Od vzniku života po další tři miliardy let neznala příroda nic jiného než jednoduché, většinou jednobuněčné organismy. Na začátku nejstarší geologické formace prvohor, v kambriu, došlo najednou k převratnému skoku v evoluci tělních plánů, tzv. „kambrijské explozi“, díky níž se na Zemi objevila skutečná „monstra“. Poslední výzkumy však naznačují, že se slavnou „explozí“ to nejspíše tak horké nebylo!
Makroevoluce, jak odborně nazýváme evoluci celých skupin živočichů, není co do času žádný troškař a na nějaký ten milion let nehledí. Proto i změnám, které probíhaly řádově v průběhu milionů let, můžeme říkat „exploze“. Za nejdůležitější takový „výbuch“ či evoluční velký třesk v dějinách života na Zemi byl dlouho považován „náhlý“ objev celých velkých skupin živočichů – živočišných kmenů (viz rámeček). Překvapivý nárůst druhů během relativně krátkého období je jev dlouho známý a bývá užíván i jako argument proti evoluční teorii. I přes to, že se vědci usilovně snaží, aby jejich vysvětlení bylo co nejjednodušší a nepřesvědčivější, vedou mezi sebou často nesmyslné bitvy. 21. STOLETÍ vám přináší nejnovější pohled na tuto etapu vývoje života na naší planetě.
Stálá změna a přerušovaná rovnováha
Laická veřejnost si život vědců často představuje jako idylickou selanku, takový obraz má však daleko k pravdě. I mezi vědci zuří líté, byť většinou spíše argumentační boje. Jeden z nejznámějších takových sporů se týká pohledu na historii života na Zemi. Již několik desetiletí spolu soupeří zastánci takzvaného gradualismu a zastánci teorie přerušovaných rovnováh. Gradualisté, které najdeme především mezi molekulárními biology, zastávají pozici, že příroda „nezná skoků“ a všechny evoluční změny přicházejí pozvolna. Vědci z opačného tábora naopak zdůrazňují skutečnost, že ve fosilním záznamu nápadně často nacházíme výrazné skoky, po nichž vypadá živý svět výrazně jinak než před nimi. Nepřekvapí jistě, že zastánce této pozice najdeme především mezi paleontology.
Podivný život před kambriem
Jablko sváru mezi oběma vědeckými pohledy tvořila odedávna právě kambrijská exploze. Kambrijští živočichové totiž jistě nebyli první, které kdy Země nosila. Toto období těsně navazuje na vrstvu, která získala svůj název podle lokality v jižní Austrálii Ediacara Hills. V takzvané „ediakarské fauně“ (před 600–542 mil. let) najdeme vůbec první známé mnohobuněčné živočichy. Od osmdesátých let minulého století se většina vědců domnívala, že ediakarské organismy byly slepou vývojovou větví, která nezanechala žádné potomky. Řada ediakarských živočichů jistě jako řada jiných prostě zanikla, s jistotou to však nevíme o všech. Na problematiku vztahu mezi podivnými ediakarskými tvory a náhlou pestrostí života v kambriu si nyní snaží posvítit řada vědců, od paleontologů po molekulární biology.
Pionýři mezi zkamenělinami
V ediakarské fauně hrála prim podivná stvoření, takzvaná rangeomorfy. O těchto podivných tvorech nemůžeme s jistotou ani říci, jestli to vůbec byli živočichové nebo rostliny. Někteří paleontologové je proto oddělují do samostatné říše s názvem Vendobionta. Jejich těla měla velmi podivnou strukturu. Skládala se z malých „sklípků“, do nichž byly vloženy menší a menší, podobně jako ruské panenky matrjošky. Nejspíše jim také zcela chyběly reprodukční orgány a rozmnožovali se tedy podobně jako některé dnešní rostliny či kvasinky – pučením. Kdybychom se nějakým strojem času přenesli do doby před asi 580 miliony let, museli bychom se za nimi vypravit pěkně hluboko na dno tehdejších moří, kde žili přisedlým životem. Z mělkých moří měli totiž asi hrůzu – ani jednu jejich zkamenělinu v nich nenajdeme. Z povrchu Země nejspíše úplně zmizeli před 545 miliony let, kdy byli pravděpodobně vytlačeni šikovnější nastupující generací.
