Student World

Na počátku prvohor před nějakými 540–550 miliony let došlo k bezprecedentní evoluční události, která zformovala přírodu na Zemi na celou následující půlmiliardu let. Říkáme tomu „kambrijská exploze”. Z tohoto období totiž pocházejí první známí zástupci všech velkých skupin („kmenů”) mnohobuněčných živočichů, kteří byli dost velcí a tvrdí na to, aby mohli fosilizovat. Kambrium je ale také první období, z něhož známe dokonalé fosilie mnoha živočichů, včetně měkkých tkání (slavné Burgesské břidlice v Britské Kolumbii či nedávno objevené naleziště Čeng-ťiang neboli Zhengjian v jihočínském Jün-nanu) a embryí zachovaných tak dokonale, že lze vidět hranice mezi jednotlivými buňkami.

***
Tento text je úryvkem z knihy Fylogenze živočišné říše
Kniha prof. Jana Zrzavého by měla v 1. polovině tohoto roku vyjít v nakladatelství Scientia, http://www.scientia.cz/.
***

Starší fosilie jsou tak odlišné od současné přírody, že si s nimi nevíme rady. V těsně předkambrijském období zvaném ediakara neboli „vend“ (před cca 550–600 miliony let) žily na Zemi relativně velké mnohobuněčné organismy, jejichž klasifikace kolísá mezi „řasami”, „houbami”, „lišejníky” a „živočichy” (či samostatnou „říší” Vendobionta, jež údajně nezanechala vůbec žádné dnešní potomstvo) a které patrně aspoň částečně přežily až do kambria (kambrijský „žahavec” Thaumaptilon je organismus stavbou těla zřetelně „ediakarský”). A víme, že nám k pochopení evoluční minulosti dnešních živočichů tak jako tak moc nepomohou.
O skutečnou podstatu kambrijské exploze se stále vedou spory. Mohlo jít o skutečný explozivní vznik nových fylogenetických linií, které – na rozdíl od linií starších – z velké části přežily do současnosti, ale také o to, že mnoho skupin, které existovaly už v předkambrijských obdobích, paralelně dosáhlo velikosti a anatomie, která jim umožnila fosilizovat. Ale může jít i o zcela prostý metodologický artefakt: směrem do minulosti pochopitelně ubývá dobře zachovaných vrstev, neboť čím je geologická vrstva starší, tím větší je pravděpodobnost, že ji už potkala nějaká událost, která eventuální fosilie zničila. Budeme-li z faktu, že se – dejme tomu – dvě třetiny živočišných „kmenů” objevily v kambrijském fosilním záznamu, vyvozovat, že v kambriu opravdu vznikly, měli bychom za užití téže logiky předpokládat, že zbývající třetina vznikla teprve v současnosti, protože prostě žádný fosilní záznam nemají. Morfologická diverzita a široké geografické rozšíření raně kambrijských skupin živočichů (např. trilobitů) bývají užívány jako argument, že tyto skupiny musely mít za sebou bohatou, byť skrytou historii, ale to je pochopitelně argument platný pouze v případě, že na kambrijskou explozi nevěříme. Od toho je to „exploze“, aby dokázala vytvořit diverzitu rychle – ovšem „rychle“ v geologickém měřítku, pracujeme s miliony a desetimiliony let, dokonce i v případě, že na explozi věříme.
Analýzy molekulárních sekvencí naznačují, že velké „kmeny” současné fauny, třeba členovci nebo strunatci, jsou spíše předkambrijského stáří. To, co nás zajímá nejvíc, tedy datování okamžiku diverzifikace bilaterálně symetrických živočichů (zjednodušeně řečeno datování okamžiku, kdy existoval společný předek lidí a much), je podle různých analýz (lišících se jak metodikou, tak zkoumanými sekvencemi) odhadováno na zhruba 570–700, výjimečně snad až 920 milionů let. Jde sice o přesnost spíše cimrmanologickou, v každém případě ovšem ukazuje stáří předkambrijské.
