Als je moest raden welk organisme sperma met 40.000 staarten bezit, wat zou je dan raden? Olifant? Walvis? Chuck Norris? Zou u geraden hebben dat het van een plant is?
Dit is het sperma van Zamia roezlii. Het heeft een flapper dress-achtige franje van tienduizenden flagellen om zijn weg naar de eitjes te turbo-chargen.* Dat een plant sperma bezit met zo’n paardenkracht is des te verrassender omdat de meeste planten sperma hebben met helemaal geen staart. Een stuifmeelkorrel is eigenlijk een kleine haploïde plant, een mannelijke gametofyt genaamd. Bij de meeste bloeiende planten en naaldbomen produceert een stuifmeelkorrel twee staartloze zaadcellen die door een gravende stuifmeelbuis naar beneden reizen om de vrouwelijke gametofyt te bereiken die in een kegel of bloem begraven ligt — geen staarten nodig.
Voorouderlijke planten hebben meestal zwemmende zaadcellen omdat landplanten uit aquatische groene algen evolueerden, waar het zwemmen — en de bevruchting — gemakkelijk was. Een paar voorouderlijke planten zoals mossen hebben nog steeds sperma met staarten en vertrouwen op een waterige film op het oppervlak van de plant voor het sperma om van punt A naar punt B te komen. Maar ze zijn zulke slechte zwemmers dat sommige mossen hun toevlucht nemen tot Plan B: ze maken speciale bladeren die tot kleine spatbekers zijn gevouwen, en als er een regendruppel in landt, blaast hun architectuur het sperma binnenin de lucht in een poging het naar de buurt van een ontvankelijk vrouwtje te Fed-Exen. Dus turbo-aangedreven zwemmend plantensperma is zeker een rariteit.
Aan welke plant behoort dit indrukwekkend gevulde sperma? Een cycad.
OK, dus wat is een cycad? Dit is een cycad.
Geen dinosauruseieren — maar iets dat de dinosaurussen gezien zouden kunnen hebben. Creative Commons kiryna. Klik op de afbeelding voor een licentie en link.
Hier ziet u hoe ze er typisch uitzien in profiel. Dit zijn volwassen, jonge en zaailing cycaden van dezelfde soort.
Creative Commons Esculapio; Klik op de afbeelding voor een licentie en link.
Cycaden zijn oud. Heel oud. Ze waren de dominante planten tijdens het Mesozoïcum, het tijdperk van de dinosauriërs, zoals te zien is op ontelbare oude muurschilderingen. Tenminste, dat was het dogma voor vele, vele jaren. Maar onlangs werd een veel gerapporteerde studie gepubliceerd die dat idee ondermijnt — als je het op een bepaalde manier bekijkt. Maar voordat we daar aan toekomen, laten we eens kijken naar wat cycaden zijn en naar hun verrassende biologie.
Soms worden ze sagopalmen genoemd, maar cycaden zijn in geen geval palmen. Palmen zijn bloeiende planten. Cycaden, zoals pijnbomen en jeneverbesstruiken, zijn gymnospermen – “naakte zaad” planten. Met andere woorden, zij maken zaden, maar zij maken geen bloemen of vruchten om die zaden ter wereld te brengen of om ze op weg te sturen. Zaden waren een grote evolutionaire innovatie voor planten, omdat zij hen in staat stelden om een klein plantembryo dat al begonnen was zich te ontwikkelen – misschien zelfs een klein worteltje en een paar kleine blaadjes – te verpakken met een beetje opgeslagen voedsel in een uitdroging-bestendig omhulsel.
Een zaad is een manier om een jonge plant een vliegende start in het leven te geven en een beetje voedsel voor onderweg, niet anders dan de relatief gelijktijdige innovatie van amniote-eieren bij gewervelde landdieren. Microscopische sporen – de vroegere verspreidingsmethode die ook nu nog door mossen, lycopoden en varens wordt toegepast – zijn veel vatbaarder voor uitdroging of landen op een plaats die veel te onherbergzaam is voor ontkieming. Zaden helpen de kans op succes te vergroten.
Een cycadische plant is een zuil of stam van oude bladbasissen met daarbovenop een cluster van nieuwe bladeren. Cycadische bladeren zijn heerlijk om aan te raken, als je ooit de kans krijgt. Streng, leerachtig, taai, en vaak blauwgroen, er is iets heerlijks oerouds in de manier waarop ze aanvoelen (hoewel, het moet gezegd worden, de veel oudere mossen hebben tere, dunne bladeren**).