Z hloubky na mělčinu
Ke konci ediakarského období došlo k velkému rozkvětu života. V mělkých mořích se začali objevovat podivní tvorové, jejichž zařazení v živočišné říši je stejně nejasné jako to, jak vlastně ve skutečnosti vypadali. Spriggina bývá považována stejně tak dobře za červa jako za podivného „prakorýše, Dickinsonia byl velký, asi metr dlouhý „červ“, Kimberella bývá někdy považována za pradávného měkkýše, tedy příbuzného dnešních hlemýžďů, škeblí či hlavonožců. O žádném z nich nemůžeme s jistotou tvrdit, jak se živili ani jaké praprapravnuky na Zemi zanechali. Jestli však se však život připravoval na svůj velký okamžik na počátku kambria, bylo to jistě v mělkých a teplých ediakarských mořích.
21. století dodává:
Živoucí posel dávných časů
V mořích severní části Atlantiku můžeme dodnes najít podivného tvora, který jakoby se vynořil z hlubin kambrijských moří. Je to ostrorep americký (Limulus polyphemus), pradávný členovec z třídy hrotnatců (Merostomata). Vyvinul se již před 445 milióny let a do dnešních dnů zůstal prakticky stejný. Ačkoliv vypadá tento obrněný rytíř spíše jako krab, ve skutečnosti je příbuznější pavoukovcům.
Kambrium známé i neznámé
Co mají společného suché oblasti jižní Austrálie, Skalisté hory v Severní Americe a například české Brdy? Ačkoliv jsou tato místa od sebe velmi vzdálena a současný život na nich se velmi liší, poskytují nám svědectví o dávno zašlých časech, kdy byl život na Zemi ještě v plenkách. Na všech těchto místech můžeme najít horniny, které pocházejí z nejstaršího období prvohor, z kambria. Toto období začalo zhruba před 542 miliony let a navazovalo právě na ediakarské období. Konec kambria je ohraničen druhým geologickým útvarem prvohor, ordovikem, který začal zhruba před 488 miliony let. Během 54 milionů let, po které kambrium trvalo, se život na Zemi změnil k nepoznání. Však ani naši Zemi byste v kambriu nepoznali. Po dnešních kontinentech nebylo ještě ani památky a většinu povrchu Země pokrývalo mělké moře. Samotná souš však byla pustá a prázdná a všichni živočichové žili ještě v oceánech. Suchou zem byste sice našli, ale pohled by to nebyl asi příliš vábný – rostliny začaly souš teprve kolonizovat.
Co se vlastně v kambriu přihodilo?
Podle nálezů zkamenělin se na počátku kambria začala Země, tedy spíše oceány hemžit novými tvory, které v dřívějších obdobích paleontologové ne a ne najít. A nejen to. Během velmi krátkého období, nacházíme mezi zkamenělinami zástupce prakticky všech živočišných kmenů, které známe i dnes. Od této doby navíc žádné nové živočišné kmeny již nevznikly – na celou paletu dnešních živočichů se zadělalo právě v kambriu. Nejtypičtějším živočichem celého kambria byli známí trilobiti, příbuzní dnešních korýšů, pavouků a hmyzu a graptoliti, které dnes řadíme do zvláštního a vzácného kmene polostrunatců (Hemichordata). Podle S. J. Gouda (1941–2002), amerického paleontologa z Harvardské univerzity, který se detailně věnoval průzkumu kanadské lokality Burgess Shale, žili v kambriu zástupci mnoha živočišných kmenů, které později vyhynuli. Mezi takové řadil Gould například podivnou obludu rodu Anomalocaris nebo přisedlého tvora rodu Wiwaxia. Gould je přesvědčen, že kambrijská exploze svědčí pro teorii, že evoluce postupuje ve skocích, tedy jeho teorii přerušovaných rovnováh.
Skeptik zvedá prst!
Skeptický gradualista, obhajující tvrdě pozvolnou evoluci, ale namítá: správně zkamenět, to je v podstatě umění. Kambrijští živočichové měli možná právě to štěstí, že byli dostatečně velcí a tvrdí na to, abychom mohli zbytky jejich těl nalézt ještě dnes. To však nic nemění na tom, že mohli mít za sebou již dlouhé období vývoje táhnoucí se daleko před začátek kambrijského období, o kterém však my nic nevíme a zjistit ani nemůžeme. Řada odborníků, proto existenci „kambrijské exploze“ popírá a považuje ji pouze vedlejší produkt schopnosti organismů zanechat fosilní pozůstatky. Poznatky molekulárních biologů, kterým se někdy říká „molekulární hodináři“ (viz rámeček) totiž ukazují na to, že společného předka živočišných kmenů je třeba hledat hluboko v předkambrijské době, možná až před 1600 milióny let!
