Dobytí souše: Jeden z největších milníků evoluce

Zatímco na počátku prvohor byly souše bezútěšnou pustinou a veškeré složitější organismy zůstávaly v relativním bezpečí moří a oceánů, o pár set milionů let později na pevninách rostly skutečné lesy, krajině dominovali obří obojživelníci, plazi či předci savců a vzduchem poletoval roztodivný hmyz. Co se mezitím stalo? Kdo byli první průkopníci, kteří vykročili na suchou zem a zažehli novou éru v dějinách naší planety?

Ačkoli osidlování souší mnohobuněčnými tvory začalo už přinejmenším v ordoviku (podle některých studií ještě dříve), kdy se na nich pozvolna zabydlovaly jednoduché zelené rostlinky příbuzné mechům či játrovkám, na tempu začalo nabírat teprve v siluru, třetí a nejkratší periodě prvohor, jejíž počátek bývá kladen do doby zhruba před 444 miliony let. Tehdy suchozemskou floru doplnily první cévnaté rostliny. Důležitou průkopnicí byla v tomto ohledu celkem nenápadná, ale o to významnější Cooksonia. Rostla na vlhkých místech a patrně už uměla provádět fotosyntézu, tedy vyrábět z vody a oxidu uhličitého s přispěním energie ze slunečního záření složitější látky.

Zajímavé je, že jeden z vůbec nejstarších fosilních pozůstatků silurské cooksonie, pocházející z doby před více než 430 miliony let, našel v polovině devatenáctého století u středočeských Loděnic slavný francouzský paleontolog Joachim Barrande. Sto padesát let ale zkamenělina ležela nerozpoznána v muzejním depozitáři. Znovuobjevení se dočkala teprve v roce 2011 s v současnosti je spolu s dalšími silurskými fosiliemi k vidění v expozici Okna do pravěku pražského Národního muzea.

K dalším silurským průkopnicím patřily například plavuně rodu Baragwanathia, jejichž pozůstatky paleontologové našli i na území České republiky. Nad tím vším pak od spodního siluru čněly obří, až osm metrů vysoké a metr široké houby rodu Prototaxites, které tvarem trochu připomínaly kmen stromu a představovaly vůbec největší suchozemské organismy své doby. Rozrůstající se vegetace začala na souších vytvářet zcela nové životní prostředí, do kterého se zanedlouho nastěhovali první bezobratlí živočichové, například osminozí členovci ze zástupci skupiny Trigonotarbida, kteří trochu připomínali dnešní pavouky, což zase není tak překvapivé, protože stejně jako oni patřili mezi pavoukovce.

Pavoukovci ale první nebyli. O pár milionů let je doslova předběhly mnohonožky. K těm nejstarším, jež se mezi cooksoniovými porosty mohly prohánět už před 425 miliony roky, patří zástupci rodů Kampecaris a Archidesmus. Ty ale zřejmě ještě nebyly nijak zvlášť přizpůsobené životu na souši a je tedy otázka, nakolik je lze považovat za skutečně suchozemské.

Mnohem zajímavější je mnohonožka Pneumodesmus newmani, jejíž pozůstatek našel ve Skotsku řidič autobusu a amatérský paleontolog Mike Newman, na jehož počest v roce 2004 dostala své druhové jméno. Nejenže jsou na jejím těle patrné útvary označované jako stigmata či spirakula, jež se u členovců uplatňují při dýchání vzdušného kyslíku, ale předpokládalo se, že stáří horniny, v níž byla fosilie objevena, činí neuvěřitelných 428 milionů let! To z této mnohonožky učinilo jednoznačně nejstaršího známého suchozemského živočicha. Pozdější analýzy sice ukázaly, že usazeniny jsou o něco mladšího data (asi 414 milionů let a pocházejí tedy z devonu, nikoli ze siluru), přesto Pneumodesmus newmani dál patří k nejstarší, známým živočichům, kteří dýchali vzdušný kyslík.

