Około 400 mln lat temu nasi przodkowie skierowali ku lądowi najpierw swoje oczy, a następnie płetwy, które wkrótce stały się nogami. Czy był to dobry wybór? Zdania wśród ich potomków wydają się podzielone.
Utkwił mi w pamięci rysunek Gary’ego Larsona, na którym dwie żaborybie istoty tęsknie wyglądają z wody na plażę. Jedna z nich w płetwołapie trzyma kij bejsbolowy, na piasku leży zaś nieopatrznie wybita piłeczka. Podpis głosi: „Great moments in evolution”, czyli „Wielkie momenty ewolucji”. Kiedy potem czytałem książkę At the Water’s Edge (Na brzegu wody) Carla Zimmera o tym, jak życie wyszło na ląd, po czym wróciło do morza, i ujrzałem, że pierwszy rozdział ma tytuł „Za zgubionym balonem”, natychmiast oczywiście pomyślałem, że autor odgrzewa dowcip Larsona z piłeczką. Jednak prawda okazała się znacznie ciekawsza.
11 lipca 1897 r. szwedzki inżynier i badacz polarny, Salomon August Andrée, na północy Svalbardu wsiadł wraz z dwoma towarzyszami do balonu – i tyle ich widziano. Wyruszyli na podbój bieguna północnego, ale po jakimś czasie obciążony lodem balon, jednocześnie tracący wodór przez nieszczelną powłokę, ostatecznie osiadł na lodzie, a dzielni zdobywcy wkrótce potem zginęli. Ich ostatni obóz, ciała i dzienniki przypadkiem znaleziono dopiero w roku 1930, na samotnej Wyspie Białej. Jednak w rok po zaginięciu śmiałków trwały intensywne poszukiwania w całej Arktyce. Wprawdzie szczątków podróżników wówczas nie odnaleziono, ale właśnie dzięki tym poszukiwaniom odkryto inne kości – dla nauki ważniejsze. Na wschodnim wybrzeżu Grenlandii, w odsłoniętych dewońskich skałach góry Celsius Berg szwedzcy badacze natrafili na skamieniałości ryb mięśniopłetwych oraz kilka innych okazów, których nie umieli zaklasyfikować.
Jesteśmy dziwnymi rybami
Same mięśniopłetwe, a konkretnie należące do nich współczesne ryby dwudyszne, były już opisane przez XIX-wiecznych przyrodników, dla których zresztą stanowiły nie lada zagadkę. Nie dość, że mają płuca i potrafią oddychać powietrzem atmosferycznym, to jeszcze ich płetwy zawierają mięsiste trzonki i przypominają kończyny czworonogów, dlatego niektórzy klasyfikowali je jako gady, do których zaliczano wówczas również płazy. Z tej przyczyny pierwszy opisany gatunek – żyjący w Ameryce Południowej prapłaziec – otrzymał nazwę Lepidosiren paradoxa, gdzie lepido odnosiło się do jego łusek, siren podkreślało podobieństwo do wodnych płazów z rodziny syrenowatych, a paradoxa wskazywało, że w ogóle był jakiś dziwny. Do tej grupy zaliczane są również cztery gatunki afrykańskich prapłetwców i australijski rogoząb. Wszystkie są dosyć spore (niektóre dorastają do 2 m), słodkowodne i wyglądają na wczesne prototypy płazów.
Sprawa skomplikowała się jeszcze bardziej, gdy w roku 1938 natrafiono na pierwszą latimerię (Latimeria chalumnae). Ona oraz drugi, odkryty w roku 1995 gatunek L. menadoensis to ryby trzonopłetwe, też należące do mięśniopłetwych. I tu pojawił się problem: kolejne odkrycia i analizy genetyczne wykazały, że mięśniopłetwe są – jak to się określa w systematyce – „grupą parafiletyczną”, czyli taką, która nie obejmuje wszystkich potomków jakiegoś wspólnego przodka. Bo w toku ewolucji niektóre mięśniopłetwe dały początek pierwszym czworonogom, czyli obecnie płazom, gadom, ptakom i ssakom. Współcześnie systematycy poradzili sobie z tą drobną niedogodnością w ten sposób, że mięśniopłetwe są gromadą, a czworonogi też do niej należą. Czyli wszyscy jesteśmy mięśniopłetwymi, nawet jeśli wydaje nam się, że nasz wujek prapłaziec to straszny prymityw. Ale teraz zróbmy to, co lubię robić najbardziej – wróćmy do Arktyki.