Nová teorie a zapomenuté rostliny
Rostliny a živočichové mají mezi sebou velmi delikátní a vyvážené vztahy. Nejen že se až na výjimky první stávají potravou pro druhé, ale jsou provázáni ještě jinými, na první pohled méně zřejmými vazbami. Živočichové vydechují oxid uhličitý, který naopak rostliny potřebují pro svůj růst. Ty svým růstem dále proměňují život na celé planetě – mění koloběh vody, regulují její teplotu a v neposlední řadě poskytují pro živočichy nová životní prostředí. Vývoj rostlin a živočichů je tak vzájemně podmíněn. Němečtí vědci si povšimli, že většina diskusí o kambrijské explozi právě tuto skutečnost opomíjela. Navrhli proto hypotézu, díky níž bychom mohli vývoji nově porozumět. Doposud byla řeč pouze o živočiších. Werner von Bloch z německého postupimského Institutu pro výzkum podnebí je přesvědčen, že za kambrijskou explozi jsou zodpovědné rostliny, které zchladily planetu a napomohly také erozi půdy. Díky ní se do oceánů dostalo více vápníku a mohly tak vzniknout organismy, které si na svou ochranu staví schránky z uhličitanu vápenatého. Takové organismy pak snadněji „zkamení“, což by dokázalo vysvětlit tajemnou „explozi“. Ačkoliv nebyla tato teorie ještě potvrzena paleontologickými nálezy, zdá se, že by poskytovala jednoduché a elegantní vysvětlení letitého problému.
Co jsou to živočišné kmeny?
Proč vlastně tolik řečí o „živočišných kmenech“? Pro zoology tvoří kmeny základní orientační návěstí živočišné říši. Tímto termínem tradičně označujeme taxonomickou jednotku, která shrnuje nejobecnější příbuznost určité skupiny v rámci říše (živočichové, rostliny, houby). Vyznačuje vlastně základní uspořádání tělesných orgánů, které sdílí všechny formy, které do daného kmene patří. Zoologická věda rozlišuje nyní (přibližně) 36 kmenů. Druhově nejbohatším kmenem jsou bezesporu členovci (Arthropoda) – vždyť jen hmyzu je více druhů, než všech ostatních organismů dohromady. Známe ovšem i kmeny, v nichž jsme doposud dokázali rozlišit jen jediný druh – například droboulincí mořští vločkovci (Placozoa) či nedávno objevení, stejně drobní mořští „červíci“ oknozubky (Micrognathozoa).
Nezapomeňme na ordovik!
Na kambrijské období těsně navazuje geologická formace, kterou známe pod názvem ordovik. Zatímco řada živočišných forem, které přišly na svět v kambriu ještě v jeho průběhu postupně vymřela, v ordoviku došlo opět k obrovskému boomu, který někdy označujeme jako „velkou ordovickou biodiverzifikační událost“. Během tohoto období se sice již neobjevují nové živočišné kmeny, život však rozkvétá do šíře forem, kterou dříve neznal. Na rozdíl od kambrijských živočichů, o nichž předpokládáme, že obývali především oceánské dno, se ti ordovičtí ode dna odpoutali a aktivně kolonizovali nejrůznější oceánské prostory. Objevují se zejména noví velcí predátoři jako hlavonožci ukrytí v pevných schránkách, první ozubené ryby a žraloci. Na mořských dnech žili přisedle noví plži i mlži, řada ostnokožců, například rostlinám podobné pralilijice nebo podivní ramenonožci (Brachiopoda). Do nových a nečekaných tvarů dorostli také naši staří známí trilobiti, kteří se odpoutali ode dna
21. STOLETÍ vysvětluje
Co jsou to molekulární hodiny?
Čas lze měřit různě. V hodinových strojích můžeme přesýpat písek, natahovat kovová péra nebo měřit kmitočty atomů. Hodinové stroje musíme vždy jen na začátku „nakalibrovat“, tedy přiřadit časovou jednotku každému ději, který v nich probíhá. Biologové našli ještě jeden zvláštní způsob, jak počítat čas. Není sice příliš přesný a dá se jím měřit pouze na dlouhých časových škálách, ale má pro biology jednu velikou výhodu – „hodinky“ totiž tikají uvnitř organismů samotných. Skryty jsou buď v buněčném jádře, nebo v malých buněčných organelách, mitochondriích. Nám už stačí se jen díky vyspělé laboratorní technice „podívat na ciferník“. Mechanismus je přitom docela jednoduchý. Při kopírování DNA dochází ke spontánním chybám, mutacím. Tyto chyby by se měly vyskytovat nahodile a se stejnou pravděpodobností. Srovnáme-li stejný úsek DNA například hraboše a člověka, budou se oba lišit právě o nahromaděné mutace. Pak již není těžké spočítat, před jakou dobou byly oba úseky zcela identické, tedy kdy po Zemi chodil předek, který byl společný jak nám, tak hrabošům.
