Třetí, největší masové vymírání v dějinách: sopky na Sibiři spustily katastrofu, život skoro zmizel

Před 252 miliony let byla většina souše namačkaná do jediného obrovského kontinentu. Říkáme mu Pangea, ale ve skutečnosti nešlo jen o větší verzi dnešních pevnin. Její vnitrozemí leželo daleko od moře, místy bylo vyprahlé a podnebí tam muselo být mnohem drsnější než při pobřeží. Kolem Pangey se rozléval oceán Panthalassa. Na východě se do kontinentu otevíralo moře Tethys.

V mořích ještě pořád žili trilobiti. Měli za sebou neuvěřitelně dlouhou historii a přežili už několik předchozích krizí. Tentokrát se však jejich čas chýlil ke konci. Kromě nich obývali mořské dno ramenonožci, lilijice, mechovky a koráli, zatímco ve volné vodě plavali žraloci, kostnaté ryby a hlavonožci s pevnými schránkami. Některé z těchto skupin dnes skoro neznáme, tehdy však patřily k běžnému obrazu moře. Ani pevnina nepůsobila mrtvě. Na rozsáhlých plochách rostly lesy tvořené dřevinami, které se dnešním stromům podobaly jen vzdáleně. Vedle časných jehličnanů v nich rostly kapraďosemenné rostliny a na jihu Pangey také lesy rodu Glossopteris. Pod nimi se hromadil opad, vznikala půda a mezi kořeny, kmeny a spadanými větvemi žila spousta drobných i velkých živočichů. Byl to starý, zaběhnutý svět. A právě ten měl během geologicky krátké doby téměř zmizet.

Mezi suchozemskými obratlovci už dávno nevládli obojživelníci. Významnou část fauny tvořili synapsidi, tedy vzdálení příbuzní linie, z níž později vzešli savci. Patřili mezi ně býložravci s mohutným tělem, drobní hrabaví živočichové i velcí predátoři. K nejznámějším patří gorgonopsidi, šelmovitě působící lovci s dlouhými špičáky.

Nebyl to nedokonalý svět čekající na příchod dinosaurů. Byl svébytný, starý a dobře zabydlený. Pak se ale během geologicky krátké doby rozpadl tak důkladně, že po něm v prvních vrstvách triasu zůstává jen ochuzená směs několika odolných přeživších. Permsko-triasové vymírání, které proběhlo přibližně před 252 miliony let, bylo nejhorší známou krizí života za posledních více než půl miliardy let. Paleontologové se přou o přesná procenta, protože fosilní záznam není úplný a jednotlivé skupiny jsou v něm zastoupeny různě. O rozsahu katastrofy však pochybnosti nejsou. Z moří zmizela velká většina tehdejších druhů a těžce zasažen byl také život na pevnině.

Ordovicko-silurské vymírání: nejdřív přišel mráz. Když zmizel i kyslík z vody, život téměř vyprchal

Pangea měla jednu zásadní zvláštnost. Její vnitrozemí leželo velmi daleko od oceánu. Pobřeží přináší vláhu a zmírňuje výkyvy teplot, jenže uprostřed tak rozsáhlé pevniny tento vliv slábl. V mnoha oblastech panovalo suché podnebí a mezi létem a zimou mohly být výrazné rozdíly. Ani oceánské prostředí nebylo ideální. Velká část pevnin byla spojena, mělkých moří rozlitých přes kontinenty bylo méně než v některých předchozích obdobích a hluboký světový oceán se nemusel dobře promíchávat. Některé jeho oblasti už před hlavní krizí trpěly nedostatkem kyslíku.

To samo o sobě hromadné vymírání nezpůsobilo. Život dokáže přežívat i v nehostinných podmínkách, pokud se změny odehrávají pomalu a zůstává prostor, kam se lze přesunout. Na konci permu se však začalo měnit příliš mnoho věcí najednou. Oteplovalo se, přibývalo oxidu uhličitého, oceánům ubýval kyslík a chemické poměry ve vodě přestávaly vyhovovat organismům, které v ní do té doby prosperovaly. Úplný začátek této série změn je třeba hledat hluboko pod povrchem dnešní Sibiře.