Cycaden hebben ook een interessante symbiose met cyanobacteriën, ook wel blauwalgen genoemd, net als sommige korstmossen. Ze maken speciale “coralloïde wortels” die op een zeer on-wortelachtige manier omhoog groeien. In ruil voor het voeden, huisvesten en bovengronds hijsen van hun cyanobacteriële symbionten in deze structuren, voorzien de cyanobacteriën de cycade van de meest beperkende van de bio-nutriënten: vaste stikstof.
Naast het hebben van super geladen sperma, heeft het stuifmeel van cycaden nog een interessante gewoonte die ze delen met hun naaste verwant, Gingko. Wanneer hun stuifmeel aankomt op een vrouwelijke kegel (meestal via een snuitkever, kever of wind), beginnen ze uit te groeien tot een eicel. Daar zenden ze een lange buis uit in een deel van de eicel, de nucellus, en zenden ze een hustoriale structuur uit die voedingsstoffen opzuigt uit het vrouwelijke gastheerplantje. Haustoria worden ook gebruikt door parasitaire schimmels die hun gastheerplant binnendringen.
In cycaden vernietigt de stuifmeelbuis uiteindelijk het grootste deel van het weefsel waarin hij binnendringt, hoewel dit weefsel a) geen deel uitmaakt van het toekomstige zaad en b) technisch gezien vervangbaar is omdat het, zodra een kegel bevrucht is, niet meer wordt gebruikt. Maar stelt u zich eens voor, dat telkens wanneer menselijke zaadcellen in een baarmoeder terechtkomen, zij zich in de baarmoederwand innestelen, voedingsstoffen opzuigen en een tijdlang uitgroeien tot kleine organismen van zichzelf, en dan pas de geslachtscellen vrijgeven die de eicel zullen bevruchten. Dat zou u het algemene, enigszins verontrustende idee moeten geven.
Zoals de meeste gymnospermen, maken cycaden zowel mannelijke als vrouwelijke kegels, maar in tegenstelling tot veel naaldbomen, dragen ze alleen mannelijke of vrouwelijke kegels op een bepaalde plant. Dat wil zeggen, er zijn meisjescycaden en jongenscycaden. De vrouwelijke kegels maken zaden en de mannelijke kegels stuifmeel. Op de foto bovenaan staan vrouwelijke kegels met zaden erin. Als je ze openbreekt, vind je vaak felgekleurde zaden, zoals deze, of deze:
Het ontpitten van een cycade kegel. Een van de felgekleurde zaden is zichtbaar in de hand van de proefpersoon. Creative Commons Sharktopus; klik voor licentie en link.
Omdat cycades geslachtsgebonden zijn, betekent dit dat het ook mogelijk is om helemaal alleen te eindigen. Inderdaad, zoals Robert Krulwich onlangs op zijn blog meldde, is dat het trieste lot geweest van een cycade die 100 jaar geleden in Afrika werd gevonden en naar de Royal Botanic Gardens in Kew werd gestuurd. Het is een jongen. En tenzij iemand een vrouwtje vindt om hem gezelschap te houden, zal het de laatste van zijn soort zijn.
Cycads hebben de laatste tijd wat aandacht gekregen. Veel cycaden bevatten kankerverwekkende of neurotoxische stoffen of beide. In Oliver Sacks’ Island of the Colorblind vertelt hij over zijn voorliefde voor cycaden (een voorliefde die ik deel) en zijn frustrerende onderzoek naar een mysterieuze verwoestende neurologische ziekte onder de bevolking van Guam die in verband kan worden gebracht met hun gewoonte om zaden fijn te stampen om er cycadenmeel van te maken. De laatste tijd is de verdenking gevallen op het eten van vleermuizen die mogelijk geconcentreerde cycad-neurotoxinen in hun lichaam hebben.
Dat brengt ons terug bij de vraag van hun oudheid. Fossielen van cycaden dateren van tenminste het Perm, en mogelijk het Carboon, 320 miljoen jaar geleden, het tijdperk van reusachtige steenkool-vormende moerassen en verontrustend grote libellen. Maar ze floreerden tijdens het Mesozoïcum – het “tijdperk van de dinosauriërs” – en werden waarschijnlijk gegeten en zeker vertrapt door dinosauriërs. Zij kunnen ook de eerste door insecten bestoven planten zijn geweest, toen kevers de gewoonte aannamen om cycadenstuifmeel te eten – en er in het algemeen in te leven, zich erin te wentelen en zich te verspreiden – een traditie die zij tot op de dag van vandaag voortzetten. Maar een recente studie in Science, waarvan hier, hier en hier verslag wordt gedaan, komt tot de conclusie dat, volgens hun DNA, de 300 moderne soorten cycaden een schamele 5-12 miljoen jaar geleden zijn geëvolueerd.
