtige voorouders heeft in Afrika.[3] Naar aanleiding van deze gedachte en de overtuigende voorbeelden die Darwin gaf, werd er gebroken met de religieuze opvatting over het ontstaan van de mens.[4] Zodoende raakte men steeds meer geïnteresseerd in deze ‘Oude Wereld’ van waaruit de moderne mens zich moest hebben ontwikkeld. Nadat bleek dat de verre voorouders uit Afrika kwamen, ontstond eveneens de vraag hoe deze zich mondiaal hebben kunnen verspreiden. De interactie tussen het evolutie- en migratieproces van de mens en de wereld kan in zekere zin worden gezien als een eerste vorm van globalisering. Deze meest basale vorm van globalisering leidt daarmee vandaag de dag tot de vraag: Hoe heeft de ontwikkeling en verplaatsing van de moderne mens over de wereld plaats gevonden?
Het beschrijven van het evolutieproces zal vaak niet zonder slag of stoot gaan. Omdat het bewijs voor bepaalde hypothesen in deze tak van wetenschap vaak gering is (fossielen zijn veelal schaars), is het moeilijk om van bepaalde processen met zekerheid de oorzaak te geven. Door nieuwe vondsten en ontwikkelingen van onderzoeksmethoden worden reeds aanvaarde theorieën continu op de proef gesteld, met als gevolg dat er nog veel onenigheid bestaat. Een eenduidig verhaal over hoe het hele evolutieproces moet hebben plaatsgevonden, bestaat hierdoor vooralsnog niet.
Een gezamenlijke voorouder
Sinds Darwins vernieuwende theorie betreffende de oorsprong van de mens aan populariteit won, is er veel onderzoek gedaan naar het proces van evolutie. Zijn theorie impliceerde dat alle mensen, hoe weinig sommigen ook op elkaar lijken, van eenzelfde soort voorouder afkomstig moet zijn. Het groeiende aantal fossiele ontdekkingen bevestigde deze theorie, en er bleek dat onze gezamenlijke voorouder in Afrika haar wortels moest hebben gehad.
Hoewel fossiele ontdekkingen relevante data opleverden, was het vaak moeilijk om precieze uitspraken te doen. Behalve dat hypotheses kunnen worden geverifieerd en gefalsifieerd aan de hand van bewijs uit fossielen, komt er tegenwoordig ook steeds meer bewijs vanuit onderzoek naar het menselijk genoom.[6] De opkomst van het onderzoek naar mutaties in het mitochondriaal DNA (mtDNA) levert veel aanvullende informatie.[7] Uit onderzoek naar diversiteit in mtDNA-genomen bleek dat de diversiteit in Afrika meer dan twee keer zo groot is als in de rest van de wereld.[8] Dit bevestigt het idee van de Afrikaanse wortels. Maar hoewel bleek dat in Afrika de diversiteit groter is dan elders, heeft later onderzoek uitgewezen dat de mtDNA-strengen van mensen over de hele wereld slechts 0,1% van elkaar verschillen.[9] Voor meer informatie over wat mtDNA mutatie allemaal kan betekenen voor evolutie onderzoek, zie S. Sigurðardóttir et al.[10]
Uit de bomen en rechtop lopen
Evolutie stripje van Cyanide and Happiness
Zo’n 6 miljoen jaar geleden leefden onze voorouders nog in bomen. Vanaf een zeker moment is deze verblijfplaats ingewisseld voor de vaste grond, waarna de houding en de manier van voortbewegen veranderde van quadrupedaal (op vier voeten) naar bipedaal (op twee voeten). Deze veranderingen worden gezien als de belangrijkste kenmerken van de eerste mensachtigen.[11],[12],[13] De Australopithecus afarensis, die zo’n 4 miljoen jaar geleden leefde, stond recht op, was bipedaal, maar klom ook nog in de bomen.[14],[15] Onderzoekers kunnen bipedie onder andere dankzij de vorm van de bekken en de plaats van het dijbeen bij fossielen, vaststellen.[16]