V době permsko-triasového vymírání zasáhla oblast dnešní Sibiře jedna z největších sopečných událostí, jaké geologický záznam zná. Magma pronikalo rozsáhlými puklinami a rozlévalo se po krajině v opakovaných výlevech. Vznikly vrstvy čediče, které se dnes označují jako sibiřské trapy. Slovo „trapy“ pochází ze švédského výrazu pro schody. Když jsou silné lávové příkrovy později narušeny erozí, vytvářejí stupňovitý terén. Podstatné ale není, jak vypadají dnes. Důležité je množství magmatu, které tehdy prošlo zemskou kůrou, a hlavně plyny a látky, jež se při tom dostaly do ovzduší.

Sopečná činnost trvala dlouho, patrně stovky tisíc let, a její jednotlivé fáze neměly stejný účinek. Ne všechno magma se vylilo na povrch. Část se rozlévala pod zemí mezi vrstvami sedimentů. Na Sibiři přitom ležela ložiska uhlí, organicky bohaté horniny, uhličitany a vrstvy obsahující soli. Když je rozpálené magma zahřálo, mohlo z nich uvolnit další obrovské množství oxidu uhličitého, metanu a různých toxických plynů. Právě tato podzemní fáze vulkanismu bývá považována za zvlášť nebezpečnou. Samotná láva zničí především okolní krajinu. Plyny uvolněné do atmosféry však mohou zasáhnout celou planetu.

Dnes už je těžké pochybovat o tom, že sibiřské trapy s permsko-triasovým vymíráním souvisely. Neznáme sice přesně každý krok a stále není možné všechny změny seřadit rok po roce, ale největší fáze vulkanismu časově spadá právě do období, kdy se začaly hroutit mořské i suchozemské ekosystémy. Za hlavní spouštěč celé krize se proto považuje právě dění na Sibiři. Ani účinek erupcí nebyl pokaždé stejný. Sirné plyny se v atmosféře mění na drobné částice, které odrážejí sluneční záření, takže po některých erupcích se mohlo na několik let ochladit. Vedle toho se ale do vzduchu uvolňoval oxid uhličitý. Ten působí déle a planetu naopak otepluje. Při vulkanismu, který pokračuje po velmi dlouhou dobu, nakonec převáží právě tento účinek.

Na konci permu oxidu uhličitého rychle přibývalo. Podle jedné studie rostlinných zbytků z jihozápadní Číny ho mohlo být během zhruba 75 tisíc let až šestkrát více než předtím. Takový odhad samozřejmě nelze brát jako přesné měření. Podstatné je, že odpovídá i dalším stopám, podle nichž tehdy došlo k prudkému zásahu do celého uhlíkového cyklu. Průměrná teplota Země pak stoupla o několik stupňů. Jenže několik stupňů v celoplanetárním průměru znamená v jednotlivých oblastech mnohem větší změnu. Někde se oteplilo podstatně víc a hlavně příliš rychle. Mnoha organismům tak nezbyl čas, aby se novým podmínkám přizpůsobily nebo se přesunuly jinam.

V tropech se teploty dostávaly na hranici snesitelnosti pro mnoho suchozemských obratlovců. Vnitrozemí Pangey se vysušovalo, z půdy mizela vlhkost a rostlinný pokryv začal řídnout. Vodní toky měnily průtok, jezera vysychala a v krajině přibývalo holého povrchu vystaveného erozi.

Moře se oteplovalo spolu se vzduchem. Tím se ale jeho stav dál zhoršoval, protože teplá voda v sobě udrží méně kyslíku než studená. Pro živočichy to znamenalo problém zvlášť ve chvíli, kdy jim vyšší teplota zároveň zvyšovala spotřebu energie. Potřebovali tedy kyslíku víc, jenže ve vodě ho bylo stále méně. Nejrychleji na to dopláceli aktivní živočichové a druhy z teplých moří. Ty už žily poměrně blízko hranice toho, co dokázaly snést, takže další oteplení jim příliš prostoru nenechalo. Dnešní výzkumy ukazují, že velkou část ztrát v mořích způsobilo právě spojení vysoké teploty a nedostatku kyslíku.