OK, dus de soorten die vandaag de dag leven waren niet de soorten die leefden tijdens het Mesozoïcum. Ik accepteer dat. Dat is op zichzelf interessant nieuws — hun diversiteit nam af in de nasleep van de Grote Invloed, en lijkt te zijn teruggekeerd en opnieuw gespecificeerd tijdens een soort van wereldwijde klimaatsverandering. Maar de auteurs maken er een groot punt van dat we cycaden geen “levende fossielen” kunnen noemen omdat ze niet dezelfde soorten zijn als die we in fossielen vinden. Ze zien er nog steeds uit als oude cycaden. Ze maken nog steeds zaden als oude cycaden. Hun sperma met staart verraadt nog steeds hun oeroude oorsprong, en de voorouderlijke toestand van alle landplanten, vermoedelijk net als oeroude cycaden. Enquête zegt: Het zijn nog steeds cycaden. En cycaden zijn nog steeds oud. En dus, naar mijn mening, wanneer je cycaden bezoekt in botanische tuinen of ze ziet in iemands tuin, is het nog steeds OK om ze als oeroud te zien, en je deze buitengewone wezens voor te stellen tussen de dinosaurussen.
**OPTIONELE BIONERD TECHNISCHE DIGRESSIE EN SOAPBOX ALERT**
Je leert snel in de biologie, net als in ons leven, dat bijna alles een grijs gebied is. Het leven is een continuüm van vorm en functie. We proberen er een nette conceptuele orde in aan te brengen om het ons gemakkelijker te maken het te begrijpen en te bespreken, maar niet eerder hebben we dat gedaan of we vinden enkele (of vele!) wezens die de radertjes uit elkaar gooien.
Neem, bijvoorbeeld, de term “soort”. Als u echt een lucifer wilt aansteken in een kamer vol ideologische brandstof, vraag dan een groep biologen om die term te definiëren. Beter nog, bestudeer het leven lang genoeg en je zult beseffen dat “soort” totaal verschillende betekenissen heeft onder verschillende groepen levende wezens, en vooral onder bacteriën en archaea, waar seks tussen soorten gebruikelijk is en soortbepalende mechanismen zoals voortplanting of geografische isolatie, die bij dieren vrij goed werken, vaak betekenisloos zijn.
Ik zeg niet dat we het begrip “soort” moeten afschaffen of zelfs de binomiale nomenclatuur moeten afschaffen, het systeem met dubbele naamgeving dat door Carolus Linnaeus is bedacht om soorten bij naam te noemen (denk: Homo sapiens). Ik denk dat het nog steeds van grote waarde is voor de mens om over levende dingen na te denken in termen van soorten – waarvan vele gemakkelijk te onderscheiden en zeer “echt” zijn – en om ze namen te geven en niet (vergeef me de term) ontmenselijkende streepjescodenummers, zoals sommigen hebben voorgesteld.
Maar misschien moeten we niet zo kieskeurig zijn over de term “levend fossiel” met betrekking tot soorten. Misschien zijn cycades een beetje veranderd sinds de tijd van de dinosauriërs. Misschien zijn ze niet dezelfde “soort”. Als ze er min of meer hetzelfde uitzien en min of meer dezelfde dingen doen op dezelfde manieren, is dat goed genoeg voor mij. Het zijn nog steeds herkenbare oude vormen, en ze leven nog.
Ik, bijvoorbeeld, hou van “levende fossielen” omdat het helpt dingen levendig te maken voor niet-wetenschappers. Het helpt mensen hun verbeelding te gebruiken. Want tenzij je hun verhaal en hun geschiedenis kent, lijken cycades misschien maar een saai palm-dingetje, en een cycadefossiel maar “een blad”. Als je leest dat cycaden levende fossielen zijn, en dat iets bijna identieks leefde tussen dinosauriërs en reusachtige libellen uit de oudheid, en dat ze vandaag de dag misschien wel het best bedeelde sperma op de planeet hebben, en dat je hun levende, ademende nakomelingen vandaag de dag nog kunt aanraken, zullen je ogen misschien geopend worden dat ze zoveel meer zijn.
*Ik bespeur enige latente afgunst op flagellen bij sommige elementen van mijn lezerspubliek. Het doet me denken aan die lui met drie of vier buitenboordmotoren achterop hun motorboot geklemd, als je begrijpt wat ik bedoel.
** Technisch gezien zijn het “phylliden”. Volgens botanici hebben alleen vaatplanten (met geleidende weefsels voor water en suikers, zoals xyleem en floëem) echte bladeren.