Er zijn verschillende theorieën over de reden waarom de eerste mensen uit de relatief veilige bomen zijn gekomen.[17] De meest bekende is de ‘Savanne-hypothese’. Deze hypothese verklaart het uit de bomen komen aan de hand van het klimaat: doordat het klimaat warmer werd, zouden er minder bomen zijn en werd het land meer bedekt met Savanne. Noodgedwongen zouden de mensen de bomen moeten hebben verlaten en stukken moeten lopen op zoek naar voedsel. Echter, op 19 juli 2001 vond Michel Brunet een schedel van een mensachtige die gedateerd werd van tussen de 6 en 7 miljoen jaar oud. Doordat de schedel enkele gelijkenissen had met latere schedels van bipediën, zou het geen rare conclusie zijn dat deze Sahelanthropus tchadensis ook al op twee benen liep.[18],[19] Maar ook later gevonden fossielen bewijzen dat de voorouders al miljoenen jaren voordat Afrika bedekt was met savanne, zich reeds bipedaal voortbewogen.[17]
Lange tijd werd gedacht dat doordat de oude mens steeds meer ging lopen, ook meer rechtop ging lopen. Er werd gedacht dat rechtop lopen minder energie zou kosten dan op 4 voeten lopen. Dit is door onderzoek echter verworpen.[20] Over de werkelijke toedracht waarom mensachtigen uiteindelijk rechtop zijn gaan lopen, tast men vooralsnog in het duister.
Ontwikkeling tot carnivoor en de mogelijkheid tot duurloop
Nadat de eerste mensachtigen de mogelijkheid tot lopen hadden ontwikkeld, zo blijkt uit fossiel onderzoek, ontwikkelde de genus Homo zo’n 2 miljoen jaar geleden de capaciteit om te rennen.[21] Evolutionair gezien heeft deze ontwikkeling op zich weinig nut, omdat de Homo ten opzichte van de meeste zoogdieren relatief langzaam was. Het is dan ook niet de mogelijkheid om te rennen, maar het vermogen om dit een langere tijd vol te houden, wat evolutionair voordeel heeft opgeleverd. Andere primaten, evenals de meeste zoogdieren, hadden deze duurloop capaciteit niet.[21]
Doordat het menselijk lichaam het haar kwijt raakte, was het beter in staat overvloedige hitte naar de omgeving te geleiden. Bij zoogdieren zorgt de vacht er niet alleen voor dat zij minder last hebben van de omgeving, maar ook dat het lichaam van het dier zijn hitte niet kwijt kan aan de omgeving.[22] Het kalende lichaam in combinatie met de steeds beter ontwikkelde zweetklieren, zorgde ervoor dat mensen in staat waren langere afstanden te rennen dan de meeste zoogdieren.[23]
Ook in onderzoek naar de ontwikkeling van het menselijk geraamte wordt gezocht naar de ontwikkeling van de mogelijkheid tot duurloop. Aangezien in het evolutieproces de verandering van de proporties in de voorvoet van de mens geen voordeel zou hebben geleverd bij lopen en zelfs een nadeel bij het rennen, lijkt dit erop te duiden dat de mogelijkheid tot duurloop zich heeft ontwikkeld als gevolg van deze verandering in de proporties.[24] Deze hypothese wordt echter slechts indirect door onderzoek ondersteund.[25]
Door de mogelijkheid tot duurloop ontstond er een nieuwe manier om aan voedsel te komen. Want hoewel zoogdieren vaak sneller waren, raakten zij eerder uitgeput dan de mensachtigen. Doordat deze laatsten op een constante manier energie verbruikten konden zij achtervolgen op snelheden die hun prooien tot inefficiënt energieverbruik dwongen, met snelle uitputting tot gevolg.[23]
Referenties:
1. Stephen Tomkins, The Origins of Humankind (Cambridge: Cambridge University Press, 1998).
2. Rebecca L. Cann, “In Search of Eve, A DNA Trail Leads to a Single African Woman, 200,000 Years Old,†The Sciences (september/oktober 1987), p. 30.
