Aktuální číslo:

2017/12

Téma měsíce:

Kontakty

Sto let od objevu fauny v burgeských břidlicích

Kambrická exploze nepopiratelným faktem
 |  8. 10. 2009
 |  Vesmír 88, 624, 2009/10

Obrovský rozvoj molekulárních metod, rutinní rozšíření technologií sekvencování a všeobecná „vstřícnost“ k modelům evoluce – to vše poněkud zatlačovalo do pozadí paleontologické nálezy. Výjimkou jsou zkameněliny z burgeských břidlic, objevené v roce 1909. Vznikly v kambriu (přibližně před 505 miliony let) jako usazeniny mělkého moře při okraji dnešní Severní Ameriky.

Popularita burgeských břidlic

O to, že se popularita burgeských břidlic drží na vysoké úrovni, se kromě vědců, kteří je zkoumají, zasloužil paleontolog S. J. Gould, který objevy a jejich význam shrnul v knize It’s a Wonderful Life (1989). Ta vzbudila ohlas i u nás, přestože Čechů, kteří kdy měli některou z burgeských fosilií v ruce, je nejspíš méně než prstů na ruce. Gould totiž ve svých zajímavých úvahách vzal v úvahu překotnost, s níž se fauna burgeských břidlic v geologickém záznamu objevila, a množství tělesných plánů tehdejších živočichů. Došel ke dvěma hypotézám: zaprvé že kambrický evoluční „strom života“ má spíše podobu hustého keře s kratičkým kmínkem a ne skutečného stromu, zadruhé že při hypotetickém návratu světa do období burgeské fauny by se dneška dožily organismy s úplně jinými tělesnými plány. Podle Gouldova názoru zasahovala do výběru spíše slepá náhoda než podmíněný plán.

  • První hypotézu rozvinul Anton Markoš (Vesmír 70, 305, 1991/6), v jehož pojetí je kambrická evoluční exploze ojedinělou událostí, která mohla být podmíněna krátkodobou možností horizontálního přenosů genů. Podobné úvahy nikdo dál nerozvinul ani nepřinesl důkazy pro jejich platnost.
  • Druhou hypotézu – metaforu znovu přehraného magnetofonového pásku, z něhož se při druhém poslechu ozve poněkud jiná hudba než napoprvé – vehementně popíral zejména autor studií o burgeských břidlicích Simon Conway Morris. Zdůrazňoval, že existuje konečný počet fyzikálně přijatelných tělesných plánů organismů, ke kterým vývoj konverguje.

Od vydání Gouldovy knihy uplynulo 20 let, a je tedy málo pravděpodobné, že se dočkáme jejího překladu do češtiny. Existují jen nepříliš obsáhlá, nesnadno dostupná převyprávění.1) Proto raději obsah Gouldovy knihy připomeneme. V příběhu o výzkumu burgeských břidlic hrají hlavní roli C. D. Walcott (geolog, který r. 1909 objevil v burgeských břidlicích zkameněliny měkkých těl) a H. Whittington (paleontolog, který koncem šedesátých let 20. století inicioval novou etapu těchto výzkumů).

Charles Doolittle Walcott Walcott byl odborníkem na kambrické zkameněliny. Když objevil burgeské břidlice, byl ředitelem Smithsonova ústavu ve Washingtonu. Letní terénní výzkum v půvabné krajině Skalnatých hor, kterého se zúčastnila i jeho rodina, byl pro něj úlevou od úředních povinností. Na burgeské zkameněliny natrefil až před koncem pobytu v terénu a okamžitě si uvědomil jejich význam. V zbývajícím čase se snažil shromáždit co nejvíce jedinců. Během dalších letních sezon se tam vracel.2)

Živočišné druhy, které popsal a nakreslil, byly dosud neznámé. Morfologicky byly neuvěřitelně různorodé. Walcott sice uveřejňoval jejich popisy, nezavršil však výzkum žádnou syntetizující prací. Nehleděl na to, že popisuje morfologicky i konstrukčně netypické tvary těl, snažil se zařadit popisované tvory do známých skupin buď fosilních, nebo žijících živočichů. V důsledku toho zůstávaly jím popsané formy víceméně nepovšimnuty v „kabinetu kuriozit“, tudíž neprovokovaly paleontology ani biology k tomu, aby je studovali. Výsledky Walcottova studia zůstaly nezpochybněny více než půl století.

