Ecosystemen zijn complexe structuren die bestaan uit planten en en dieren. Sommige ecosystemen op onze aarde bestaan al meer dan miljoenen jaren en zien er nog steeds ongeveer hetzelfde uit, ondanks de vele veranderingen die ze moesten doorstaan. Klimaatjournalist en auteur Ferris Jabr vertelt ons wat we kunnen leren van deze veerkrachtige biotopen.

Ik was nog geen tien minuten in het Hoh-regenwoud in de staat Washington of ik begreep al waarom het bij velen zo geliefd is. Als een van de grootste gematigde regenwouden ter wereld zag dit oerbos er niet alleen anders uit dan zijn jongere buren, het voelde ook anders. De lucht leek er stil te hangen. Het licht had een chlorofylachtige tint. En ik werd omgeven door de geur van natte aarde en weelderige vegetatie.

Al snel bevond ik me tussen betoverde bomen en geheimzinnige holtes in alle mogelijke tinten groen en zo rijkelijk bedekt met mos dat ik geen stukje kale bast kon ontdekken. Ik kwam eeuwenoude esdoorns tegen die zich hadden verwrongen tot levende gewelven, en douglassparren die zo breed en hoog waren dat het me moeite kostte om ze goed op de foto te krijgen. In het Hoh-regenwoud valt elk jaar 3,5 tot 4 meter regen en houtkap is er al lange tijd verboden, waardoor er bomen staan die meer dan 60 meter hoog en al eeuwenoud zijn. Sommige delen van het bos ademen zo’n oeratmosfeer dat je je in de Juratijd waant.

De oudste ecosystemen op aarde

Als het aankomt op biologische records kijken we meestal naar individuen: de grootste boom in een bos, het oudste organisme op aarde. Na een bezoek aan het Hoh-regenwoud begon ik me echter af te vragen hoe het zit met gemeenschappen: wat zijn de oudste ecosystemen op aarde en wat kunnen we daarvan leren?

Net als het Hoh-regenwoud bestaan sommige oerbossen al eeuwenlang. Maar het blijkt dat bepaalde ecosystemen en biomen op onze planeet al honderdduizenden tot tientallen miljoenen jaren bestaan en op de een of andere manier hun karakteristieke eigenschappen hebben behouden, ondanks dat ze grote veranderingen hebben ondergaan. 

Om een parallel te trekken met een beroemd gedachte-experiment: als elk onderdeel van een schip geleidelijk wordt vervangen door een replica die er voldoende op lijkt, behoudt het schip zijn essentiële vorm, ook al is het niet langer identiek aan de vorige versie. Op dezelfde manier zijn de meeste cellen in ons lichaam al vele malen gestorven en vervangen sinds onze geboorte, maar toch blijft onze algemene anatomie herkenbaar. Sommige steden hebben duizenden jaren lang een duidelijke topografie, infrastructuur en cultuur behouden, ook al zijn er steeds nieuwe gebouwen en inwoners bij gekomen. De veranderingen die ecosystemen in de loop van opeenvolgende geologische tijdperken ondergaan zijn nog ingrijpender, maar de principes zijn vergelijkbaar. 

Wat het voor zo’n groot levend systeem precies betekent om zo oud te zijn, en wat zo’n verbazingwekkend lange levensduur mogelijk maakt, blijven open vragen, deels omdat ze onze opvattingen over wat het is om te leven uitdagen. Vanuit het geologische perspectief van de diepe tijd zou je sommige ecosystemen bijna als organismen kunnen zien: ze schuiven over het aardoppervlak als reusachtige amoeben, breiden zich uit en trekken zich terug als reactie op fluctuaties in het milieu, maar ze blijven bestaan als samenhangende entiteiten.

Verbonden en verbeten

Wetenschappers zijn het nog niet eens over een precieze definitie van leven, maar velen formuleren het ongeveer zo: leven is een systeem dat zichzelf actief in stand houdt. De wetten van de thermodynamica schrijven voor dat alles in het universum onvermijdelijk uit elkaar valt en oplost in een homogene brij. Levende systemen gebruiken beschikbare energie om tijdelijk aan deze uitkomst te ontsnappen en hun opzienbarend georganiseerde structuren in stand te houden. Meer nog dan genetica of voortplanting is het dit vermogen tot zelfbehoud dat alle levensvormen – van protist tot prairie – met elkaar gemeen hebben.

