Deštné lesy v Antarktidě

Kyselina pozvolna stravuje desítky milionů let staré usazeniny. Až se proleptá na dno plastové nádobky, po kameni, dovezeném z antarktického ostrova Jamese Rosse, zbude jen hromádka „smetí“ na dně. Jde o zuhelnatělé zbytky rostlin, které pod mikroskopem vyprávějí příběh stromů a keřů kdysi čile prosperujících v oblastech, které dnes máme spojeny s bílými masami ledovců a třeskutými mrazy.

Jakmile do Evropy dorazí chlad zimy, odlétají antarktičtí paleontologové na jih. Přes Buenos Aires, kde je jim ještě v péřové bundě pěkně horko, spěchají přes městečko Rio Gallegos na ostrov Seymour s argentinskou polární stanicí Marambio, odkud je za pěkného počasí přenese vrtulník na ostrov Jamese Rosse. Tady je pro české polárníky cíl – polární stanice Johanna Gregora Mendela, která se na několik měsíců změní v jejich chladivě letní domov.

Pohyb terénem má svá specifika. Protože ostrov nesmí brázdit žádné vozidlo, zajišťují veškerou dopravu nafukovací čluny Zodiac, anebo vlastní nohy. Vyrazit do terénu lze jen ve dnech, kdy to dovolí počasí, které i přes svou antarkticky „letní“ povahu často přináší silný vítr, sněžení nebo mráz. V takových podmínkách je prakticky nemožné dostat se k horninám dosud uvězněným pod ledovcovým příkrovem nebo silnou vrstvou sněhu, a tak se sběr fosilií omezuje prakticky jen na místa, kde už mrazivé nadloží ustoupilo a horniny jsou volně přístupné.

Antarktida v období křídy

Ostrov Jamese Rosse (obr. 1) je pro paleontology ideální místo. Zdejší fosilní záznam patří k souvrství Larsenovy pánve, kterou tvoří až sedm kilometrů mocná vrstva jemnozrnných usazenin převážně vulkanického původu. Ukládání vrstev trvalo asi 124 milionů let od druhohor po kenozoikum. Tehdy bylo na místě dnešního ostrova Jamese Rosse moře, rozkládající se v blízkosti vulkanicky aktivního ostrovního oblouku, spojujícího Antarktidu s Jižní Amerikou.

Spolu s prachem a popelem vulkanických erupcí klesaly na dno moře také zbytky vegetace, zanesené z pevniny buď vodní erozí nebo větrem, nesoucím zbytky rostlin po požárech nebo silných bouřích. Tyto usazeniny jsou velkým zdrojem informací o křídové vegetaci Antarktidy. Vzhledem k tomu, že většina rostlinných zlomků má rozměry 0,2–10 mm (mezofosílie), jediným způsobem, jak se k nim dostat, je rozpustit částice vulkanického původu kyselinou, která nepoškodí uhlíkovou podstatu zbytků tehdejšího života.

Mezofosílie vyprávějí

Ze souvrství Santa Marta (86 až 79 milionů let) jsme získali především zlomky větví jehličnanů (konifer), jejich samčí a rozpadlé samičí šištice, zlomky stélek mechů a listů kapradin. Jsou mezi nimi i reprodukční orgány krytosemenných rostlin zvláště semena a plody. Neobvyklé rozmanitosti zde dosahují mechy s drobnými stélkami pokrytými šroubovicí listů (obr. 3). Zajímavé jsou také zlomky drobných vějířů kapradiny, jejichž lístky nesly vždy po jedné výtrusné kupce (obr. 2). Tyto drobnolisté kapradiny náležejí do čeledi Matoniaceae, která přežila dodnes. Její současné představitele bychom však nenašli kolem polárního kruhu, nýbrž v deštných pralesích Indonésie.

Přítomnost velkého množství zlomků mechů a kapradin naznačuje, že antarktické prostředí bylo v době usazování horniny (před 86 až 79 miliony lety) mimořádně vlhké. Některé výzkumy odhadují, že v době, kdy tyto rostliny žily v okolí ostrova Jamese Rosse, spadlo ve zdejší oblasti za rok až 2142 mm vody na metr čtvereční. Takové hodnoty odpovídají dnešním srážkám na jižním ostrově Nového Zélandu. Z toho vyplývá, že svrchně křídové lesy byly nejen teplé, ale také velmi vlhké, navzdory tomu, že oblast už tehdy ležela blízko jižnímu zemskému pólu. Nelze proto vyloučit, že během polární noci zdejší krajina zažívala i krátkodobé mrazy.