Nejhorší je to, jak už bylo naznačeno, s předkambrijskou existencí nepochybných mnohobuněčných živočichů příbuzných dnešním skupinám. Různé předkambrijské fosilie byly nebo jsou považovány za příbuzné členovců, žahavců či měkkýšů, ale jistotu nemáme žádnou; fakt, že např. Kimberella přešla v posledních letech od žahavců k měkkýšům a zpět, ukazuje, jak výrazně v tomto odvětví paleontologie vládnou spekulace založené na kreativních rekonstrukcích špatně zachovaného materiálu. Stačilo by najít jediného spolehlivě ediakarského příslušníka nějakého „kmene“ bilaterálně symetrických živočichů, dejme tomu ediakarského pračlenovce, abychom dokázali, že všechny základní fylogenetické události, o nichž bude v této knížce řeč, musely být také předkambrijské; nemusíme tedy nezbytně najít předkambrijské zástupce všech živočišných „kmenů”, abychom mohli tradiční mechanickou představu exploze vyvrátit.
Na otázku kambrijské exploze se můžeme podívat i z druhé strany. Pokud by k ní opravdu došlo před více než 500 miliony let a pokud by byla opravdu explozivní, tedy relativně krátká (10–30 milionů let), můžeme na počítačích simulovat, jak by vypadaly sekvence genů tímto způsobem vzniklé. Jednoduše řečeno, pokud by se nějaká mutace zafixovala v období kambrijské exploze, měla by pak řekněme patnáctkrát víc času na to, aby byla překryta pozdější mutací na stejném místě genomu. Simulační experimenty ukazují, že pokud bychom dnes opravdu měli k dispozici geny fylogenetických linií, které se prudce rozštěpily v období dávné explozivní radiace, nebyli bychom schopni postupné štěpení těchto linií vůbec rekonstruovat. Molekulární analýzy by tedy nedokázaly dospět k žádným stromovitým schématům s postupným štěpením větví; místo toho bychom získávali nepřehledné „křoví” s mnoha liniemi vycházejícími z jediného bodu, a to opakovaně, bez ohledu na zkoumanou sekvenci a užitou metodu. V dalším textu uvidíme, nakolik je to pravda; už dopředu si můžeme říci, že molekulární fylogenetika obecně dospívá k mnoha jasným a opakovatelným stromům, ale ne všude, ovšem i pak je vážná otázka, nejde-li spíše o projev naší ignorance než kambrijské exploze (nicméně skupina, kam patří měkkýši, ramenonožci a kroužkovci, je v podezření, že v nějaké explozi, patrně té kambrijské, opravdu vznikla). Zkrátka a dobře: nevíme, zda kambrijská exploze vůbec byla, a pokud ano, patrně nebyla „fylogeneticky globální”. Hlavní štěpení mnohobuněčných živočichů tedy zřejmě probíhalo spíše před kambriem, ale máme jen mlhavé tušení, v jak dávné minulosti se odehrávalo.
A ještě jeden pohled je možný, totiž pohled paleoekologický. Můžeme se podívat na ty skupiny organismů, které mají slušný předkambrijský i kambrijský fosilní záznam, a zkoumat, zda u nich nedošlo k nějaké změně, která by odpovídala molekulárnímu datování vzniku mnohobuněčných živočichů a kterou by zároveň mohl vznik mnohobuněčných živočichů, skupiny ekologicky jistě velmi vlivné, rozumně vysvětlit. Z dob předediakarských známe jen velmi málo eukaryotických mikrofosilií, říkáme jim „akritarchy” a pochopitelně nevíme, co to mohlo být – jakési jednobuněčné planktonní „řasy”. Tato umělá skupina přežila až do ediakarského období, ale její morfologie, ekologie i evoluční zvyklosti se tam výrazně změnily: zatímco malé předediakarské „akritarchy” byly velmi uniformní a nic moc se s nimi dlouhodobě nedělo, „akritarchy” ediakarské jsou větší, ježatější, morfologicky mnohem rozmanitější a mnohem rychleji se vyvíjejí i vymírají. Na dolní hranici ediakary se něco stalo a vznik aktivních predátorů, tedy živočichů, je dobrým vysvětlením této změny. A skutečně, datování této ekosystémové změny dobře odpovídá odhadům molekulárního stáří té skupiny živočichů, která se aktivní predací opravdu věnuje (Eumetazoa). Vznik eumetazoí, tedy živočichů s trávicí, nervovou a svalovou soustavou kdesi na počátku ediakary, tak vlastně způsobil vznik dnešního typu biosféry s velkou diverzitou, rychlou evolucí jednotlivých fylogenetických linií a s jejich rychlým vymíráním; „kambrijská exploze” tuto revoluci vlastně jenom jaksi zveřejnila.

autor