3. Charles Darwin, The Descrent of Man (Forgotten Books, 2007), p. 135.
4. Ongepubliceerd artikel van S. de Bruin: “Intelligent design – Religie of wetenschap?â€.
5. Ongepubliceerd artikel van D. de Wit: “De laag des levens – De wisselwerking tussen mens en atmosfeerâ€.
6. Richard G. Klein en Blake Edgar, The dawn of human culture (John Wiley and Sons, 2002), p. 7.
7. Masami Hasegawa et al., “Dating of the human-ape splitting by a molecular clock of mitochondrial DNA,†Journal of Molecular Evolution 22 (Springer New York, oktober 1985), p. 171.
8. Max Ingman et al., “Mitochondrial genome variation and the origin of modern humans,†Nature 408 (7 december 2000), pp. 710-711.
9. Lars Jeuk et al., “Structural variation in the human genome,†Nature Reviews Genetics 7 (februari 2006), p. 85.
10. Sigrún Sigurðardóttir et al., “The Mutation Rate in the Human mtDNA Control Region,†The American Society of Human Genetics 66 (Elsevier Inc., mei 2000), pp. 1599-1609.
11. Katherine K. Whitcome et al., “Fetal load and the evolution of lumbar lordosis in bipedal hominins,†Nature 450 (13 december 2007), pp. 1075-1078.
12. K. Galik et al., “External and Internal Morphology of the BAR 1002’00 Orrorin tugenensis Femur,†Science 305 (3 september 2004), pp. 1450-1453.
13. Peter B. deMenocal, “African climate change and faunal evolution during the Pliocene–Pleistocene,†Earth and Planetary Science Letters 220 (30 maart 2004), pp. 3-24.
14. Jean-Pierre Changeux en Jean Chavaillon, Origins of the human brain (Oxford University Press, 1996).
15. Jack T. Stern Jr. en Randall L. Susman, “The locomotor anatomy of Australopithecus afarensis,†American Journal of Physical Anthropology 60 (datum onbekend), pp. 279-317.
16. Zie 14, p. 107.
17. Zie 13, p. 4.
18. Michel Brunet et al., “A new hominid from the Upper Miocene of Chad, Central Africa,†Nature 418 (11 juli 2002), pp. 145-151.
19. Bruce Bower, “Evolution’s Surprice, Fossil find uproots our early ancestors,†Science News 162 (13 juli 2002), p. 19.
20. Taylor C.R. en Rowntree V.J., “Running on two or on four legs: which consumes more energy?,†Science (12 januari 1973), p.
21. Dennis M. Bramble en Daniel E. Lieverman, “Endurance running and the evolution of Homo,†Nature 432 (18 september 2004), p. 345.
22. David R. Carrier et al., “The Energetic Paradox of Human Running and Hominid Evolution,†Current Anthropology 25 (augustus – oktober 1984), p. 486.
23. Zie 22, p. 487
24. Campbell Rolian et al., “Walking, running and the evolution of short toes in humans,†Journal of Experimental Biology 212 (13 februari 2009), p. 713.
25. Zie 24, p. 719.
Het Amerikaanse onderwijs, vooral de staatsscholen, is vaak van slechte kwaliteit. Geen wonder dat miljoenen schoolkinderen, de kids van Bill Gates incluis, nu lessen via Salman Khan’s videoclips volgen. Het daverende succes van Khan Academy jaagt onderwijshotemetoten dan ook totaal in de gordijnen. Geen wonder. De leraar heeft steeds meer zijn langste tijd gehad.