Harry Blackmore Whittington

Whittington odhadl zásadní význam burgeské fauny pro pochopení vývoje organismů – to byl však jen první předpoklad úspěchu. O významu studia těchto zkamenělin přesvědčil grantové komise. Sestavil a koordinoval výkonný tým začínajících diplomantů, z nichž se později stali vědci a někteří dosáhli značného věhlasu. Byli to například Simon Conway Morris (profesor paleontologie na univerzitě Cambridge), Richard Fortey (odborník v Britském muzeu dějin přírody a na univerzitě Cambridge), David Bruton (profesor paleontologie na univerzitě v Oslo) či Derek Briggs (profesor paleontologie donedávna na Univerzitě v Bristolu, dnes na Yaleově univerzitě). Spolu s nimi začal Whittington shromažďovat informace o taxonomickém složení burgeské fauny uložené ve sbírkách, především v Kanadě a USA.

Na ploškách břidlic se burgeské zkameněliny jeví jako ploché dvojrozměrné projekce původních živočichů. V podstatě je před druhou světovou válkou bylo možné dokumentovat, studovat a popisovat pouze tak, jak to učinil Walcott. Na Whittingtona a jeho spolupracovníky zbyl úkol odhalit trojrozměrný vzhled těchto tvorů. Když tohoto cíle dosáhli, viděli, že burgeské zkameněliny nemohou být „napasovány“ do existujících skupin fosilních ani nynějších živočichů. Ukázalo se, že kambrická evoluce byla nejspíš chaotickou hrou náhody s mnoha neúspěšnými pokusy.3) Zdá se, že velký počet taxonů kambrických zkamenělin, které byly popsány, nemá mezi současnými4) živočichy žádné rozeznatelné potomky.

Ačkoliv Whittington s kolegy sbírali vlastní materiál na lokalitách burgeských břidlic, Walcottova sbírka je mnohem větší. Proto byla značná část Whittingtonova objevu založena na novém studiu vzorků ze Smithsonova ústavu. Pokrok spočíval také v nově vyvinuté, a poté rutinně použité metodice – zkameněliny byly nejdříve velmi pečlivě preparovány i za cenu částečné destrukce. Díky tomu dokumentovala Whittingtonova skupina jedinečnost většiny burgeských živočichů.

Geologický pohled na věc

Tradiční pohled na vývoj kambrických živočichů byl založen na studiu zkamenělých schránek, vzácněji byla věnována pozornost zkamenělinám měkkých těl, jež byla nalezena na lagerstätte (viz stejnojmenný rámeček), kde výjimečné okolnosti bránily jejich rozkladu. Prvním takovým nalezištěm byly odkryvy burgeských břidlic ve Skalnatých horách na jihozápadě Kanady. Burgeské břidlice jsou neformálně pojmenovanou jednotkou uvnitř stephenského souvrství. To je tvořeno mořskými usazeninami, složenými z úlomků minerálů a hornin. Poloha, v níž byly nalezeny první zkameněliny, je mocná 2,5 metru.

Protože burgeské břidlice jsou na nezalesněných horských svazích dobře odkryty, bylo možno tuto lokalitu podrobně prozkoumat a vcelku přesně rekonstruovat původní podmínky. Podařilo se zmapovat rozšíření břidlic i jejich vztahy k okolním horninám. Usuzuje se, že zbytky mrtvých i živých organismů byly zachyceny drobnými lavinami bahna, smeteny z prokysličených a prosvětlených mělčin a pohřbeny v hlubších částech moře. Tím se také vysvětluje, proč jsou v ostatních částech stephenského souvrství zkameněliny tak vzácné a proč se i ty burgeské vyskytují hojněji jenom v ostře vymezených vrstvách.

Nová naleziště měkkých kambrických organismů

Společenstva zkamenělých kambrických organismů s měkkými těly nejsou běžná. Přesto je dnes již známe z několika dalších míst a víme, že se vyskytují na většině kontinentů (viz rámeček „Společenstva burgeského typu“). Patří k nim Chengjiang (Čcheng- ťiang) a Kaili v Číně, Kangaroo Island jižně od Austrálie, Sinsk v sibiřském Rusku, souvrství Buen v Grónsku a také okolí Jinců a Skryjí ve středočeské barrandienské oblasti (viz rámeček „Chlupáčovo muzeum“). Vzácnost těchto lokalit neznamená, že byly vzácné tyto typy živočichů, ale spíš to, že se jich v usazeninách mnoho nezachovalo.