Rostliny, houby a živočichové na souších vytvořili na přelomu siluru a devonu zcela nový ekosystém, ve kterém nechyběli primární producenti, býložravci ani predátoři, a který se stále rozrůstal o nové skupiny cévnatých rostlin a živočichů, od chvostoskoků po sekáče. Nové prostředí bylo zralé pro příchod obratlovců, kteří se ovšem na pevninu nijak zběsile nehrnuli. Raději zůstávali v relativním bezpečí a stabilitě vodních ekosystémů, na něž byli díky milionům let evoluce dokonale uzpůsobení. V devonu však ze svého dávného odvěkého domova přece jen začali vystrkovat čumáky a nakonec vstoupili do nového světa, který skýtal až příliš mnoho neodolatelných příležitostí. Příchod obratlovců na souš a přeměna ploutví v kráčivé končetiny patří k zásadním milníkům v historii pozemského života, nebyl však vůbec jednoduchý. Žábry v novém prostředí nefungovaly, ani smysly na něj nebyly nastavené a objevily se hrozby dosud neznámé, jako třeba vysychání. Jak ryby tyto překážky překonaly?

Hrubou o tom vědci měli už docela dlouho, nicméně jasnějších kontur začala nabývat relativně nedávno. Ústřední roli v tom sehrála zkamenělina zvláštní ryby nalezené v roce 2004 na Ellesmerově ostrově, který je součástí kanadských Ostrovů královny Alžběty. Fosilie patřila tvoru ze třídy nozdratí, který dostal jméno Tiktaalik. Měl žábry, šupiny i některé ploutve a v mnoha ohledech připomínal ostatní ryby. Detailní analýza zkamenělých pozůstatků nicméně odhalila, že tělo tiktaalika neslo řadu znaků typických pro pozdější čtyřnožce neboli tetrapody. Přestože žil stále ve vodě, měl vedle žaber i primitivní plíce pro dýchání vzdušného kyslíku a kosti ukryté v jeho ploutvovitých končetinách odpovídají kostem končetin suchozemských obratlovců. Oproti jiným rybám se vyznačoval výrazně zploštělým tělem (včetně hlavy) a zřetelným krkem. Díky tomu tvarem trochu připomínal krokodýla.

Tiktaalik, jehož největší exempláře dosahovaly délky až dva a půl metru a který na Zemi žil asi před 375 miliony let, představuje úchvatný spojovací článek mezi nápadně rybovitými zástupci nozdratých, jako byl Eusthenopteron, a primitivními čtyřnožci. A co je obzvláště důležité, dokládá že adaptace pro život na souši se začaly vyvíjet dávno předtím, než na ni obratlovci skutečně natrvalo vystoupili.

Jak vývoj čtyřnožců pokračoval, prozrazují zkameněliny řady pozoruhodných tvorů, například teprve před několika lety popsaného druhu Parmastega aelidae, který měřil něco přes metr a žil před 372 miliony let. Oči měl posazené v horní části zploštělé lebky a směřovaly dopředu a do stran, což naznačuje, že jimi hleděl nad hladinu, zatímco větší část těla byla schovaná pod vodou. Předpokládá se, že v mělké vodě číhal na kořist pohybující se v blízkosti břehu, ale nelze vyloučit, že se živil mršinami vyplavenými na břeh

Ikonickým raným čtyřnožcem je Acanthostega, jejíž stáří se odhaduje na 365 milionů let. Oproti výše zmíněným druhům nebyla moc velká. Měřila kolem šedesáti centimetrů a měla již dobře patrné končetiny. Tvarem těla trochu připomínala velkého mloka. Každou nohu zakončovalo osm prstů (pětiprstost byla až pozdějším evolučním vynálezem) a končetiny nebyly uzpůsobené na chůzi po souši. Akantostega tak byla pořád odkázána na život ve vodě, třebaže vedle žaber sloužících jako primární dýchací orgán měla i plíce pro dýchání vzdušného kyslíku. Lépe na tom byl její současník Hynerpeton, který i díky svalnatějším končetinám patrně dokázal žít na souši.

