Darwin a žížaly

V roce 1837, rok po návratu z výpravy na lodi Beagle, navštívil Charles Darwin svého strýce Josiaha Wedgwooda. Ten ho vzal na několik polí, která byla před patnácti lety pokryta vápencem, páleným mramorem a sopečnou škvárou. Materiál se nacházel ve značné hloubce pod povrchem. Wedgwood vyslovil hypotézu, že žížaly vynášejí na povrch pohlcenou zeminu ve formě trusu, podhrabávají předměty ležící na povrchu a způsobují jejich pokles.

Tato na první pohled „triviální zahradnická záležitost“ podnítila Darwinovu vědeckou zvídavost, která doutnala v průběhu celého jeho života a kulminovala v roce 1881 publikací jeho poslední odborné knihy The Formation of Vegetable Mould through the Action of Worms with Observations on their Habits. Kniha byla považována za bestseller: s 8500 výtisky prodanými během prvních tří let od vydání se svým komerčním úspěchem vyrovnala nejslavnější autorově knize O původu druhů.

Za úspěchem stál Darwinův popis chování žížal, část knihy, která byla později vědci označena za přehnanou. Ze způsobu, jakým žížaly uchopují přemisťované předměty, Darwin vyvodil, že žížaly projevují jisté prvky inteligence. Zkoumal předměty, které si žížaly natahaly do svých chodbiček. Například jehlicovité listy borovice žížaly uchopují právě v místě, kde jsou jehlice spojené. Z toho Darwin usuzoval na určitou inteligenci žížal, neboť při tomto způsobu vlečení klade jehlice nejmenší odpor. Aby si ověřil, zda je toto chování vázáno na objekty, se kterými se žížaly setkávaly již po dlouhou dobu, nebo zda je toto chování odvozeno od tvaru předmětu, dělal pokusy s listy v Anglii nepůvodních druhů, s rododendronem, se ztupenými jehlicemi, s jehlicemi, které sám slepil dohromady, s řapíkatými listy, a následně též s trojúhelníky nastříhanými z papíru. Vyrobil dva různé druhy, více a méně protáhlé. Postupně poházel více než 300 trojúhelníků a zaznamenal, kde je žížaly uchopily.

Darwinova práce otevírá kromě výše zmíněného sledování chování žížal několik skupin témat, přináší popisnou charakteristiku a morfologii žížal, a zejména se věnuje promíchávání půdy žížalami a jeho vlivu na archeologii a na formování zemského povrchu.

Je zajímavé, jak rozdílnou reakci tyto různé části Darwinova díla vyvolaly. Popisné pasáže a práce o morfologii jsou často zmiňovány v pracích následníků, i když mnohdy spíše jako historická kuriozita. Největší okamžitý i trvalý zájem vyvolaly úvahy o chování žížal. Soubor úvah o promíchávání půd žížalami vedl k rychléodezvě v podobě prací všímajících si rozšíření žížal a významu promíchávání půdy pro archeologii. Myšlenky  týkající se vlivu promíchávání na formovánípůd a jejich úrodnost se dočkaly menšího ohlasu, který byl soustředěn zejména na několik prací těsně po vydání Darwinovy knihy a na řadu recentních publikací objevujících se ve stále hojnějším počtu od druhé poloviny minulého století. Zcela zapadla myšlenka o vlivu bioturbace na krajinné úrovni, která prožívá svou renesanci teprve nyní v podobě studií publikovaných na sklonku minulého a začátku tohoto století.

Bioturbace zahrnuje aktivitu kořenících rostlin, vliv mikrobiální sféry a vliv hrabajících živočichů. Mezi živočichy, kteří ovlivňují bioturbaci, patří např. mravenci, syslové, krtci, myši, jezevci, vlci, vombati, hrabáči, pásovci, mravenečníci či sloni. Darwin se zaměřil na úlohu žížal, zejména na jejich vliv na promíchávání a vertikální přesuny půdy. Darwin se věnoval i úloze bioturbace žížal v zahrabávání starověkých staveb, například známého Stonehenge. Ukázal, že kromě vodní a větrné eroze napomáhají k pohřbívání památek do půdy, a tím k jejich uchování také žížaly. Na základě svých měření Darwin odhaduje, že kamenný blok o rozměrech 170 × 99 × 38 cm může být činností žížal zcela pohřben za 262 let.

