Schránky trilobitů prozrazují tajemství ordovických moří

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

Přečtěte si také

• Jak předpovědět blesk? Pomoci by mohl i model elektrizace oblačnosti
• Hydrochemik Martin Pivokonský zkoumá, jak zlepšit úpravu a čištění vody
• Skalní řícení: nebezpečí hrozí i turistům, pomáhají geologické výzkumy
• Rašeliniště nezadrží vodu tak dobře jako běžná půda v lese, zjistili hydrologové
• Česká stopa ve vesmíru: sonda JUICE odstartuje k ledovým měsícům Jupiteru
• Zemětřesení v Turecku: předpovědět místo a čas nelze, upozorňují seismologové
• Invaze trilobitích larev. V prvohorách byly klíčovou součástí potravního řetězce
• Okamžiky před erupcí: co mají společného islandská sopka a česká zemětřesení?
• Nevyzpytatelné počasí: budeme umět předpovědět extrémní události?
• Chátrající ruina – příležitost pro demoliční firmu, či pro investora?