Wieści z północy
W latach 20. i 30. XX w. kolejne wyprawy docierały w okolice Celsius Berg i znajdowały kolejne szczątki mięśniopłetwych, a także coraz więcej skamieniałości trudnych do zaklasyfikowania. W końcu, w roku 1931, młody szwedzki paleontolog, Gunnar Säve-Söderbergh, znalazł fragmenty płaskich czaszek, które w żaden sposób nie pasowały do mięśniopłetwych. Zdał sobie sprawę, że ma przed sobą najstarszego znanego czworonoga i nadał mu nazwę Ichthyostega, czyli „rybie sklepienie” – od kształtu czubka głowy zwierzęcia. W kolejnych latach pojawiało się coraz więcej czaszek, w tym niektóre w idealnym stanie, udało się do nich dopasować wcześniej odkryte elementy tułowia, w roku 1948 wydobyto zaś w końcu nogi, ramiona i ogon zwierzęcia. Ichtiostega zyskała ciało. Mierzyła około metra, miała płaską głowę z oczami na górze, kolana, łokcie, nadgarstki i palce czworonoga, a jednocześnie ogon, którego budowa przypominała jej rybich przodków. Zaopatrzony w spiczaste zęby, nasz przystojny pradziadek miał paszczę wyglądającą – wedle porównania Carla Zimmera – jak klapa od sedesu zamykająca się na ofiarach.
Później okazało się, że wśród znalezionych przez Säve-Söderbergha i jego następców szczątków znajdowały się również skamieniałości podobnego zwierzęcia, któremu nadano nazwę Acanthostega. Żyła ona około 365 mln lat temu, czyli mogła znać ichtiostegę. Ale naukowcom wciąż było mało – potrzebowali czegoś pośredniego między nogami ichtiostegi a trzonkowatymi płetwami mięśniopłetwych. Nadal więc szukali. Jednym z tych poszukujących był Neil Shubin, biolog ewolucyjny i paleontolog z Chicago, który bardzo metodycznie zabrał się do pracy, wykorzystując najnowsze ustalenia geologów. Jak sam pisze w książce Your Inner Fish (wydanej po polsku pt. Nasza wewnętrzna menażeria. Podróż w głąb 3,5 miliarda lat naszych dziejów, Prószyński i S-ka, 2009), paleontolodzy poszukujący właściwych skamieniałości wypatrują najpierw skał spełniających trzy kryteria. Muszą być w odpowiednim wieku (w jego przypadku chodziło o późny dewon, bo to z tego okresu pochodziły najstarsze znane czworonogi), odpowiedniego typu (tylko osadowe; nie wulkaniczne ani nie metamorficzne, bo żadne skamieniałości nie przetrwałyby dramatycznych okoliczności ich powstawania) oraz muszą być odsłonięte, żeby nie trzeba było się do nich dokopywać i można było po prostu po nich chodzić, sprawdzając szybko znaczną powierzchnię. Najlepiej też, gdyby były w jakimś w miarę odludnym miejscu, bo nawet najfajniejsze skały są dla geologa niedostępne, jeśli zostały zalane asfaltem albo stoją na nich budynki (oprócz tego tereny w sąsiedztwie cywilizacji prawdopodobnie zostały już przebadane).
Okazało się, że owszem, mamy akurat skały spełniające te wszystkie warunki, tylko obecnie trzymamy je na Wyspie Ellesmere’a w kanadyjskiej Arktyce, w jednym z najbardziej niedostępnych i niegościnnych miejsc na świecie, niecałe 10 stopni szerokości geograficznej od bieguna północnego. Kiedy powstawały, jakieś 280 mln lat temu, były w okolicach równika, ale potem się troszkę przesunęły.
Trudy kanadyjskich ekspedycji jednak się opłaciły. W roku 2004 Shubin odnalazł wyściubiony ze skały rybi nos. I nie był to zwykły nos, bo jego kształt wskazywał na to, że gdzieś głębiej znajduje się płaska czaszka – płaska, czyli sugerująca, że dużo ciekawych dla jej właściciela rzeczy działo się gdzieś poza wodą. Niedługo później odnaleziono trzy dość dobrze zachowane szkielety zwierzęcia, któremu w 2006 r. nadano nazwę Tiktaalik roseae. „Tiktaalik” w inuktitut, czyli języku Inuitów zamieszkujących te okolice, oznacza „dużą rybę słodkowodną”, a nazwa ta została mu nadana na prośbę lokalnej starszyzny. Po dokładniejszych analizach okazało się, że zwierzę to było dokładnie tym, czego szukano: jeszcze rybą mięśniopłetwą, ale już prawie czworonogiem. Wprawdzie tiktaalik żył na płyciznach i mógł co najwyżej wlec się smętnie po lądzie, ale jego wyjątkowo jak na rybę rozbudowana miednica i cały pas biodrowy świadczą o tym, że korzystał przy tym również z tylnej pary płetw, nie tylko z przedniej – jak współczesne poskoczki mułowe, czyli małe rybki, które również na ląd czasem wychodzą.
