Strastiplná cesta na souš: Kolonizace souše proběhla nezávisle a hned několikrát

Zkraje prvohor, jejichž začátek se datuje 541 milionů let do minulosti, se pod hladinou oceánů odehrávalo jedno z klíčových období evoluce, při němž se živočišná říše velmi rozrůznila. Dnes ho známe pod poněkud přehnaným názvem kambrická exploze: Jeho průběh sice podle nových poznatků nebyl tak překotný, jak se dřív věřilo, nicméně pomalejší tempo na významu dané epochy nic nemění. Zatímco ve vodě „to žilo“, veškerá souš – která tehdy sestávala z oblastí vzniklých rozpadem superkontinentu Rodinie – byla zcela pustá. Výjimku teoreticky představovaly pouze lokality v blízkosti vod, po nichž se mohly plazit mikrobiální kolonie.   

Situace se začala měnit snad už koncem kambria, ale zejména v následujících periodách prvohor: v ordoviku a siluru (cca před 485,4–438,8 milionu let, respektive 443,8–419,2 milionu let). Tehdy již na pevninu opatrně vystupovaly první houby či vyšší rostliny a přidávali se také živočichové. 

Rostliny dobyvatelky

Jednou z průkopnic se stala například dnes už dávno vyhynulá rostlinka rodu Cooksonia, jejíž suchozemský život potvrzují fosilie staré zhruba 430 milionů let. Je přitom možné, že se z okovů oceánu vymanila mnohem dřív: První vyšší rostliny se totiž na souši objevily před 470 miliony roků.

Obecně se předpokládalo, že například mnohonožky – jejichž první suchozemské stopy pocházejí z doby zhruba před 450 miliony let – se na pevninu dostaly teprve po rostlinách, které jim mohly sloužit coby potrava. Nicméně studie publikovaná roku 2013 v časopise Current Biology, jež analyzovala fylogenetický vývoj (viz slovníček) některých skupin rostlin a živočichů, jako jsou členovci, hlísti či želvušky, dospěla k poněkud odlišnému a nadmíru překvapivému závěru: Živočišná kolonizace souše podle ní proběhla nezávisle a hned několikrát, a podle zjištění vědců navíc první zástupci fauny opustili vodu ve stejné době jako rostliny, nebo dokonce o něco dřív. 

Kdo dřív přijde…

Pokud jsou závěry studie správné, nabízí se otázka, jak vlastně tehdejší ekosystém fungoval, respektive čím se první suchozemská zvířena živila. Současné pevninské potravní řetězce totiž zpravidla závisejí na dostatku tzv. primárních producentů, jimiž jsou obvykle fotosyntetizující rostliny. Ty představují zdroj energie pro primární konzumenty, tedy živočichy, kterými se pak živí konzumenti sekundární a tak dále. 

Ať už ovšem na souš pronikli jako první živočichové, houby, či rostliny, během následujících milionů let přetvářeli okolí slaných i sladkých vod v mnohem příznivější prostředí, jež se v řadě ohledů již podobalo tomu dnešnímu. Nicméně stále v něm chyběli obratlovci, kteří zatím setrvávali v bezpečí klidnějších a stabilnějších vodních ekosystémů. 

Čtvernožci na scéně

Bylo však jasné, že vzhledem k výhodám suchozemského života – především dostatku potravy – dřív či později přizpůsobiví obratlovci tento neznámý svět zaplní. Zvrat nastal během čtvrté periody prvohor, v devonu (před 419,2–358,9 milionu let). Právě tehdy na souš zavítali první čtvernožci, zástupci skupiny, jež dala následně vzniknout obojživelníkům, plazům a mnohem později i ptákům a savcům.

O tom, jak přechod obratlovců z vody na souš vypadal, jsme v minulosti měli jen mlhavou představu. Díky nově objevovaným fosiliím, které reprezentují možné mezičlánky, se ovšem názory vědců pomalu vyjasňují: Dřív se předpokládalo, že dnešní suchozemští čtvernožci představují potomky ryb, jež se tu a tam vydávaly na pevninu kvůli kořisti, popřípadě se přesouvaly mezi vysychajícími jezírky. A právě proto se u nich postupně objevily plíce umožňující využívat vzdušný kyslík či silné končetiny přizpůsobené chůzi po zemi. V posledních letech se nicméně ukazuje, že se dobývání pevniny odehrálo poněkud jinak a první čtvernožci se nejspíš vyvinuli dávno předtím, než se vypravili na souš.

Snazší život na souši?

Život mimo vodu má své výhody – jak dnes dokládají čísla: Podle současných studií se ve světových oceánech vyskytuje 700 tisíc až milion stále nepopsaných druhů. I kdybychom je však zmapovali, nedosahovala by podvodní rozmanitost živých forem ani čtvrtiny té suchozemské. Aktuální odhady tvrdí, že 80 % veškerých pozemských druhů obývá pevninu, 15 % jich žije v oceánech a zbylých 5 % je sladkovodních. 