Darwin se snažil kvantifikovat množství půdy vynášené žížalami na povrch dvěma metodami. Jednak měřil, jak rychle se objekty na povrchu „propadnou“. Druhá, přesnější metoda spočívá v odvažování exkrementů za určité období. Pomocí první metody změřil rychlost poklesu souvislé vrstvy materiálu aplikovaného na povrch půdy – vyšlo mu 7,7 cm za 10 let. Pomocí druhé metody pak odhadl, že v Anglii žížaly vynesou ročně na povrch více než 25 tun suché zeminy na každý hektar země.

Vliv žížal je sice malý, ale setrvalý a v dlouhém horizontu má významný vliv jak na vývoj půd, tak na formování celé krajiny. Bioturbace se podílí na tvorbě organominerálních horizontů půd. Například mohutné humusové horizonty černozemí jsou tvořeny z velké části exkrementy žížal. To má velký význam při akumulaci uhlíku v půdě, neboť drobné částečky organické hmoty zabudované do žížalích exkrementů se rozkládají pomaleji, než kdyby tatáž organická hmota zůstala ležet na povrchu půdy. Půda vynášená žížalami může být snadněji erodována a podílí se tak významně na denudaci půdy. Na druhou stranu působí vynášení půdy vzhůru proti erozi podobně jako orba, která překlápí půdu směrem vzhůru proti svahu.

Urychlení eroze však mají na svědomí i jiné organismy, například mravenci. V naší současné krajině, kde je většina půdy rozorávána (čímž dochází k velkému urychlení eroze), nemusíme považovat tuto aktivitu půdních organismů za významnou, nicméně pod souvislým vegetačním krytem je eroze jen velmi malá a půdní organismy se pak na celkovém odnosu podílejí značnou měrou. Navíc, jak již bylo uvedeno, žížaly a půdní organismy se současně podílejí na zapracovávání organické hmoty do půdního profilu, a tím na růstu půdy směrem do hloubky.

Už v roce 1877 Gilbert vyslovil hypotézu, podle které je tvorba půdy největší pod tenkou vrstvou. Anderson v roce 2002 zkoumal, jak led napomáhá rozrušování matečné horniny na alpinských svazích na západě USA. Rozrušování ledem má malý efekt, když je podklad holý, ale postupně roste, jak roste tloušťka půdního pokryvu, a maxima dosahuje, když je nad ním 20 cm půdy. Pokud vrstva dále narůstá, pak vliv exponenciálně klesá, při dvoumetrové tloušťce půdy už je efekt téměř nulový.

Průlom v kvantifikaci míry bioturbace a ostatních procesů vedoucích k vertikálnímu pohybu půd přinesly některé moderní metody, zejména opticky stimulovaná luminiscence (OSL) a terrestrial in situ cosmogenic nuclides (TCN). Umožňují určit, jak dlouho byla částice vystavena kosmickému záření (ležela na povrchu) a kolik doby uplynulo, než byla pod povrch půdy pohřbena.

Wilkinson a Humpreys došli pomocí TCN k závěru, že v oblastech, kde je konstantní tloušťka půdy a zároveň je rychlost přeměny horniny v půdu stejná jako míra denudace, se za milion let vytvoří 1 až 250 metrů půdy.

Nejčastější hodnoty přitom spadaly do intervalu 10 až 100 metrů za milion let. Titíž autoři došli k závěru, že bioturbace je s výjimkou velmi chladných nebo velmi suchých oblastí jedním z hlavních faktorů denudace zemského povrchu.

Sledování rozvoje našich poznatků o bioturbaci a její roli ve formování krajiny a globálních biogeochemických procesech je zajímavé i z gnoseologického hlediska. Osud myšlenek Darwinovy práce naznačuje, že naše poznání nemusí být nutně lineárním procesem, v němž se nové vědomosti vrství na stará stávající poznání. Některé poznatky jsou rozpracovávány rychleji a intenzivněji než jiné, které naopak mohou být zcela zapomenuty a znovuobjevovány. O jejich osudu mohou spolurozhodovat metodické obtíže, spojené se studiem jednotlivých směrů, ale možná i určitá módnost a chytlavost témat, která mohla zapříčinit, že témata týkající se chování či lidských artefaktů (archeologie) byla rozpracována výrazněji než témata jiná.