Kambrická explózia

Približné rozmiestnenie kontinentov počas kambria

Život na našej planéte je takmer všadeprítomný. Svoju súčasnú podobu nadobúdal milióny rokov. Vydajme sa na cestu časom do kambria, počas ktorého život zažil revolúciu – rozvinuli sa mnohobunkové organizmy.

Naša Zem sa sformovala z mračna plynu a prachu asi pred 4,6 miliardy rokov. Predpokladá sa, že život na nej vznikol asi o miliardu rokov neskôr. Počas nasledujúcich nepredstaviteľne dlhých troch miliárd rokov mal život s výnimkou záhadných gaboniontov (pozri Quark 5/2014) iba mikroskopickú podobu. Fosílie mnohobunkových tvorov viditeľných voľným okom poznáme až z obdobia pred asi 600 miliónov rokov. O niekoľko desiatok miliónov rokov neskôr sa počas kambria objavili temer všetky hlavné skupiny organizmov.

Najstarší známy chordát Pikaia gracilens, autorka modelu Ivana Koubová

Vodný svet

V období pred asi 541 až 485 miliónmi rokov sa pevninské masy sústreďovali na južnej pologuli, kde sa nachádzal superkontinent Gondwana zahŕňajúci pevninské bloky súčasnej Číny, Indie, Antarktídy, Afriky, Južnej Ameriky a Arábie. Približne na rovníku ležal kontinent Laurentia, z ktorého sa sformovala Severná Amerika. Medzi Laurentiou a Gondwanou ležali dva menšie pevninské bloky Sibérie a Baltiky, teda terajšej severnej Ázie a Európy. Išlo o vodný svet, oceány pokrývali až 85 % zemského povrchu, takmer celú severnú pologuľu zaberal oceán Panthalassa. Druhý oceán Japetus oddeľoval Laurentiu od Gondwany. Oxid uhličitý v atmosfére dosahoval 14 až 18 objemových percent, čo je asi 15-krát viac ako v súčasnosti. Priemerná ročná teplota bola asi 50 °C, pričom teplotné rozdiely medzi pólmi a trópmi boli menšie ako teraz. Kambrická krajina bola najskôr pustá. Vrstva ozónu, ktorá nás chráni pred ultrafialovým žiarením, vtedy ešte neexistovala, alebo bola príliš slabá.

Nové typy živočíchov

Pobrežné vody Gondwany obývalo veľa pozoruhodných tvorov. Dravý Lyrarapax (1) možno poľoval aj na prvé stavovce rodu Haikouichthys (2). Po hubkách rozlezené lobopódy rodu Collinsium (3) prednými panôžkami filtrovali vodu, zatiaľ čo helmetídne článkonožce rodu Kuamaia (4) v honbe za potravou rozrývali morské dno.

Život vo svojej rozmanitosti sa zrejme nevyvíjal v jednoduchých po sebe nasledujúcich krokoch. Striedali sa dlhé obdobia, keď zdanlivo nedochádzalo k žiadnej zmene, s náhlymi impulzmi, počas ktorých v priebehu pomerne krátkeho času došlo k významným inováciám. Najpozoruhodnejšia udalosť z kroniky života sa odohrala v kambriu a označuje sa ako kambrická explózia. Počas nej došlo k úžasnému rozrôzneniu dovtedy primitívneho života. Objavilo sa množstvo nových malých organizmov, spoločne nazývaných planktón, ktoré voľne plávali oceánmi. Tvorili zdroj potravy pre nové typy živočíchov, ktoré sa objavili počas kambrickej explózie. Tá je charakterizovaná objavením sa komplexných živočíchov s mineralizovanými kostrami, ako sú hubky, ramenonožce, koraly, mäkkýše, ostnatokožce a článkonožce. Táto udalosť náhleho rozrôznenia sa živočíšnych foriem trvala niekoľko desiatok miliónov rokov, čo je z hľadiska veku Zeme okamih, z pohľadu života človeka nepredstaviteľne dlhý čas.

Fosílne doklady

Len vďaka mnohým prekvapivým objavom vynikajúco zachovaných mäkkotelových organizmov z obdobia kambria za posledných sto rokov sme schopní aspoň do istej miery vyhodnotiť význam kambrickej explózie. Medzi najznámejšie miesta s kambrickými fosíliami patria výstupy burgesských bridlíc v Kanade, maotianshanské bridlice v Číne a bridlice z grónskej lokality Sirius Passet. Na týchto lokalitách sú skameneliny charakteristicky stlačené v jemných vrstvičkách sedimentu. Zachovanie jednotlivých fosílií je napriek tomu natoľko výnimočné, že dokážeme rekonštruovať aj organizmy s mäkkým telom. Máme teda pomerne presnú predstavu aj o kambrických červoch a najrôznejších typoch článkonožcov s málo mineralizovanou kutikulou (nebunková ochranná vrstva pokrývajúca povrch tela živočíchov). Doteraz objaveným živočíchom z kambrickej fauny dominovali práve bezstavovce s mäkkými telami a nemineralizovanými schránkami. Žili spolu so známejšími trilobitmi, článkonožcami s trojdielnym pancierom. Ich fosílie sú miestami také časté, že trilobit sa stal ikonou paleontológie.