K nejznámějším devonským čtyřnožcům patří bezpochyby Ichthyostega, popsaná podle fosilií nalezených ve 30. letech minulého století na území dnešního Grónska. V prvohorách se však tato oblast nenacházela za polárním kruhem jako dnes, nýbrž v tropech a byla rájem primitivních čtyřnožců. Tiktaalik byl koneckonců nalezen na sousedním Ellesmerově ostrově a z Grónska pocházejí také první fosilie akantostegy.

Avšak oproti akantosteze byla ichtyostega o několik milionů let mladší (žila skoro na samém konci devonu) a také výrazně větší. Její poměrně zavalité tělo dosahovalo délky až půl druhého metru a měla robustnější končetiny. Dříve se předpokládalo, že jí umožňovaly chodit po souši obvyklým způsobem, ale nejnovější výzkumy naznačují, že se po pevné zemi posouvala spíše jako tuleň. Měla také o jeden prst méně než její štíhlejší sestřenice, tedy sedm. Jedním z prvních funkčně pětiprstých čtyřnožců (i když si patrně zachoval zakrnělý šestý prst) byl raně karbonský Pederpes, který dorůstal délky asi jednoho metru a byl již plně přizpůsobený životu na souši, ačkoli část života stále trávil ve vodě.

A co se dělo dál, to už je zase jiný příběh.

Text článku vznikl spojením a přepracováním kapitol „Suchozemské hemžení“ a „Země na obzoru“ obsažených v knize: Pecháček, P. Pravěká monstra. Edika, 2024, 80 s. (publikováno se svolením nakladatele).

Gee, H. Stručná historie života na Zemi: 4,6 miliardy let ve 12 kapitolách. Lingea, 2024, 272 s.

Shubin, N. Ryba v nás. Paseka, 2009, 268 s.

Brookfield, M. E., Catlos, E. J., & Suarez, S. E. (2020). Myriapod divergence times differ between molecular clock and fossil evidence: U/Pb zircon ages of the earliest fossil millipede-bearing sediments and their significance. Historical Biology, 33(10), 2009–2013. https://doi.org/10.1080/08912963.2020.1761351

Brookfield, M. E., Catlos, E. J., & Suarez, S. E. (2022). Vertebrate lies? Arthropods were the first land animals! Geology Today, 38(2), 65–68. https://doi.org/10.1111/gto.12383

Clack, J. A. (2009). The Fish–Tetrapod Transition: New fossils and interpretations. Evolution Education and Outreach, 2(2), 213–223. https://doi.org/10.1007/s12052-009-0119-2

Dickson, B. V., Clack, J. A., Smithson, T. R., & Pierce, S. E. (2020). Functional adaptive landscapes predict terrestrial capacity at the origin of limbs. Nature, 589(7841), 242–245. https://doi.org/10.1038/s41586-020-2974-5

Dunn, C. W. (2013). Evolution: Out of the ocean. Current Biology, 23(6), R241–R243. https://doi.org/10.1016/j.cub.2013.01.067

Fröbisch, N. B., & Witzmann, F. (2019). Early tetrapods had an eye on the land. Nature, 574(7779), 494–495. https://doi.org/10.1038/d41586-019-03107-0

Kraft, P., & Kvaček, Z. (2021). Baragwanathia brevifolioides, a nomen novum for B. brevifolia P.Kraft et Kvaček, 2017. Fossil Imprint, 77(1), 53–54. https://doi.org/10.37520/fi.2021.006

Tihelka, E., Howard, R. J., Cai, C., & Lozano-Fernandez, J. (2022). Was there a Cambrian explosion on land? The case of arthropod terrestrialization. Biology, 11(10), 1516. https://doi.org/10.3390/biology11101516