In die zin zijn ecosystemen springlevend. De terugkoppelingen tussen ecosystemen en de organismen daarbinnen en hun wederzijdse evolutie over grote tijdspannen culmineren in een groeiend vermogen om extreem oud te worden, een vermogen dat de mogelijkheden van het individu ver overschrijdt. Hoewel ecosystemen geen organismen zijn, vertonen ze toch groei, veerkracht en zelfregulering. De systemen die het best in staat zijn om te herstellen van grote verstoringen en die erin slagen de processen, relaties en infrastructuur die ze definiëren in stand te houden, zullen zich het langst handhaven. Ecosystemen overleven en evolueren niet door differentiële reproductie, maar door differentiële persistentie.

‘Sommige van deze oeroude ecosystemen worden naar de rand van de afgrond geduwd’

De hardnekkigheid waarmee de langstlevende ecosystemen op aarde voortbestaan duidt op een essentieel kenmerk van leven op elke schaal: onderlinge verbondenheid. Per definitie zijn alle levende wezens systemen die bestaan uit kleinere onderling verbonden onderdelen. Deze systemen zijn op hun beurt onlosmakelijk verbonden met de grotere netwerken die ze omringen. Elke individuele boom is een universum van mineralen, water en cellen waarin uitgestrekte gemeenschappen van microben en schimmels leven. Tegelijkertijd is een boom een vitaal onderdeel van het grotere bos, het landschap en zelfs van de weersystemen waarvan hij afhankelijk is. 

In het Antropoceen zijn veel van deze fundamentele relaties nu echter aan het wankelen gebracht. Sommige van deze oeroude ecosystemen worden naar de rand van de afgrond geduwd; ze worden zo grondig aangetast dat ze zouden kunnen bezwijken.

Verscholen op de bodem van de oceaan

Een van de oudste ecosystemen van onze planeet is een uitgestrekte weide die momenteel ongeveer zo groot is als Manhattan. Je zult er echter nooit bijen of vlinders zien fladderen en je kunt er ook geen dutje doen in het groen. De weide in kwestie groeit op de zeebodem tussen de Spaanse eilanden Ibiza en Formentera. Net als alle andere weiden bestaat ze voornamelijk uit planten, in dit geval zeegrassen: een groep planten die vroeger op het land voorkwam, bijna 100 miljoen jaar geleden terugkeerde naar de zee en nu groeit in beschutte wateren rond elk continent behalve Antarctica. 

In 2010 zwommen marien ecoloog Sophie Arnaud-Haond en haar collega’s door een onderwaterweide en verzamelden op tientallen verschillende locaties monsters van Neptunusgras (Posidonia oceanica). Net als alle andere zeegrassen kan Neptunusgras zich vermenigvuldigen door zichzelf te klonen. De wetenschappers troffen verspreid over de weide talloze klonen aan, sommige wel 14,5 kilometer uit elkaar. Gezien de trage jaarlijkse groei van Neptunusgras zouden deze klonen zich gedurende 80.000 à 200.000 jaar over het gebied moeten hebben verspreid om zo’n grote weide te kunnen vormen. Ze denken dat de weide, al naargelang het mondiale klimaat veranderde en de zeespiegel steeg en daalde, herhaaldelijk van plaats veranderde. Nu en dan moeten er grote delen van de weide zijn afgestorven vanwege ongeschikte omstandigheden. Maar bij elke klimatologische omwenteling zullen er voldoende klonen hebben overleefd, zodat hun geslachtslijn tot op de dag van vandaag voortbestaat. 