Nejhorší poměry přitom nevznikly všude naráz. V hlubokých vodách se kyslík běžně spotřebovává při rozkladu mrtvé organické hmoty. Dokud se voda promíchává, přichází nový od hladiny. Když ale cirkulace zeslábne, začne ho v hlubinách rychle ubývat. Oteplení tento problém zhoršovalo. Rozdíly v hustotě mezi povrchovou a hlubokou vodou mohly omezit cirkulaci a do hlubin se dostávalo méně kyslíku. Z pevniny navíc přitékalo větší množství živin. Teplé podnebí zesilovalo koloběh vody, místy přinášelo prudké deště a ty z odhalené půdy odnášely materiál do řek a dále do moří.

Živiny podporovaly růst řas a planktonu. Když odumřely a klesly ke dnu, začaly je rozkládat mikroorganismy, které spotřebovávaly další kyslík. Vznikal kruh, z něhož se oceán obtížně dostával. Čím méně kyslíku bylo u dna, tím snáze se ze sedimentů uvolňovaly některé živiny zpět do vody. Ty podpořily další růst planktonu a následný rozklad znovu prohloubil nedostatek kyslíku. V krajních případech nestačí pro takové vody slovo anoxické, tedy bez kyslíku. Mohly se stát euxinickými, což znamená, že v nich působily bakterie vytvářející sirovodík. Ten je pro většinu složitějších forem života jedovatý. V některých mořských pánvích se tak mohla hluboká voda změnit v prostředí, kde žily téměř jen mikroorganismy schopné snášet extrémní podmínky.

Dodnes se vedou spory o tom, jestli se sirovodík z hlubokých vod dostával ve velkém až k hladině a následně i do ovzduší. Na jedné věci se ale odborníci shodují. Oceány tehdy trpěly vážným nedostatkem kyslíku a tento problém nezmizel ani po hlavní vlně vymírání. Na některých místech přetrvával velmi dlouho, jinde se znovu a znovu vracel. Ani oxid uhličitý nezůstává jen v atmosféře. Jeho část pohlcovala mořská voda, kde vznikala kyselina uhličitá. Voda se tím postupně okyselovala a ubývalo v ní látek, které potřebují koráli, ramenonožci, mlži a další živočichové ke stavbě svých vápenatých schránek nebo koster.

Oceán se samozřejmě nezměnil v kyselinu, která by schránky okamžitě rozpustila. I poměrně malý posun však může být vážný pro tvory, kteří musí z vody získávat materiál na stavbu schránky. Jejich růst je energeticky náročnější, larvy se hůře vyvíjejí a poškozená schránka se obtížněji opravuje. Právě organismy s mohutnými vápenatými schránkami patřily mezi těžce zasažené skupiny. Samotné okyselení ale nejspíš nevysvětluje všechno a jeho rozsah nebyl ve všech oceánských oblastech stejný. Některé geochemické ukazatele ho podporují, jiné poskytují méně jednoznačný obraz. V nejnovějších přehledech je proto uváděno jako důležitá část celé krize, nikoliv jako jediný způsob, kterým mořský život zahynul.

Pro živočichy na mořském dně to mohlo vypadat tak, že se podmínky zhoršovaly z několika stran současně. Voda byla teplejší. Kyslíku ubývalo. Tvorba schránek stála více energie. Potravy mohlo být chvíli mnoho, když se dařilo planktonu, ale následný rozklad prostředí to zase zhoršil. Druhy, které zvládly jeden z těchto tlaků, nemusely zvládnout všechny.

Trilobiti přežili několik předchozích hromadných vymírání. Na konci permu už sice zdaleka nebyli tak rozmanití jako v kambriu nebo ordoviku, stále však existovali. Poslední z nich patřili do řádu proetidů a žili ještě krátce před hranicí permu a triasu. Tentokrát však nepřežil žádný. Jejich vymizení je symbolické, protože trilobiti provázeli téměř celou starší část vývoje složitého života. Objevili se dávno před prvními lesy, prvními suchozemskými obratlovci i před vznikem Pangey. Když skončil perm, skončili s ním také oni.

Zanikli také tabulátní a drsnatí koráli (Tabulata, Rugosa), kteří budovali prvohorní útesy. Z moří zmizeli někteří ramenonožci, mechovky, ostnokožci, plži, mlži a řada hlavonožců. Ne všechny skupiny vyhynuly úplně, ale jejich druhová pestrost se prudce propadla. Vymírání neprobíhalo náhodně. Organismy s pomalým metabolismem a určitou schopností snášet nízký obsah kyslíku mohly mít větší šanci než aktivní druhy s vysokými nároky. Výhodou mohla být malá velikost, jednoduchý způsob života, schopnost ukrýt se v sedimentu nebo přežít období nedostatku potravy.

Ani tyto vlastnosti však nebyly zárukou. V různých mořích působila jiná kombinace teploty, nedostatku kyslíku, změn slanosti a okyselení. Druh, který přežil na jednom místě, mohl jinde zmizet. Z někdejšího bohatého mořského dna tak místy zůstala společenstva složená z několika odolných druhů. Ve spodním triasu se často nacházejí vrstvy zaplněné schránkami mlže rodu Claraia nebo několika dalších tvorů, kteří dokázali využít prostředí opuštěné citlivějšími konkurenty. Neznamená to, že by oceán zůstal úplně mrtvý. Spíše byl biologicky jednotvárný.

Druhé masové vymírání: v několika vlnách a trvající miliony let. Devonští mořští obři zanikli

Na pevnině se události zjišťují obtížněji. Mořské sedimenty se na vhodných místech ukládají téměř nepřetržitě a mohou obsahovat mnoho fosilií. Řeky a suchozemská krajina jsou na toto složitější. Jedna vrstva se uloží, další je odnesena a mezi nimi může chybět dlouhý úsek času. Přesto je zřejmé, že konec permu tvrdě zasáhl i pevninské ekosystémy. Mizely rostlinné porosty, měnilo se složení pylu a výtrusů a prudce ubylo velkých suchozemských obratlovců. Přesné načasování se mohlo v různých částech Pangey lišit. Některé studie (2023, 2024) naznačují, že se tropické suchozemské ekosystémy začaly rozpadat už před hlavní mořskou krizí nebo že jejich zánik probíhal v několika krocích.

Pro rostliny nebylo problémem pouze horko. Vulkanické plyny mohly přispívat ke kyselým dešťům a poškozovat listy i půdu. Sucho se střídalo s prudkými srážkami, které z odlesněné krajiny odnášely svrchní vrstvu půdy. Když zmizí vegetace, půda přestane držet pohromadě. Řeky pak unášejí množství bahna, jejich koryta se mění a další rostliny mají problém znovu zakořenit. V horninách z této doby se objevuje takzvaný houbový vzestup, tedy nápadné množství výtrusů a dalších stop spojovaných s houbami. Tradičně se vysvětloval rozkladem velkého množství mrtvého dřeva po odumření lesů. Výklad však není zcela jednoduchý a některé původně určené houbové mikrofosilie mohou patřit jiným organismům. Přesto není pochyb, že se vegetace výrazně proměnila a že obnova lesů nebyla rychlá.

Velcí gorgonopsidi patřili k nejvýraznějším predátorům konce permu. Měli poměrně dlouhé končetiny, velkou lebku a nápadné špičáky. Některé druhy dosahovaly velikosti dnešního velkého psa nebo ještě větší šelmy. Na hranici permu a triasu však jejich fosilie mizí. Podobně dopadla řada býložravých synapsidů. Ekosystém, v němž žilo více velikostních kategorií býložravců a nad nimi několik druhů predátorů, se rozpadl. Přežilo jen několik linií. Jedním z nejznámějších přeživších byl Lystrosaurus. Šlo o podsaditého býložravce s krátkým ocasem, zobákovitými čelistmi a dvojicí klů. Právě tento tvor se však ve spodním triasu rozšířil na velké části Pangey a na některých nalezištích tvoří naprostou většinu fosilií suchozemských obratlovců.

Proč se mu dařilo, není úplně jasné. Mohl být odolný vůči suchu, rychle růst a snadno se rozmnožovat. Stavba jeho těla naznačuje, že byl schopný hrabat, což by mu umožnilo ukrýt se před horkem a přečkat nepříznivá období v noře. Možná měl také účinnější dýchání než někteří jeho současníci. Žádné jediné vysvětlení ale není definitivní. Jeho početnost dobře vystihuje stav raně triasové přírody. Lystrosaurus nebyl vládcem nového, bohatšího světa. Byl jedním z mála větších obratlovců, kteří zůstali, když většina ostatních zmizela. Vedle něj přežívali drobní cynodonti, příbuzní pozdějších savců, někteří obojživelníci a několik linií plazů. Právě mezi těmito nenápadnými zbytky permské fauny se nacházeli předkové skupin, které začaly sílit v triasu.

Permsko-triasová krize je často označována za jediné známé hromadné vymírání, které ve velkém zasáhlo také hmyz. Fosilní záznam hmyzu je ale podstatně řidší než u živočichů s pevnými schránkami nebo kostmi a rozsah ztrát se proto obtížně počítá. Přesto je na rozhraní permu a triasu patrný zánik několika starších hmyzích skupin a výrazná obměna celých společenstev. S úbytkem rostlin zmizely zdroje potravy i místa k životu. Druhy navázané na určité stromy, listy nebo vlhké prostředí nemohly jednoduše přejít na cokoliv jiného. Některý hmyz přežil díky malé velikosti, krátkým generacím a schopnosti živit se různorodou potravou. Jiný mohl přečkat nepříznivé období ve vajíčkách nebo klidových stadiích. Stejně jako u ostatních skupin ale platilo, že katastrofa neodměňovala lepší nebo pokročilejší organismy. Výhodu měl ten, jehož způsob života se náhodou hodil do ochuzeného a nestálého prostředí.

Když hlavní vlna vymírání odezněla, nevrátily se okamžitě normální podmínky. Vulkanismus pokračoval, klima zůstávalo mimořádně teplé a v oceánech se opakovaně šířily vody chudé na kyslík. Raný trias nebyl klidnou dobou obnovy. Nová společenstva se několikrát začala rozvíjet a potom je zasáhla další krize. Právě proto trvalo zotavení tak dlouho. Na některých místech se jednoduchá společenstva objevila poměrně brzy, ale vytvoření složitého ekosystému s několika patry potravní sítě je něco jiného. Nestačí, aby se vrátil jeden mlž nebo malý všežravec. Musí existovat stabilní zdroj potravy, různí býložravci, predátoři, mrchožrouti i organismy rozkládající mrtvou hmotu.

Pokud se každých několik desítek nebo stovek tisíc let vrátí extrémní horko či nedostatek kyslíku, taková síť se znovu rozpadne dřív, než stačí dozrát. Odhady délky obnovy se liší podle prostředí a podle toho, co považujeme za úplné zotavení. Některá mořská společenstva se rozvíjela už během několika milionů let, skutečně bohaté a složité ekosystémy se však na mnoha místech objevily až později. Následky vymírání byly patrné po značnou část raného triasu.

Po vymírání se v mořích objevují zvláštní krátkodobé rozmachy několika skupin. Na některých místech se ve velkém množství nacházejí fosilie drobných mlžů, plžů nebo červovitých živočichů, kteří využívali volný prostor a chybějící konkurenci. Nápadná jsou také mikrobiální společenstva. Ve starších prvohorách vytvářely mikroorganismy na mořském dně rozsáhlé povlaky a vrstevnaté útvary, později je však na mnoha místech omezili živočichové, kteří sediment rozrývali a mikrobiální vrstvy spásali. Když tito živočichové na konci permu zmizeli, mikrobiální povlaky se znovu rozšířily.

V některých horninách raného triasu vznikly útvary podobné stromatolitům, které jsou typičtější pro mnohem starší období Země. Jako by se část mořského dna na čas vrátila do dob, kdy složití živočichové ještě nedokázali ovládat většinu prostředí.

Takový návrat však nebyl známkou skutečného obrácení evoluce. Mikroorganismy jen rychle obsadily místo, které po vymření živočichů zůstalo prázdné. Permsko-triasové vymírání někdy bývá podáváno jako událost, která otevřela cestu dinosaurům. V nejširším smyslu je to pravda, ale mezi katastrofou a nástupem dinosaurů ležela dlouhá doba. První fázi triasu ovládala poměrně chudá společenstva. Později se začali objevovat archosauři, tedy širší skupina zahrnující předky krokodýlů, dinosaurů a ptáků. Současně pokračoval vývoj cynodontů, mezi nimiž se nacházeli předkové savců.