To był prawdziwy przełom – wszystkim się zdawało, że złapaliśmy ewolucję za płetwę. Tiktaalik żył jakieś 375 mln lat temu, czyli nieco przed ichtiostegą. Jeszcze nie miał nóg, więc czworonogiem nie był, lecz jego umięśnione płetwy zaopatrzone w solidne kości pokazywały, że był już na dobrej drodze. Pokrywała go łuska, ale miał płaski łeb, szyję, płuca i pas biodrowy. Sam Shubin określił go jako „rybonoga” (ang. fishapod). I wszystko byłoby cacy, gdyby nie Polacy.
Awantura w Kieleckiem
7 stycznia 2010 r. na łamach „Nature”, najbardziej prestiżowego czasopisma naukowego na świecie, ukazał się artykuł polsko-szwedzkiego zespołu paleontologów pod kierownictwem Grzegorza Niedźwiedzkiego z Uniwersytetu Warszawskiego informujący o odkryciu śladów czworonoga na skałach kamieniołomu w Zachełmiu pod Kielcami, w Górach Świętokrzyskich. Problem w tym, że skała, na której były odciśnięte, pochodzi ze środkowego dewonu, czyli ma co najmniej 395 mln lat. Zatem ślady są o jakieś 18 mln lat starsze, niż powinny być.
Oczywiście, nowe odkrycie nie wszystkich ucieszyło. Niektórzy kwestionują wiek skał, inni dowodzą, że to nie żaden czworonóg, jeszcze inni twierdzą, że to sam tiktaalik lub jakiś jego kuzyn mógł zostawić ślady, a potem trwał przez bardzo długi czas, wiodąc życie ewolucyjnego reliktu. O ile wiem, oczywista interpretacja, że kręgowce wyszły na ląd, a gdy zorientowały się, że są pod Kielcami, wycofały się i zniknęły na kolejne 18 mln lat, nie jest przez nikogo proponowana. Wszystko wskazuje jednak na to, że podręczniki paleontologii trzeba będzie napisać na nowo. Ichtiostega, tiktaalik czy tajemniczy czworonóg z Kielecczyzny – kiedykolwiek dokładnie opuścili oceany i strumienie, z pewnością należą do pionierów. W tym szacownym gronie szczególnym sentymentem darzę ich nieco młodszego pobratymca, ziemnowodnego czworonoga z równie płaską głową co oni, który żył zaledwie 260 mln lat temu. Ale za to nie dość, że nazywa się Tutusius umlambo – na cześć Desmonda Tutu – to jeszcze żył w moim ulubionym rejonie świata, czyli w Antarktyce, choć przyznać trzeba, że nie było tam wtedy tak zimno jak teraz. Zapamiętajcie ich wszystkich dobrze: to przez ich pochopne decyzje musimy rano wstawać do pracy, zamiast pławić się w ciepłej wodzie i opychać beztrosko owocami morza.
Po co czworonóg przeszedł przez plażę?
Kilka lat temu naukowcy zwrócili uwagę na to, że ewolucję kończyn poprzedziła ewolucja oczu u naszych przodków, o czym pisaliśmy na łamach „Przekroju”. Oczy wśród wczesnych kręgowców stopniowo rosły, umożliwiając im coraz lepsze widzenie, a jednocześnie przemieszczały się na wierzch głowy – tak jak u tiktaalika – umożliwiając zwierzętom łypanie spod wody na brzeg. Tylko na co tak się gapiły?