Klassikaal onderwijs is doorgaans een ramp
We schreven het al eerder. Onderwijs gaat nog steeds volgens de steentijdmethode. Opmerkelijk genoeg zijn de kosten voor onderwijs in Nederland flink hoger geworden, terwijl de kwaliteit nauwelijks is vooruit gegaan en soms zelfs is gedaald. In de Verenigde Staten is het al even beroerd, zo niet beroerder. Door een totaal op hol geslagen onderwijsbureaucratie afgepeigerde leraren proberen een grote klas nauwelijks geïnteresseerde leerlingen, variërend van zwakbegaafd tot Mensa-materiaal, iets bij te brengen. Geen eenvoudige opgave. Als de leerlingen al meewerken.
Wiskunde grootste boosdoener
De meeste mensen noemen wiskunde als het moeilijkste vak op school. Omdat wiskunde hen zoveel moeite kost, doen ze vaak niet de opleiding die ze bij hun droombaan zou kunnen brengen (terwijl de andere vakken geen probleem zijn). Wiskunde draait voornamelijk om inzicht. De manier waarop (en het moment waarop) mensen inzicht krijgen is heel individueel. Misschien is wiskunde dus wel het vak waarbij klassikale lessen het allerslechtste werken.
Van beurzenmelken tot video-academie
Salman Khan laat zien dat onderwijs leuker en goedkoper kan.
Salman Khan, zoon van islamitische immigranten uit Bangladesh en Calcutta, begon met zijn website bij toeval. Met drie universitaire opleidingen bij het topinstituut MIT en een MBA bij Harvard werkte hij eerst bij een hedge fonds. Hij rolde het onderwijs in toen hij zijn nichtje op afstand bijles gaf. Zijn filmpjes plaatste hij op Youtube.
Op een gegeven moment nam hij de filmpjes op zonder zelf in beeld te komen. Dat bleek een gouden greep: het schrikt leerlingen af als de leraar in beeld komt. De filmpjes werden razend populair en Khan verzamelde ze op een website. Op dit moment zijn de filmpjes in totaal meer dan vijftig miljoen maal gedownload.
Khan vond dit werk bevredigender dan het vrij leeghoofdige uitmelken van het op hol geslagen internationale financiële systeem en begon fulltime aan zijn video-academie te werken. Hij trok de aandacht van onder meer Bill Gates, werd uitgenodigd om bij het innovatieve netwerk TED te vertellen over zijn werk en ontving daarna miljoenen aan sponsorgeld van Gates’ stichting en Google.
Video-onderwijs oplossing onderwijsproblemen?
De voordelen van het video-onderwijs zijn duidelijk. Leerlingen kunnen in hun eigen tempo leren en controleren of ze het begrijpen. Computers zijn aanmerkelijk geduldiger dan een leraar die dertig kinderen moet lesgeven en de orde handhaven. Ook letten computers niet op huidskleur, uiterlijk of geslacht. Steeds meer Amerikaanse leraren zetten het systeem in hun klas in. Leerlingen die eerst vastliepen kunnen nu snel verder.
Het beste nieuws van allemaal is dat het gehele systeem gratis is. Zo kan je het hele wiskundecurriculum van Singapore, volgens velen het beste ter wereld, zonder ook maar iets te betalen volgen. Kortom: heb je een wiskundefobie of ken je iemand die dat heeft? Wil je weten wat ze bedoelen met een Schrödingervergelijking of de Lorentztransformatie? Grijp dan nu je kans. Gratis en voor niets. Kennis van het Engels is uiteraard nodig.
Als dit systeem wordt uitgebreid voor alle exacte vakken en internationaal relevante alfa- en gammavakken, zou je zo een wereldacademie op kunnen zetten. Zo kan zelfs het armste kind uit de sloppenwijk behoorlijk onderwijs krijgen. Google heeft geld gedoneerd om de clips in andere veel gesproken talen over te zetten.Nu al zie je een explosie aan wetenschappelijke vooruitgang omdat voormalige ontwikkelingslanden als India en China nu steeds grotere hoeveelheden getalenteerde onderzoekers afleveren. Kan je nagaan wat er gebeurt als dit soort ideeën echt gaan doorbreken. Weg achterstandswijken en zwarte scholen. Hiermee tap je het complete menselijke potentieel maximaal aan.