Elders in de oceaan zijn er nog grotere en oudere ecosystemen, niet gevormd door één enkele klonale soort, maar door symbiotische kolonies van kleine gelatineachtige dieren, fotosynthetisch plankton en microben. We noemen ze koraalriffen. Het Australische Groot Barrièrerif, dat 344.400 vierkante kilometer beslaat en vanuit de ruimte zichtbaar is, is niet alleen het grootste koraalrif ter wereld, het wordt ook vaak beschouwd als de grootste levende structuur op aarde. Zijn leeftijd is al net zo indrukwekkend; men denkt dat het Groot Barrièrerif zo’n 500.000 tot 600.000 jaar geleden is ontstaan. 

‘De veerkracht van een levensgemeenschap die zich kan hergroeperen en herstellen is iets magisch’

Wetenschappers hebben aangetoond dat koraalriffen in Papoea-Nieuw-Guinea een vergelijkbare levensduur hebben. Tijdens bijzonder stabiele perioden in de loop van de geschiedenis van de aarde zijn er rifsystemen geweest die waarschijnlijk meerdere miljoenen jaren standhielden.

Om riffen te vormen moeten koralen zich eerst vasthechten aan een rotsachtig oppervlak. Wanneer een rif getroffen wordt door een ramp, zoals een orkaan, kunnen de verkalkte resten van dode koralen de fundering vormen waarop overlevende koralen zich vestigen. ‘Riffen zijn fascinerend,’ zegt Gregory Webb, een paleontoloog die uitgebreid onderzoek heeft gedaan naar de ontwikkeling van riffen in de loop van de geologische tijd. ‘De veerkracht van een levensgemeenschap die zich kan hergroeperen en herstellen, zelfs wanneer ze met ernstige verstoringen wordt geconfronteerd, is iets magisch.’

In 2018 publiceerden marien geoloog Jody Webster en zijn collega’s een baanbrekend onderzoek waarin ze de afgelopen 30.000 jaar van de evolutie van het Groot Barrièrerif reconstrueerden, een tijdsspanne waarin zich aanzienlijke klimaatschommelingen voordeden. Wanneer de zeespiegel daalde, kwam een groot deel van het rif bloot te liggen, dat vervolgens afstierf. En omgekeerd: wanneer de zeespiegel steeg en de golven aanzwollen, verdronken grote delen van het rif in troebel water. Als reactie hierop migreerde het Groot Barrièrerif herhaaldelijk en geleidelijk zeewaarts of juist landwaarts, waardoor het in de loop der tijd zijn continuïteit waarborgde.

Eeuwenoud regenwoud

De oudste nog bestaande ecosystemen bevinden zich echter op het land. Sommige tropische regenwouden bestaan waarschijnlijk al tientallen miljoenen jaren in dezelfde globale regio met dezelfde essentiële kenmerken. Dat heeft deels te maken met de geografie. In sommige opzichten is de tropische zone (rond de evenaar) al lange tijd een van de klimatologisch stabielere delen van de planeet, zelfs in de tijd dat continenten zich binnen en buiten de grenzen ervan bewogen.

Op basis van gedetailleerde analyses van klimaatgegevens en fossielen plaatsen paleobioloog Carlos Jaramillo en zijn collega’s de oorsprong van het moderne tropische regenwoud – gedefinieerd als een woud waar het altijd warm en vochtig is, waar de diersoorten op verschillende niveaus levens, het bladerdak aaneengesloten is en waar het wemelt van de bloeiende planten, lianen en epifyten – aan het begin van het Cenozoïcum, kort na de inslag van de asteroïde die bijdroeg aan de ondergang van de niet-vliegende dinosauriërs, zo’n 66 miljoen jaar geleden. Ruwweg 60 miljoen jaar geleden, toen de continenten relatief dezelfde configuratie hadden als nu, bezaten de regenwouden in Noord- en Zuid-Amerika dezelfde structurele basiskenmerken als nu en leefden er dezelfde plantenfamilies als die er nu voorkomen. Op basis van dit soort bewijs beweren aardwetenschapper Mark Maslin en zijn collega’s dat het Amazoneregenwoud ‘relatief intact is gebleven’, dat het al ten minste 55 miljoen jaar een ‘blijvend kenmerk van Zuid-Amerika is’.