Bezkręgowce wyszły na ląd 50 mln lat przed kręgowcami. Za pierwszego lądowego bezkręgowca uważa się wija z gatunku Pneumodesmus newmani, odkrytego w Szkocji przez kierowcę autobusu, Mike’a Newmana. Wiek wija określa się na pomiędzy 428 a 414 mln lat. W podobnym czasie po lądzie zaczęły biegać też pajęczaki, takie jak skorpiony czy przedstawiciele wymarłego już rzędu nieco przypominających kleszcze Trigonotarbida, dorastające do około 5 cm długości. Patrząc na historię podboju lądu, możemy przyjąć, że wije przyszły tu na grzyby, pajęczaki – na wije i tak to dalej ruszyło z kopyta. A tiktaalik i jemu podobni tęsknymi oczami śledzili to rozbiegane towarzystwo, co napędziło ewolucję ich błotnistych spacerów. Czyli gdyby Gary Larson zamiast piłeczki narysował na plaży skorpiona albo wija, obrazek byłby jeszcze bardziej akuratną ilustracją naukową. Oczywiście to nie jest tak, że one tak strasznie chciały wyjść na ląd, że aż im nogi wyrosły. Po prostu – jak to w ewolucji – ci, którzy mogli wypełzać trochę dalej i trochę szybciej, lepiej korzystali z tego, co ląd miał w ofercie, przez co byli lepiej odżywieni i zostawiali więcej zdrowego potomstwa. A potem to już samo poszło.
Nauka niechodzenia
Chodzić potrafią przedstawiciele wszystkich żyjących obecnie grup czworonogów. Ale wcale nie wszyscy to robią – wszędzie napotykamy zwierzęta, które w toku ewolucji najwyraźniej uznały chodzenie za przereklamowane i zamieniły je na inne rozwiązania.
Pierwsze płazy zrezygnowały z kończyn jakieś 200 mln lat po ich wynalezieniu – najstarsze skamieniałości przedstawicieli rzędu płazów beznogich pochodzą sprzed 199,6 mln lat. Rząd ten obejmuje współcześnie kilka rodzin, a najbardziej znani jego przedstawiciele to marszczelce i łuseczniki. Wszystkie wyglądają i żyją trochę jak dżdżownice – w wilgotnych tropikalnych glebach obu Ameryk, Afryki i Azji – a niektóre osiągają nawet 160 cm długości. Oprócz nóg płazy te zrezygnowały z kolejnej lądowej zdobyczy, czyli z oczu i albo w ogóle ich nie mają, albo są one silnie zredukowane. Mają za to na głowie czułki umożliwiające im chemiczną analizę środowiska, a to u lądowych kręgowców wyjątkowe.
Gadom podjęcie tego ewolucyjnego kroku (choć może w ich przypadku to ostatnie słowo brzmi jak niezbyt uprzejmy żart) zajęło nieco więcej czasu. Pierwsi beznodzy przedstawiciele ogromnego rzędu łuskonośnych pojawili się na świecie około 99 mln lat temu. To amfisbeny, mniej znani krewniacy węży i jaszczurek. Nazwano ich tak na cześć potwora pochodzącego z greckich mitów, który był wężem z dwiema głowami (po jednej na każdym końcu) i wił się przez kulturę Rzymu oraz europejskiego średniowiecza. Wyglądają bardzo podobnie do płazów beznogich, też żyją pod ziemią, przez którą przepychają się swoją twardą czaszką. Oczywiście najbardziej znanymi beznogimi gadami są węże, a ich różnorodność i powszechność występowania wskazuje na to, że niewiele straciły. Jednak i wśród jaszczurek znajdziemy nie tylko naszego padalca z krewniakami, ale także zwierzęta określane jako „ślepe scynki”, żyjące w Meksyku i w południowo-wschodniej Azji, czy australijskie i azjatyckie „scynkorobale” (worm skinks), z których część zachowała z przodu maleńkie, choć funkcjonalne nóżki. Podobnie jak amfisbeny jaszczurki te w toku ewolucji przehandlowały bieganie na sprawniejsze przeciskanie się przez glebę, uzyskując przy okazji urodę pokrytych łuskami dżdżownic.
Niektóre ptaki również utraciły zdolność chodzenia, jak choćby nasze jerzyki. Ci wspaniali lotnicy praktycznie wszystko robią w powietrzu – od jedzenia przez sen po kopulację – a do kontaktu z twardą rzeczywistością zmusza je wyłącznie konieczność złożenia na czymś jajek, bo składanie ich w powietrzu jest z oczywistych względów niepraktyczne i nawet jeśli jakaś prajerzyczka próbowała tego dokonać, to genów kolejnym pokoleniom raczej nie przekazała, a najwyżej wzbogaciła menu okolicznych mrówek o jajecznicę z nieba (co mogło nawet przyczynić się do powstania jakiejś mrówczej religii). Jerzyki za doskonałość swojego lotu zapłaciły przesunięciem nóg tak daleko do tyłu, że nawet nie mogą na nich stanąć. Służą im one tylko do przyczepiania się do pionowych powierzchni i wpełzania w szczeliny, ale żeby wzbić się do lotu, jerzyk musi startować z wysoka. Na ziemi jest kompletnie bezradny.