Vergeet puntmutaties en survival of the fittest. Twee onderzoekers hebben nu aangetoond dat springende genen, stukken DNA die van de ene plek naar de andere springen, de drijvende kracht achter de evolutie zijn in sommige soorten.
Springende genen essentieel voor evolutie mens
Springende genen verklaren waarschijnlijk de enorme diversiteit bij vleermuizen: van nectardrinkers (hier afgebeeld) tot insekteneters, fruiteters en vampiervleermuizen. Oranje nectarvleermuis, auteur Hans Hillewaert (Wikimedia Commons), cc-by-sa-4.0
Springende genen, in het Engels jumping genes, zijn stukken DNA die naar een nieuwe plek in het genoom van een cel kunnen springen. Door deze beweging ontstaan mutaties en veranderen de erfelijke eigenschappen van de nakomelingen. In hun laatste publicatie geven de Australische onderzoekers Greene en Oliver ongeveer honderd voorbeelden van springende genen, die genen ingrijpend wijzigden of zelfs toevoegden, met als gevolg dat welbekende primateneigenschappen zoals het zien van kleur ontstonden.
“Onderscheid kunnen maken tussen rood en groen, snellere werking van het brein, een betere voedselvoorziening voor de foetus, een actievere placenta en betere weerstand tegen infectieziekten zijn maar enkele van de evolutionaire vorderingen die door springende genen zijn veroorzaakt,” aldus een hoogleraar biomedische wetenschappen, prof. Greene. “Het is zelfs heel moeilijk om je voor te stellen hoe primaten (waaronder de mens) zich hadden kunnen ontwikkelen zoals nu, zonder jumping genes.”
Meerdere biologische raadsels opgelost
Oliver en Greene hebben de theorie verfijnd tot vier deeltheorieën die helpen verklaren waarom evolutie soms extreem snel verloopt, soms geleidelijk en soms nauwelijks. Hun springende genentheorie helpt daarom een aantal raadsels in de biologie te ontsluieren, bijvoorbeeld de reden dat sommige soorten plotseling eensklaps opduiken in de fossielenverzameling, waarom sommige groepen organismen zeer rijk zijn in soorten en andere juist soortenarm. Als voorbeeld van een groep die makkelijk nieuwe soorten vormt, geeft Oliver vleermuizen. Vleermuizen kennen een grote populatie actieve springende genen. Inderdaad zijn er verbazingwekkend veel soorten vleermuizen: één op elke vier zoogdiersoorten is een vleermuis.
Zonder springende genen ontstaat levend fossiel
Barbara McClintock, de ontdekster van de springende genen. Het kostte haar tientallen jaren om acceptatie van haar revolutionaire ontdekking te krijgen. Hiervoor kreeg ze in 1983 terecht de Nobelprijs biologie.
Levende fossielen, zoals de coelacanth en de tuatura-hagedis kennen nauwelijks tot helemaal geen springende genen. Ook verklaart het volgens het tweetal waarom soorten het zogeheten junk-DNA niet uit hun genoom verwijderen.
Greene en Oliver hopen dat hun collega’s de springende-genen theorie verder gaan uittesten bij andere soorten. Ze hebben pionierswerk door anderen op dit gebied – denk aan Nobelprijswinnares Barbara McClintock – samengevat en in een nieuw paradigma samengevat.
Zou de Cambrische explosie samenvallen met het ontstaan van springende genen? Zou er een bepaald mechanisme bestaan dat jumping genes activeert? En zouden de sprongen lukraak zijn, of zou er een systeem achter zitten zodat er een vorm van geleide evolutie ontstaat? Vragen waar biologen waarschijnlijk nog wel even mee zoet zullen zijn…