Wetenschappers hebben in Australië vergelijkbare ontdekkingen gedaan wat betreft de lange levensduur van regenwouden. ‘Veel plantenfamilies die nu veel voorkomen in de overgebleven regenwouden en die hun basis vormen en zorgen voor het grootste deel van hun soortenrijkdom, hebben al 40 miljoen jaar een stabiele geschiedenis op het Australische continent,’ zegt Darren Crayn, botanicus en directeur van het Australian Tropical Herbarium. Hij en zijn collega’s schrijven in een onderzoek: ‘Het uithoudingsvermogen, de overlevingskansen en de hardnekkigheid van deze regenwoudbewoners vormen een van de grootste biologische en evolutionaire succesverhalen op aarde.’

Het is moeilijk om te bepalen waar deze amorfe, oeroude entiteiten beginnen of ophouden. Hoe bepalen we precies wanneer een ecosysteem – met al zijn complexiteit en vervangbaarheid – is geboren of gestorven?

Zelfvoorzienend

De oudste ecosystemen op aarde verschillen ongetwijfeld van hun vroegere versies. De grenzen, topografie en soortensamenstelling ervan zijn in de loop van de millennia veranderd. Hoewel het fossielenbestand onvolledig is, had het Groot Barrièrerif 400.000 jaar geleden vrijwel zeker een ander biodiversiteitsprofiel, met soorten die nu niet meer bestaan. De Amazone, de rivier die zo bepalend is voor het huidige Amazonewoud, ontstond pas zo’n 11 miljoen jaar geleden. Als we echter honderdduizenden of miljoenen jaren terug in de tijd konden reizen, zouden deze ecosystemen ons niettemin griezelig vertrouwd voorkomen omdat ze hun essentiële kenmerken – de relaties en kaders die ze definiëren – verbazend lange tijd hebben behouden.

Om zo’n lange levensduur beter te begrijpen, moeten we uitzoeken wat eraan ten grondslag ligt. Zeegrasvelden, koraalriffen en regenwouden hebben een aantal belangrijke eigenschappen gemeen. Ze bevinden zich allemaal in de tropen, waar het klimaat over het algemeen minder wisselvallig is dan op hogere breedtegraden. Ze zijn allemaal ontstaan uit organismen die zelf ook zeer veerkrachtig zijn en zich goed kunnen aanpassen. Tot op zekere hoogte creëren of versterken ze de omstandigheden die ze nodig hebben om te overleven. Door golven af te remmen, sedimenten vast te houden, fotosynthese uit te voeren, water te filteren en van zuurstof te voorzien en koolstof op te slaan maken zowel zeegrasvelden als koraalriffen hun omgeving rustiger, helderder, minder zuur, voedselrijker en over het algemeen leefbaarder. Koralen produceren ook meer van de rotsachtige ondergrond die ze nodig hebben om te groeien.

Evenzo produceren regenwouden veel van de regen waarvan ze afhankelijk zijn door de watercyclus drastisch te versnellen. Wolkvorming is afhankelijk van twee essentiële ingrediënten: waterdamp en deeltjes waarop die damp kan condenseren. Regenwouden leveren beide door enorme hoeveelheden waterdamp de atmosfeer in te blazen, samen met talloze kleine deeltjes, zoals stuifmeelkorrels, schimmelsporen, microben, fragmenten van insectenschalen en verschillende organische verbindingen. Het resultaat is een zichzelf versterkende feedback loop: hoe meer het regent, hoe harder het bos groeit; hoe harder het bos groeit, hoe meer het regent. Wetenschappers hebben berekend dat het Amazonewoud ongeveer de helft van de regen produceert die elk jaar op zijn bladerdak valt. 

Het vermogen van ecosystemen om zichzelf te reguleren en in stand te houden – om een zekere mate van zeggenschap te hebben over hun voortbestaan en evolutie – doet denken aan meer op zichzelf staande levende organismen. Al meer dan een eeuw leggen wetenschappers dergelijke verbanden en debatteren erover. 