Hallucigenia sparsa z burgesských bridlíc akoby vyliezla zo sna… Po otočení späť z hlavy na nohy (dolný obrázok) už ide o zviera pripomínajúce súčasné pazúrikavce.

Príchod stavovcov

V kambriu sa objavili aj zástupcovia našich vlastných predkov. Prvým nájdeným kambrickým chordátom bola slávna Pikaia z burgesských bridlíc, ktorá sa podobá na súčasné kopijovce. Z kambria poznáme aj prvé ozajstné stavovce, rody Myllokunmingia a Haikouichthys. Tieto živočíchy pochádzajú z čínskej lokality Chengjiang v provincii Yunnan a niektorí odborníci ich pokladajú za to isté zviera. Tieto 530 miliónov rokov staré bezčeľustnatce mali rozlíšenú hlavu, telo s dozadu smerujúcimi svalovými segmentmi v tvare písmena V a malé stavcové elementy tvoriace prvú chrbticu. Haikouichthys sa považuje za jednu z najprimitívnejších bezčeľustnatých rýb, kam radíme aj v súčasnosti žijúce mihule a sliznatky. Veľké veci mávajú malé začiatky a ani zrod stavovcov nie je výnimkou. Ich najstarší kambrický zástupca nepresahoval dĺžku 3 cm.

Potvory v bridliciach

Fosílie objavené v burgesských bridliciach pred vyše storočím sme uspokojivo interpretovali iba pomerne nedávno. Autorom prvých vedeckých opisov burgesských tvorov bol Charles Doolittle Walcott (1850 – 1927), ktorý spočiatku jednotlivé nájdené organizmy zatriedil do doteraz žijúcich skupín živočíchov. V štyridsiatych rokoch 20. storočia však detailný pohľad na stavbu tela tvorov z burgesských bridlíc ukázal, že nájsť zodpovedajúce náprotivky medzi súčasnými živočíchmi nie je také jednoduché.

Medzi najčastejšie fosílie burgesských bridlíc Britskej Kolumbie patrí Marella splendens.

Burgesské tvory tak boli zaradené do vlastných skupín, výrazne sa líšiacich od súčasných. Ich príbuzenské vzťahy k súčasnej faune sa zdali byť celkom nejasné, pričom burgesské bridlice sa stali slávne práve vďaka pestrej palete úplne neznámych tvorov. Symbolom záhadnosti kambrických fosílií sa stal organizmus s príznačným menom Hallucigenia. Nuž nečudo, že v osemdesiatych rokoch 20. storočia Stephen Jay Gould (1941 – 2002) vyslovil názor, že kambrium bolo pre mnohobunkový život obdobím veľkého experimentovania, pričom doteraz prežili iba niektoré z kambrických evolučných línií. Gould dokonca tvrdil, že keby hneď na začiatku vyhynul raný chordát Pikaia, neboli by sme tu ani my, lebo stavovce by vôbec nevznikli. Koncom minulého storočia však veda pohľad na kambrické čudá revidovala. Tvory, v ktorých Gould videl odsúdencov na zánik, teraz považujeme za primitívne formy prežívajúcich dobre známych evolučných línií, hoci niekoľko málo kambrických potvor ešte vždy čaká na uspokojivú interpretáciu.

Trilobity sú vedúcimi skamenelinami kambria. Neboli však jedinými obyvateľmi morí, vľavo Elrathia kingi z amerického Utahu, vpravo Ellipsocephalus hoffi z Česka.

Čo sa vlastne stalo

Na kambrickej explózii sa zrejme spolupodieľali zmeny v chemickom zložení oceánov, vyššia rôznorodosť planktonických druhov na báze potravového reťazca a tlak zo strany predátorov. Navyše na začiatku kambria došlo k stúpaniu hladiny svetového oceánu, výraznému otepleniu a zvýšeniu obsahu vápenatých katiónov v morskej vode. Oceán tak zalial veľké časti kontinentov a vznikli teplé plytké moria, ktoré poskytovali vhodný priestor na kolonizáciu živými tvormi. Globálne oteplenie rozrôzneniu života iba pomohlo. Zvýšenie obsahu vápenatých katiónov mohlo odštartovať ich rozsiahle využívanie v schránkach a vonkajších kostrách. Kambrická explózia sa mohla začať.

Mgr. Matúš Hyžný, PhD.
Katedra geológie a paleontológie
Prírodovedecká fakulta UK v Bratislave
Neoznačené foto a ilustrácie autor

Tento článok si môžete prečítať v časopise Quark 1/2019. Ak ešte nie ste našou predplatiteľkou/naším predplatiteľom a chcete mať prístup k exkluzívnemu obsahu, objednajte si predplatné podľa vášho výberu tu.