Několik málo desítek milionů let předtím, než se burgeské břidlice usadily, začal větší počet skupin živočichů vytvářet pevné schránky, získali schopnost zapracovávat anorganické látky tímto způsobem. Organismy s pevnými schránkami se dochovávají s mnohem větší pravděpodobností. V burgeských břidlicích jsou však organismy se schránkami zachovány pohromadě se svými „měkkotělými“ současníky. S ohledem na zmíněné okolnosti je pochopitelné, že i organismy se schránkami mohou mít zachované části původně měkkých tkání. Zkameněliny s pevnými vnějšími či vnitřními skelety jsou pak logicky společenstvem typickým pro většinu obvyklých lokalit nejen v kambriu, ale i v mladších obdobích. Paleontologické nálezy z burgeských břidlic a dalších výše uvedených lokalit kambrického stáří dokládají, že na kambrické explozi se podílely organismy se schránkami i formy tvořené výhradně měkkými tkáněmi.

Potvrzení kambrické exploze

Jak se již zmiňované názory jeví ve světle dat z nových lokalit? Posun je překvapivý. Zatímco v době Walcottově byla burgeská fauna sbírkou kuriozit kdesi pod čarou evolučního příběhu, v době vydání Gouldovy knihy šlo o nálezy5) z kratičkého intervalu geologického času a z jediného místa na Zemi. Další naleziště ale ukázala, že existence pozoruhodných forem burgeského typu trvala nejméně 15–20 milionů let6) a že tyto formy osídlovaly velkou část naší planety. Kuriózní tělesné plány, jejichž příkladem je třeba pětioká Opabinia s ozubeným chobotem, nebyly pouhými efemérními hříčkami evoluce. Ve své době7) byly stejně úspěšné jako formy přeživší. Nabízí se předpoklad, že Gould měl pravdu nebo alespoň část pravdy. O přežití či vymření zástupců s určitým tělesným plánem opravdu mohla rozhodnout náhoda, například epidemie, která šla „po genech“, nikoliv „po formách“. Složka „pětiocí členovci se zubatým chobotem“ je od té doby až dodnes prázdná, což ovšem neznamená, že ten tělesný plán je špatný – prostě se jen od doby vymření opabinií nenašel nikdo, kdo by se do něho dokázal „strefit“. Co vlastně víme o počtu funkčních tělesných plánů? Bývá citován příklad, že kdo chce žít v půdním profilu, musí pravděpodobně vypadat trochu jako žížala nebo „tak nějak“ jako krtek. Víme ale jistě, že neexistuje plejáda dalších efektivních řešení, avšak „poloslepá“ evoluce zatím nikdy nenabrala ten správný směr?

To jsou podle našeho názoru otázky, na které může fauna burgeského typu dát alespoň předběžné odpovědi. České paleobiology by jistě potěšilo, kdyby k tomuto poznání přispěly i nálezy z kambrických usazenin v Čechách.

Poznámky

1) Již citovaný text A. Markoše a také J. D. MacDougall 1998, česky Stručné dějiny planety Země, Dokořán, Praha 2004).

2) Dohromady sesbíral a přepravil do ústavu asi 80 000 vzorků.

3) Tedy nikoli spořádaným postupem od jednoduchých forem k složitým.

4) A často mezi pokambrickými vůbec.

5) Byť početné, rozmanité a výjimečně zachovalé.

6) O tolik je chengjiangská fauna straší než burgeská.

7) A ta nebyla ani v geologickém měřítku nijak krátká.