In het begin van de twintigste eeuw poneerde de Amerikaanse ecoloog Frederic Clements de stelling dat bossen en andere botanische levensgemeenschappen een reeks afzonderlijke ontwikkelingsfasen doormaken die vergelijkbaar zijn met die van individuele organismen. Eugene Odum, een andere Amerikaanse ecoloog uit de twintigste eeuw, dacht dat ecosystemen, net als organismen, homeostase vertoonden, het vermogen om bepaalde chemische en fysische omstandigheden in stand te houden die essentieel zijn voor hun overleven. Meer recentelijk heeft een groep wetenschappers, waaronder enkele die koraalriffen bestuderen, betoogd dat elk complex meercellig organisme samen met zijn symbiotische microben moet worden beschouwd als een levensgemeenschap, holobiont genoemd, en dat de ware ecologische eenheid van natuurlijke selectie de collectieve genetische informatie van deze levensgemeenschap is, het hologenoom. Met andere woorden, een koraal en zijn symbiotische partners zijn zo van elkaar afhankelijk dat we ze als een samenhangende evoluerende entiteit moeten beschouwen. Hetzelfde zou je kunnen zeggen van het koraalrifecosysteem. Ideeën als deze zijn nog zeer omstreden. 

Overal waar leven ontstaat, verandert het zijn omgeving ingrijpend

De extreme levensduur van ecosystemen illustreert het belang van de relaties tussen dergelijke grootschalige systemen en de organismen waaruit ze bestaan. Ecosystemen mogen dan geen individueel genoom hebben en zich niet evolueren volgens de Darwinistische evolutietheorie, toch zijn ze in staat om te groeien, te overleven en te evolueren omdat ze ontegenzeggelijk verweven zijn met de groei, overleving en evolutie van de organismen waaruit ze bestaan.

Overal waar leven ontstaat, verandert het zijn omgeving ingrijpend. Deze veranderingen beïnvloeden onvermijdelijk elk daaropvolgend evolutionair proces binnen die omgeving. Met voldoende tijd en onder de juiste omstandigheden kan deze co-evolutie er voor zorgen dat het bewuste ecosysteem honderdduizenden tot miljoenen jaren kan voortbestaan.

Uitsterven?

Toch zijn zelfs levende systemen die zo oud en veerkrachtig zijn als regenwouden en riffen niet onaantastbaar of onsterfelijk. De meeste perioden van klimatologische onrust die de ecosystemen op aarde tot nu toe hebben overleefd, verliepen langzaam in vergelijking met het hoge tempo waarop de mens tegenwoordig de lucht, het land en de zee vervuilt en transformeert. Tegen het einde van de eeuw kunnen warmwaterkoraalriffen bijna volledig vernietigd zijn door de opwarming van de aarde, gereduceerd tot enkele refugia hier en daar. En de zichzelf versterkende regencyclus in het Amazonegebied staat op het punt te breken.

Maar zelfs als je geconfronteerd wordt met deze trieste mogelijke uitkomsten, biedt het een soort troost om naar ecologie te kijken door de lens van de diepe tijd en te zien hoe opmerkelijk standvastig de oudste levensgemeenschappen op aarde zijn. De kracht van de mensheid is buitensporig groot, maar niet oneindig. Het leven is geneigd om zich te handhaven en te herstellen, waarbij het in de loop van duizenden tot miljoenen jaren steeds nieuwe vormen ontdekt.

Aan het einde van mijn wandeling kwam ik, na langs een met reuzenvarens begroeide rivieroever te zijn geslenterd, bij een bos in een bos. Een van de reuzen van het Hoh-regenwoud was omgevallen, waarschijnlijk tientallen jaren eerder. Zijn kolossale gebarsten lichaam was de basis geworden voor nieuw leven. Dit graf was tegelijkertijd een kwekerij: de rottende stam was begroeid met mos en er waren varens en jonge boompjes in opgeschoten. De geweldige wortelkluit, zeker drie meter hoog, vormde nu een sokkel voor een groepje jonge douglassparren. Door te ontkiemen op de resten van een ouder familielid hadden ze zich hoog boven het schaduwrijke struikgewas verheven. Nu schitterden ze in het gouden zonlicht als de jongste leden van een volhardende levensgemeenschap.