Znacznie częstsza jest sytuacja odwrotna: wiele ptaków postawiło na chodzenie, rezygnując z najbardziej charakterystycznej zdobyczy ptasiej ewolucji, jaką jest lot. I nie myślę tu o pingwinach, choć wspominam je wyjątkowo często, ale te ptaki nadal używają skrzydeł i w zasadzie latają, tyle że pod wodą. Większość nielatających ptaków należy do podgromady ptaków paleognatycznych, charakteryzujących się specyficzną budową podniebienia. To do niej zaliczamy nandu, strusie, emu, kazuary i kiwi, które albo szybko biegają, albo miały szczęście ewoluować w środowisku pozbawionym lądowych drapieżników. Znany z popularnej kreskówki Struś Pędziwiatr, a właściwie kukawka kalifornijska, której dużo bliżej do kukułek niż do strusi, również głównie biega. Kukawki potrafią latać, ale słabo im to wychodzi i możliwe, że za parę milionów lat ich potomkowie całkowicie tę zdolność utracą. W Nowej Zelandii, gdzie poza nietoperzami nie ma żadnych rodzimych ssaków, nielotów jest więcej i nigdzie nie muszą się śpieszyć – jak choćby kakapo, największe papugi świata. Wart wzmianki jest także jeden z bardzo nielicznych nielotnych przedstawicieli rodziny wróblowatych, łazik południowy, niestety już wymarły czy może raczej wytępiony. Z badań archeologicznych wiemy, że niegdyś występował na obu głównych wyspach Nowej Zelandii, ale zniknął wkrótce po inwazji szczurów polinezyjskich, zawleczonych tam około roku 1280, oczywiście przez ludzi. Kolejne 600 lat łazik przetrwał jedynie na niewielkiej wyspie Stephens, położonej w cieśninie między wyspami głównymi, choć nie całkiem wiadomo, jak się tam dostał. Wiemy za to, że jako gatunek został nie tylko odkryty, lecz także całkowicie wytrzebiony przez pojedynczego kota w roku 1894. Odkrywca – jak to kot – przynosił upolowane ofiary swojemu człowiekowi, który pracował na wyspie jako pomocnik latarnika, ale miał zacięcie przyrodnicze i kilka okazów wysłał do Muzeum Brytyjskiego.
Na co nam przyszło?
Wśród naszych jeszcze bliższych krewniaków, czyli ssaków, wszyscy potrafimy lepiej lub gorzej chodzić. My sami w toku ewolucji zrezygnowaliśmy z czworonożności na rzecz dwunożności. Dzięki temu ponoć lepiej się chłodziliśmy na gorących sawannach, a z całą pewnością uwolniliśmy sobie ręce do przenoszenia narzędzi oraz innych cywilizacyjnych nowinek, co popchnęło ewolucję naszych mózgów i doprowadziło w końcu do tego, że ostatecznie zaczęliśmy się arogancko określać jako homo sapiens, czyli „człowiek rozumny”. Patrząc na to, jak traktujemy nasz świat, inne zwierzęta i nas samych, myślę, że nijak na tę nazwę nie zasługujemy.
Ale nasza dwunożność wiąże się z tak ogromnymi kosztami, że może jednak należało pozostać na stopach i knykciach tak jak pozostałe szympansy czy goryle. Z punktu widzenia niektórych aspektów naszej anatomii nadal jesteśmy czworonożnymi zwierzętami poruszającymi się w sztucznej i niebezpiecznej pozycji. W wydanej w Polsce w 2018 r. książce Człowiek i błędy ewolucji Nathan H. Lents wylicza wynikające z tego problemy. Nasze jelita wciąż przytrzymywane są przez krezki przyczepione w okolicach kręgosłupa, czyli – przy dwunożnej postawie – z tyłu, zamiast z góry. Nadmiernie obciążone więzadła w naszych kolanach narażone są na częste uszkodzenia podobnie jak nasze kostki u nóg i kręgosłupy – zgniatające się i wykrzywiające pod własnym ciężarem. Krew pompowana do mózgu nie zawsze trafia tam dość sprawnie, a nasze miednice zupełnie nie nadają się do rodzenia dzieci z tak dużymi czaszkami, stąd bolesne porody z częstymi komplikacjami. Czy opłacało się nam tak wywyższyć? Nie jestem pewien. Ale wiem, że kiedy skończę ten tekst, ruszę na spacer, do czego ciebie też namawiam. Musimy w końcu jakoś usprawiedliwić całe to zamieszanie i pokazać, że warte było zachodu.
Czytaj również:
