Zahlavi

Schránky trilobitů prozrazují tajemství ordovických moří

22. 10. 2020

Díky nalezištím fosilií po celém světě máme představu, jak asi fungovaly ekosystémy na Zemi před stovkami milionů let. Přesto leccos zůstává skryto. O jaké poznatky se vůbec mohou opřít vědci, když bádají o organismech, které měly měkké tělo? Nahlédnout do historie i metod paleontologické práce nám pomohl Lukáš Laibl z Geologického ústavu AV ČR v aktuálním čísle akademického časopisu A / Věda a výzkum.

Najít zkamenělinu může člo­věk docela snadno i v Česku, dokonce v hlavním městě. Můžeme narazit na zbytky trilobitů, různé druhy měkkýšů, rame­nonožců a dalších živočichů. Nepřekva­pí proto, že o životě v dávné minulosti paleontologové vědí už poměrně hodně. Zdaleka ne však všechno.


Fosilii trilobita je možné najít i v Česku, velké naleziště je například ve Skryjích na Rakovnicku.

Většina zka­menělin totiž představuje pouze zbytek tvrdé schránky nebo kostry. Podobně jako je mušle, kterou sebereme na do­volené vyplavenou na pláži, už jen ne­živým pozůstatkem po uhynulém živo­čichovi, také fosilie trilobita je často jen zkamenělinou pevné schránky. A zrov­na tak jako lastura z pláže neprozradí, jak přesně vypadala měkká část mlže – původního obyvatele schránky –, ani trilobity bychom neznali tak, jak známe dnes, kdyby se k našemu štěstí v některých případech nezachovaly i měkké části těl těchto pradávných obyvatel moří a oceánů.

Na počátku prvohor
Závěrem října 1909, s blížícím se koncem terénních prací oné sezony, objevil paleontolog Charles Doolittle Walcott v kanadských horách zvláštní zkameně­liny. Napřesrok se proto na místo vrátil a pokračoval v hledání – během násle­dujících let nashromáždil desítky tisíc vzorků. Ve snaze je roztřídit a biologic­ky uspořádat pokračoval až do své smrti v roce 1927. Zásadní význam lokality ale zůstal nerozpoznán až do šedesátých let 20. století.

Oblast v Britské Ko­lumbii v Kanadě se nazývá Burgesské břid­lice a jde o jedno z nejvýznamnějších nalezišť prvohorních fosi­lií. Na rozdíl od klasických oblastí, kde paleontologové nacházejí pouze tvrdé části těl (kosti, schránky nebo ulity), se zde dochovaly rovněž otisky měkkých tkání, a to i těch živočichů, kteří žádnou pevnou část těla vůbec neměli. Tvorové, jejichž zkameněliny se tam dají nalézt, žili před 508 miliony let. Tedy v nejstar­ším období prvohor – kambriu.


V oblasti Burgesské břidlice v Kanadě de dochovaly i otisky měkkých tkání prvohorních živočichů.

Právě díky hojným kambrickým zka­menělinám se ví, že v té době už moře a oceány hýřily životem. Ekosystémy tehdy obývalo mnoho organismů, včet­ně zástupců současných kmenů (na­příklad měkkýšů, členovců, strunatců nebo ostnokožců). Z geologického hle­diska velmi rychle – za několik desítek milionů let – se objevily četné živočiš­né skupiny, což dnes označujeme jako kambrickou explozi. Vedle živočichů nám důvěrně známých oživovali tehdej­ší moře i další, velmi podivně vypadající tvorové, kteří představovali slepé evo­luční linie a později vymřeli.

Změna ekosystémů
Druhé nejstarší období prvohor – ordovik – bylo ve znamení vývinu no­vých živočichů, již podobnějších dneš­ním zástupcům fauny. Objevili se první čelistnatí obratlovci, moře brázdili také ostrorepi (čtyři druhy žijí ještě v součas­nosti). Klíčovou událostí se stala ordo­vická biodiverzifikace (v odborné litera­tuře označovaná jako Great Ordovician Biodiversification Event), při níž došlo jednak k prudkému nárůstu počtu rodů a jednak k výrazným změnám v tehdej­ších ekosystémech. Už na konci kambria a na samém začátku ordoviku (asi před 490 až 470 miliony let) výrazně přiby­lo organismů, které se pasivně nechá­valy unášet mořskými proudy – tedy planktonu.

Během ordoviku tak v mořské vodě žilo mnoho druhů řas, podivných grap­tolitů a dalších živočichů. V důsledku toho se vyvinuli také gigantičtí filtrá­toři planktonu. Někteří kam­bričtí predátoři, jako byli radiodonti, dosahovali v ordoviku až dvou metrů a jejich končetiny připomí­naly jemné síto, kterým pravděpodobně zachytávali drobné planktonní živočichy, podobně jako dnešní velryby používají kostice.

Vedle těchto změn ve vodním sloup­ci začala na počátku, ale především pak uprostřed ordoviku (asi před 480 až 460 miliony let) prudká diverzifikace organismů žijících na mořském dně. To se hemži­lo různými druhy ramenonožců, plžů, mlžů či ostnokožců. V druhé polovině ordoviku (před 470 až 450 miliony let) se výrazně rozšíři­ly i útesové druhy, jako jsou koráli, mechovky, houbovci nebo dnes již vyhynulé stromatopory. S určitým zjednodušením se dá říci, že na konci ordoviku struktura mořských ekosystémů vypadala téměř jako v současnosti, jen je obývali jiní živočichové.

Ještě donedávna vědci bohužel z doby ordovické biodiverzifikace neznali prakticky žádnou lokalitu, kde se hojně zachovaly měkké čás­ti těl nebo měkkotělí živočichové. To vedlo k několika problémům. Jednak nebylo jisté, zda někteří podivní kambričtí živočichové sku­tečně vymřeli – nikdo totiž nevě­děl, jestli náhodou nepřežili až do ordoviku nebo i déle – a další kom­plikací bylo, že při srovnávání jed­notlivých prvohorních ekosystémů chyběla podstatná dávka informací z ordoviku. „Paleontologové měli dlouhou dobu štěstí na lokality s dobře zachovanými fosiliemi z ob­dobí, které časově spadá do kambrické exploze – nejen Burgesské břidlice v Ka­nadě, ale také další místa třeba v Číně, Austrálii nebo Grónsku. Kdežto z období ordovické biodiverzifikace jsme znali jen ty oblasti, kde se zachovaly pouze tvrdé části těl,“ vypráví Lukáš Laibl z Geologic­kého ústavu AV ČR.


Lukáš Laibl z Geologic­kého ústavu AV ČR

Nečekané naleziště
Pak ale přišel překvapivý objev v Maro­ku. Na přelomu tisíciletí místní sběratel Mohamed Oussaid Ben Moula kontakto­val belgického paleontologa Petera Van Roye, který tam právě pracoval na své disertaci, s tím, že našel „podivné trilobi­ty“. Van Roy ve zkamenělinách rozpoznal neobvyklé ordovické klepítkatce (skupi­na, kam patří mimo jiné dnešní pavouci) a společně s Ben Moulou začali oblast systematicky studovat. Postupně vedle všudypřítomných trilobitů, ramenonož­ců a ostnokožců nalezli další organismy s měkkými částmi těl, mnoho z nich ná­padně připomínající kambrické kuriozity.

Tak se zrodilo naleziště Fezouata, které představuje jakési dosud chybějící místo paleontologických dějin. Usazené horni­ny na Fezouatě totiž časově zahrnují úsek před 480 až 470 miliony let, a spadají tak právě do počátečních fází ordovické bio­diverzifikace. Zároveň obsahují výjimečně zachované zkameněliny.

Nálezy z tohoto místa doložily, že mno­ho organismů, jež měli vědci za dávno vymřelé, ve skutečnosti přežívalo ještě v ordoviku. Například některé archaic­ké formy členovců, houbovců, měkkýšů nebo třeba takzvaní lobopodi, což jsou živočichové blízcí společnému předku dnešních drápkovců a členovců, byli ješ­tě na začátku ordoviku podobně početní jako v kambriu. Stejně tak již zmiňovaní radiodonti, kteří v ordoviku dokonce vy­tvořili formy neznámé z kambria. Spo­lečenstvo z mořského dna na Fezouatě navíc doplňuje mnoho skupin živočichů, jež v kambrických mořích chyběly nebo byly extrémně vzácné – mlži, hlavonož­ci, ostrorepi, někteří korýši či nové formy ostnokožců.


Typickým zástupcem radiodontů byl rod Anomalocaris, obávaný predátor kambrických moří.

Populární trilobiti
Mezi nejhojnější exempláře z marocké lokality patří bezpochyby trilobiti. Někte­ré druhy měří dva až deset centimetrů, ale jsou mezi nimi i obři delší než dvacet centimetrů. Nejenže jsou zde nálezy sa­motných hřbetních krunýřů, které měli trilobiti zpevněné uhličitanem vápenatým, vědci nacházejí i jedince se zachova­nými končetinami nebo trávicí soustavou. Na mělčinách žili většinou menší trilobiti, s hloubkou se pak jejich velikost zvět­šovala. Souviset to může s takzvaným bouřkovým vlněním. Za bouře se voda rozpohybuje a vyvolá vlny. Ty v pobřež­ních vodách ovlivňují také mořské dno – promíchávají jej a posouvají. Mnohé tri­lobity tak mohlo silné bouřkové vlnění doslova pohřbít. Od jisté hloubky však nejsou ani bouřkou vyvolané vlny natolik silné, aby dno ovlivnily. Tam je pak klid­nější prostředí pro život, což zřejmě vyho­vovalo velkým druhům trilobitů.

„Na základě výzkumu z Fezouaty si myslíme, že velikost trilobitů ve vět­ších hloubkách souvisí nejen s absencí bouřkového vlnění, ale i velkých predá­torů. V bezstresovém prostředí zkrátka mohli trilobiti dorůstat větších velikostí,“ myslí si Lukáš Laibl, který se na průzku­mu marockých fosilií podílí.

Díky zachování měkkých částí vědí vědci o trilobitech a jejich způsobu ži­vota překvapivě mnoho. Nicméně nález čehokoli jiného než jen tvrdého kruný­ře je vzácností. „Trilobitů je popsaných asi dvacet tisíc druhů, avšak jen u dva­cítky z nich víme, jak vypadaly jejich končetiny. Přitom dnešní členovci jsou klasifikováni primárně podle morfologie končetin,“ vysvětluje Lukáš Laibl. Právě fezouatské zkameněliny poskytují lepší pohled na evoluci měkkých částí těl tri­lobitů. Končetiny různých kambrických druhů jsou si navzájem velmi podobné, naproti tomu už z počátku ordoviku jsou známi trilobiti s výraznými odlišnostmi. To naznačuje úzkou potravní specializaci jednotlivých druhů, kterou mohla způso­bit změna ekosystémů v průběhu ordovic­ké biodiverzifikace.


Některé rody trilobitů dosahovaly až desítek centimetrů.

Většina členovců zpracovává potravu končetinami. Právě jejich tvar může na­povídat, čím se živili. Podobné je to u tri­lobitů – k tomuto účelu často měli ozube­né kyčle: dlouhé tenké zuby svědčí o tom, že si vybírali měkkou „kluzkou“ kořist, zatímco druhy s robustními tupými zuby naznačují, že nejspíš něco drtily. Kyčle ale také mohou být bez jakýchkoli stop po zoubcích, bez specializované struktu­ry, která by umožňovala porcování stra­vy. Daný druh se pak nejspíše živil poží­ráním sedimentu, řas, bakterií a dalších organických zbytků. Koneckonců to bylo u trilobitů běžné. Byli to takoví zametači mořského dna.

Vývojové strategie dávných živočichů
Na Fezouatě se dají nalézt i drobná vý­vojová stadia trilobitů, která mohou pomoci osvětlit, jak asi vypadal jejich životní cyklus a jestli se během ordovic­ké biodiverzifikace nějak výrazně pro­měňoval. U dnešních členovců můžeme zjednodušeně odlišit dva typy vývoje. Některé současné druhy hmyzu nebo korýšů a také všichni pavoukovci mají přímý vývoj: z vajíčka se vylíhne mládě, které vypadá jako malý dospělec, a po­stupně se zvětšuje, roste. Existuje ale také nepřímý vývoj s proměnou, který známe například u motýlů nebo brouků. Z vajíčka se nejprve vylíhne housenka či ponrava, po čase se zakuklí a teprve pak se vylíhne dospělý jedinec. „Obdobně to funguje u mnoha dnešních korýšů, jen proměna nejde přes kuklu, nýbrž larvu, která se většinou volně vznáší v mořské vodě, následně se svlékne a dosedne na mořské dno jako krab nebo svijonožec,“ popisuje Lukáš Laibl.

Vývoj trilobitů začal studovat před de­seti lety a za tu dobu nashromáždil velké množství dat včetně těch nasbíraných během několika terénních sezon v Maro­ku. „Nejstarší trilobiti měli přímý vývoj, během kambria ovšem všechny tyto pů­vodní druhy vyhynuly. U některých skupin se už v průběhu kambria, ale přede­vším na začátku ordoviku – čili v období náhlé diverzifikace planktonu – vyvinul nepřímý vývoj s proměnou. Současně se nejspíše otevřel nový prostor pro opětov­ný přímý vývoj – trilobiti jednoduše vy­pustili stadium před metamorfózou. Tyto mechanismy jsou známé i u současných druhů živočichů,“ vysvětluje paleontolog Lukáš Laibl.


Ostrorepi jsou dodnes žijícími zástupci ordovických klepítkatců.

Na konci ordoviku přišla doba ledová a s ní spojené hromadné vymírání. Na změnu klimatu doplatilo i velké množství trilobitů. A to ti s nepřímým vývojem. Zásadní roli zřejmě hrála skutečnost, že jejich larvy byly o něco menší a volně se vznášely ve vodě coby součást planktonu. Vlivem zalednění jim však zmizel hlavní zdroj potravy, fytoplankton. Větší larvy trilobitů s přímým vývojem žily na mořském dně a se situací si dokázaly po­radit lépe.

Srovnání lokalit
Aby paleontologové mohli zhodnotit změny v biodiverzitě a ve struktuře eko­systémů během kambria a ordoviku, po­třebují co nejvíce informací. Obzvláště pokud srovnávají výjimečné lokality, kde se zachovaly i měkkotělé organismy. Každá oblast je totiž jiná a při vzniku zkamenělin vstupuje do hry mnoho faktorů. Pokud porovnáváme diverzitu živočichů, jejichž tělo se za normálních okolností snadno rozkládá, musíme nejprve vzít v potaz potenciál nalezišť zachovat kon­krétní tkáň, aby nedocházelo k mylným závěrům.

„Zjistili jsme, že na Fezouatě se sice za­chovávají měkké části, ale nikdy ne ty úplně nejměkčí, jako je na­příklad nervová tkáň. Zrovna tak nemá šanci hodně měkké zvíře bez kutikuly,“ vyjmenová­vá Lukáš Laibl. Nálezy z Fezouaty tudíž nejsou srovnatelné s fo­siliemi z Burgesských břidlic nebo z ně­kterých kambrických lokalit v Číně. Způ­sob zachování zkamenělin na Fezouatě je jistě unikátní, ale má své limity. Vědci tam identifikovali živočichy s pevnými schránkami, obohacenými o různé mi­nerály (například měkkýši, někteří čle­novci, ostnokožci), dále také organismy, které sice nemají pevnou schránku, ale disponují podobným typem kutikuly jako ostrorepi nebo někteří červovití živočichové, navíc se zachovaly i měkké části těl živočichů, třeba trávicí soustava, ovšem pouze u těch, kteří zároveň mají pevnou schránku.

Rozdíly v zachování zkamenělin na Fe­zouatě a na některých kambrických lo­kalitách neznamenají, že vědci nemohou porovnávat složení společenstev a diver­zitu mezi nimi. Například na některých kambrických lokalitách jsou velmi hoj­ní hlavatci neboli červovití živočichové s vychlípitelným chobotem (22 druhů žije i v současnosti). Na Fezouatě se skoro žád­ní hlavatci nenašli, na­opak se tam vyskytuje podobná již vymřelá skupina – paleoskolecidi. Rozdíl v zastoupení červovitých živočichů je patrně odrazem sku­tečného stavu tehdejší fauny. Jak hlavatci, tak paleoskolecidi totiž mají kutikulu, a tedy stejnou šanci zachovat se na všech srov­návaných lokalitách. „Naproti tomu sku­tečnost, že na Fezouatě nenacházíme žádné primitivní strunatce jako v Bur­gesských břidlicích, je nejspíš způsobena tím, že se jejich tkáně prostě bezezbytku rozložily, jelikož měli moc měkká těla bez kutikuly; rozhodně nemůžeme tvrdit, že v té době nežili,“ uzavírá Lukáš Laibl.

Celý článek i další zajímavosti si můžete přečíst v časopise A / Věda a výzkum.


3/2020 (verze k listování)
3/2020 (verze ke stažení)

Připravil: Viktor Černoch, Divize vnějších vztahů SSČ AV ČR
Foto: Shutterstock, Jana Plavec, Divize vnějších vztahů SSČ AV ČR, archiv Lukáše Laibla