LAGERSTÄTTE

Německý termín lagerstätte bychom sice mohli přeložit jako úložiště, ale v literatuře bývá ponechán v originále, nepřekládá se ani v anglicky psané literatuře. Jde o soubor usazenin vykazující mimořádné bohatství a zároveň zachovalost zkamenělin. Jako samostatný typ bývají uváděna koncentrovaná úložiště. Velké množství fosilních zbytků může být způsobeno malým množstvím současně usazovaného anorganického materiálu. Často se však termínem lagerstätte míní pouze konzervační úložiště, tj. místo, kde jsou v horninách zachovány i fosilní měkké tkáně. Takovou situaci umožní nejčastěji snížené množství kyslíku v jemném sedimentu – bez účasti kyslíku je velmi omezena „biologická recyklace“ tkání. Nejslavnějším „úložištěm“ tohoto typu jsou pravděpodobně litografické vápence jurského stáří v okolí německého Solnhofenu.

SPOLEČENSTVA BURGESKÉHO TYPU

V současnosti je ze společenstev burgeského typu známo kolem 150 druhů živočišných zkamenělin. K nejčastějším nálezům patří trilobiti, např. rod Olenoides. Poměrně četní jsou i zástupci vymřelých hyolitů (viz John Malinky, Vesmír 78, 22, 1999/1). Plejáda forem nepochybně patří mezi členovce; například Perspicaris je typickým zástupcem později široce rozšířených fylokaridů. K členovcům překvapujícím v burgeských břidlicích spíše kvalitou zachování než samotnými tělesnými formami patří Canadaspis, WaptiaLeanchoillia. Prvořadým objevem je drobný strunatec Pikaia, který připomíná larvu mihule. Populární jsou tři burgeská „monstra“, typy, které zřejmě neměly žádné přeživší potomky a jejichž příbuznost s dalšími skupinami je nejasná. Na prvním místě je již zmiňovaná, několik centimetrů dlouhá Opabinia. Trochu podobný je Anomalocaris, dlouhý 60 i více centimetrů. Má „pouze“ dvojici poměrně velkých očí a dva velké klovité přívěsky vyrůstající směrem dolů z přední části těla. Drobnou rybičku s párem podlouhlých ploutviček po stranách těla a s horizontálně orientovanou ocasní ploutvičkou připomíná Amiskwia. Užitečnými zdroji textové i obrazové informace o burgeských taxonech jsou webové stránky www.geo.ucalgary.ca/~macrae/Burgess_Shale/, paleobiology.si.edu/burgess/index.html či paleobiology.si.edu/burgess/burgessSpecimens.html.

CHLUPÁČOVO MUZEUM

Několik zkamenělin typu burgeského společenstva, které pocházejí z burgeských břidlic, z čínského naleziště Chengjiang (Čcheng-ťiang), ale i z českého kambria, je k vidění v nově otevřeném Chlupáčově muzeu na Přírodovědecké fakultě Univerzity Karlovy, Albertov 6, Praha 2. České nálezy jsou zatím poměrně málo známy a většina z nich byla získána až v posledních letech; jen malá část byla již popsána v odborné literatuře (Ivo Chlupáč a Vratislav Kordule 2002, www.geology.cz/bulletin/contents/2002/vol77no3/3-02-chlupac.pdf).

Ke stažení

OBORY A KLÍČOVÁ SLOVA: Paleontologie

O autorech

Radek Mikuláš

Oldřich Fatka

Doporučujeme

Přemýšlej, než začneš kreslit

Přemýšlej, než začneš kreslit

Ondřej Vrtiška  |  4. 12. 2017
Nástup počítačů, geografických informačních systémů a velkých dat proměnil tvorbu map k nepoznání. Přesto stále platí, že bez znalosti základů...
Tajemná „Boží země“ Punt

Tajemná „Boží země“ Punt uzamčeno

Břetislav Vachala  |  4. 12. 2017
Mnoho vzácného zboží starověkého Egypta pocházelo z tajemného Puntu, kam Egypťané pořádali časté obchodní výpravy. Odkud jejich expedice...
Hmyz jako dokonalý létací stroj

Hmyz jako dokonalý létací stroj

Rudolf Dvořák  |  4. 12. 2017
Hmyz patří k nejdokonalejším a nejstarším letcům naší planety. Jeho letové schopnosti se vyvíjely přes 300 milionů let a předčí dovednosti všech...

Předplatným pomůžete zajistit budoucnost Vesmíru

Tištěná i elektronická
verze časopisu
Digitální archiv
od roku 1994
Speciální nabídka
pro školy a studenty

 

Objednat předplatné