Dinosauři se objevili až asi o dvacet milionů let po permsko-triasové hranici a ani tehdy okamžitě neovládli pevninu. O své místo se dělili s řadou jiných plazů a synapsidů. Teprve další vymírání na konci triasu jim umožnilo stát se hlavními velkými suchozemskými obratlovci. Permská katastrofa tedy nevytvořila svět dinosaurů přímo. Odstranila ale většinu starého prvohorního uspořádání a ponechala prostor pro dlouhou evoluční přestavbu. Z jejích výsledků nakonec vzešly skupiny, které určovaly podobu pevniny po zbytek druhohor.

U permsko-triasového vymírání se dlouho hledala jedna rozhodující příčina. Uvažovalo se o dopadu planetky, prudkém poklesu hladiny moře, uvolnění metanu z mořského dna nebo dokonce o explozivním množení mikroorganismů produkujících metan. Některé z těchto procesů mohly opravdu přispět. Uvolněný metan by oteplování ještě zesílil. Pokles nebo kolísání hladiny moří mohl omezit mělká pobřežní prostředí. Mikroorganismy reagovaly na měnící se chemické podmínky a samy je dále ovlivňovaly.

Pro velký dopad planetky se však nenašel důkaz srovnatelný s koncem křídy. Neexistuje obecně přijímaný kráter správného stáří ani celosvětová vrstva s jasnými známkami dopadu. Dnes proto dává největší smysl sled událostí začínající sibiřskými trapy. Vulkanismus dodal do atmosféry obrovské množství skleníkových plynů. Planeta se oteplila. V oceánech ubývalo kyslíku, místy se šířil sirovodík a mořská voda se okyselovala. Na pevnině se rozpadala vegetace, půda podléhala erozi a suchozemská společenstva ztrácela potravu i úkryty.

Jednotlivé příčiny se vzájemně podporovaly. Právě proto měla katastrofa takový rozsah. Nebyla to jedna smrtící zbraň, proti níž by některé druhy našly úkryt. Změnilo se celé prostředí, v němž žily. Ve vrstvách hornin může přechod z permu do triasu působit nenápadně. Geologové ho určují podle změn ve fosiliích, podle chemického složení sedimentů a podle prudkého výkyvu izotopů uhlíku, který ukazuje na velké narušení uhlíkového cyklu. Při pohledu na fosilie je však rozdíl zřejmý. Pod hranicí se nachází pestrý prvohorní svět. Nad ní často následuje několik málo druhů, jednoduché stopy pohybu po dně a známky prostředí, které stále není v pořádku.

Zmizeli trilobiti, gorgonopsidi a mnoho dalších skupin. Některé kdysi významné linie přežily jen v několika druzích. Jiní živočichové, do té doby nenápadní, získali prostor, protože konkurence a predátoři byli pryč. Vymírání tak nepředstavovalo pouze velký počet mrtvých druhů. Přerušilo vývoj celých ekosystémů. Potravní sítě, které se vytvářely miliony let, zmizely a musely být sestaveny znovu z toho mála, co přežilo. Právě tím se permsko-triasová událost, často zvaná také jako Velké vymírání, liší i od mnoha jiných krizí. Život se nevzpamatoval jednoduchým doplněním prázdných míst. Starý svět už nebylo možné obnovit.

Na jedné straně zůstala pestrá prvohorní příroda, staré útesy, trilobiti a velcí synapsidní predátoři. Na druhé straně začínal trias, zprvu chudý, horký a nestálý. Z několika přeživších linií se ale časem vyvinul svět dinosaurů, prvních savců a nakonec i dnešních živočichů. Největší vymírání v dějinách Země život neukončilo. Změnilo však téměř všechno, co přišlo po něm.

Zdroje:

https://www.nationalgeographic.com/science/article/permian-extinction

https://www.britannica.com/science/Permian-extinction/Alteration-of-the-carbon-cycle

https://www.researchgate.net/publication/258807265_Two_pulses_of_extinction_during_the_Permian-Triassic_crisis

https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC10830061/

https://www.nature.com/articles/s41467-023-37717-0

https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC6127390/

https://www.nature.com/articles/s41467-017-00083-9

https://www.nature.com/articles/s41467-021-22066-7

https://www.nature.com/articles/s41467-019-09620-0

https://www.nature.com/articles/s41467-023-37717-0