Podle vědců souvisí tak drastický rozdíl s životním prostorem a s jeho předpoklady k diverzitě. Na souši se od sebe ekosystémy a habitaty lépe oddělují: Podnební specifika i druhy krajiny vytvářejí pomyslné hranice, jež v důsledku pomáhají udržovat vysokou rozmanitost života. Na druhé straně oceány představují obrovské vodní plochy, kde – velmi jednoduše řečeno – žijí všichni se všemi. Teplota vod příliš nekolísá a existuje v nich podstatně méně přírodních bariér než na souši. A tak zatímco například zvířata mírného podnebí zůstávají v bezpečí před tropickými predátory, v oceánech nejsou tyto „neviditelné hranice“ tak zřejmé. 

Větší oči víc vidí

Přechod do nového prostředí přiměl těla čtyřnožců k adaptaci nejen v podobě plic a končetin. Jejich smysly přizpůsobené vodě na souši nefungovaly, a musel se tak rozvinout orgán, který se stal klíčovým – oči. Podle studie publikované předloni v časopise PNAS, jež se soustředila na měření očních jamek fosilních organismů a modelovala evoluci zraku, se bulvy živočichů z daného období zvětšily trojnásobně ještě předtím, než tito tvorové opustili vodu. 

Podle vědců souvisela uvedená změna s faktem, že větší oči umožňují svému nositeli získat daleko víc informací o okolí – ovšem pouze pokud se pohybuje na vzduchu. Pod vodou naopak skýtá nárůst bulev jen zanedbatelnou výhodu. Badatelé proto předpokládají, že už předchůdci čtyřnožců například při pátrání po kořisti často vystrkovali oči nad hladinu, podobně jako dnešní krokodýli, a zvětšování zrakového orgánu pro ně tedy bylo výhodné. Zrak čtvernožců se tak možná adaptoval na suchozemské prostředí dlouho předtím, než bylo potřeba.

Jenom nohy nestačí

Navíc podle všeho nebyly zavčasu připraveny pouze oči, ale patrně i nervové okruhy zodpovědné za pohyb končetin. Alespoň to tvrdí autoři studie zveřejněné loni v časopise Cell, které zajímalo, jak se první čtvernožci naučili chodit. Zaměřili se proto na zkoumání zmíněných okruhů odpovídajících za pohyb u rejnoka bodlinatého, jenž se po dně přemisťuje pomocí ploutví – střídavě se opírá o pravou a levou. 

Pozoruhodné je, že podle závěrů badatelů využívá ryba k pohybu tytéž neuronální okruhy jako moderní čtyřnožci, například myši. Společný předek rejnoků a čtyřnožců žil asi před 420 miliony let a dle vědců je velmi nepravděpodobné, že by se u obou skupin vyvinul totožný systém k chůzi. Možná tedy neuronální základ pro suchozemský pohyb existoval již u onoho dávného předka, a tudíž i u předchůdců všech čtvernožců: Vznikl tak o mnoho milionů let dřív, než začali vystupovat z vody, respektive než se u nich vůbec zformovaly nohy.

Na pevnině i ve vodě

Předky dnešních čtvernožců představovaly patrně nozdraté ryby (viz Živoucí fosilie): Řadí se mezi ně například ještě ryze vodní rod Eusthenopteron, který Zemi obýval zhruba před 385 miliony let, nebo asi nejznámější a nejpozoruhodnější přechodný článek mezi rybami a čtvernožci, rod Tiktaalik. Jeho fosilizované pozůstatky se podařilo objevit teprve v roce 2004 v usazeninách datovaných 375 milionů let do minulosti, a to na Ellesmerově ostrově, který je součástí kanadských Ostrovů královny Alžběty. 

Přestože byl tiktaalik stále rybou – měl žábry, šupiny i některé ploutve –, v mnohém už se podobal obojživelníkům. Řadu ploutví totiž zcela ztratil a u těch prsních měl jakýsi kostěný zápěstní, loketní i ramenní kloub, jejichž stavba připomínala kosti pozdějších suchozemských obratlovců. Popsané končetiny zřejmě zástupcům rodu Tiktaalik umožňovaly se při pohybu opírat o zem.

Plazi, ptáci, lidé

Nedávno byly navíc nalezeny další fosilizované pozůstatky těchto fascinujících tvorů, jež prozradily, že i jejich zadní ploutve vykazovaly řadu znaků mladších čtvernožců: Kromě žaber měli také primitivní plíce a atypická byla rovněž jejich zploštělá hlava, která spočívala na pohyblivém krku, což je u ryb zcela nezvyklé.

K dalším předpokládaným předchůdcům dnešních čtyřnožců se řadí rod Acanthostega, jehož pozůstatky se objevují ve vrstvách starých 365 milionů let. Tito tvorové měli již jasně vyvinuté končetiny i primitivní plíce, přesto podle některých badatelů v podstatě neopouštěli vodní prostředí. K jejich příbuzným patřil kupříkladu další rod stále víceméně vodních živočichů, Ichthyostega. Také oni však během následujících desítek milionů let vystoupili na souš a vyvinuli se v obojživelníky, z nichž následně vzešli plazi, ptáci – a konečně i savci včetně člověka.