Informace skryté v letokruzích

Ačkoli bylo antarktické klima v období svrchní křídy teplotně srovnatelné s podnebím dnešních teplých mírných oblastí, v jednom zásadním ohledu se od nich lišila. Zdejší rostliny se musely vyrovnat s mimořádným fenoménem, téměř půl roku trvajícím obdobím tmy. Během polární noci nemají rostliny k dispozici světlo nezbytné pro fotosyntézu, a jejich růst se tak zastavuje, neboť fotosyntéza úzce závisí na intenzitě světla. Pokud osvětlení klesne pod určitou hranici, proces se rychle zpomaluje. Nezbytná intenzita světla je závislá na náročnosti rostliny. Zatímco pro některé rostliny leží hranice kolem 10 000 luxů, méně náročné druhy dřevin dokážou udržet smysluplnou fotosyntézu ještě kolem hladin 500–1500 luxů. Při dalším poklesu minimální světelné intenzity se celý proces fotosyntézy velmi rychle zastavuje. V takových podmínkách rostlina přechází do stavu zimního spánku (dormance).

Důkaz této každoroční rytmizace nacházíme v letokruzích fosilních polárních stromů. Letokruh představuje viditelné vyjádření roční produkce dřeva pod vlivem měnících se podmínek prostředí. Na začátku vegetačního období vzniká tzv. jarní dřevo, tvořené velkými buňkami zajišťujícími rychlý transport vody. Ke konci sezony se vytváří letní dřevo – buňky jsou menší, hustší a pevnější. Ostrý přechod mezi oběma typy buněk vytváří hranici letokruhu (obr. 4). Každý letokruh představuje jednu vegetační sezonu, a tedy i jeden rok života stromu. Fosilní dřevo nám proto umožňuje nejen určit stáří rostlin, ale také detailně rekonstruovat podmínky, v nichž žily.

Platí jednoduché pravidlo: čím širší letokruh, tím příznivější měla rostlina podmínky. Dostatek světla, tepla a vláhy vede k rychlejšímu růstu a širší vrstvě jarního i letního dřeva. Naopak úzké letokruhy svědčí o nepříznivém klimatu — chladném létě, suchu či jiném stresu, který růst zpomaloval. Řečené platí i pro naše rostliny v mírném pásu. V letokruzích polárních stromů je jeden velmi specifický jev navíc: náhlá změna dlouhého polárního dne v dlouhou polární noc. V rostlině nastává velmi rychle, v průběhu několika týdnů, kdy se každodenní příděl světla začíná dramaticky blížit k minimální intenzitě potřebné k udržení chodu fotosyntézy, až se zastaví a strom přestane růst. V letokruzích se tato prudká změna projevuje jako pouhých několik vrstev buněk letního dřeva dokumentujících okamžik, kdy se strom začal připravovat na období tmy a vegetačního klidu.

Fenomén dlouhé polární noci

Jak mohly polární lesy přežívat v tak extrémních podmínkách, kdy téměř půl roku panovala tma? Za polární noci nebyla fotosyntéza možná, i když se teploty často držely nad bodem mrazu, takže rostliny nepochybně nemohly svůj metabolismus zastavit docela. Každá rostlina totiž potřebuje energii pro základní životní procesy i v noci. Získává ji dýcháním (respirací), při němž spotřebovává dříve vytvořené zásoby uhlíku (nashromážděné během fotosyntézy) a uvolňuje CO₂.

Je tedy zajímavé se podívat na to, jestli byly polární rostliny spíše stálezelené, nebo opadavé. Po dlouhou dobu se předpokládalo, že polární lesy musely být převážně opadavé. Podle tohoto předpokladu by totiž stálezelené rostliny v prostředí s relativně teplými zimami a dlouhou polární nocí nedokázaly zpomalit respiraci, a ze svých zásob by spotřebovaly příliš. Opadavé druhy mají v tomto ohledu výhodnější situaci, shozením listů si zajišťují minimální respiračně energetické nároky.

Zmíněnou představu ale později zpochybnily experimentální studie. Ukázaly, že stálezelené formy během období bez světla ztrácejí zhruba dvakrát méně zásob než druhy opadavé, které každoročně přicházejí se ztrátou listů o značné množství zásob uhlíku. Výsledky experimentu sice nedokazují, že stálezelenost je jednoznačně nejvýhodnější strategií ve vysokých zeměpisných šířkách, ale naznačují, že stálezelené rostliny mohou mít v polárním klimatu významné výhody.

Křídové rostliny z ostrova Jamese Rosse, zkoumané díky jejich mikroskopickým zbytkům, vyproštěným z pravěkých usazenin pomocí kyseliny, tuto skutečnost potvrzují. Nalézáme jak stálezelené, tak opadavé pravěké druhy, což naznačuje, že obě strategie byly v pozdně křídových polárních lesích životaschopné. Každá z nich měla své přednosti i nevýhody. Jedna i druhá strategie jim umožňovala přežívat v prostředí s extrémně dlouhým obdobím polární noci.

Jak vypadala příroda Antarktidy v křídě

Víme už tedy, že lesy, které před 88 až 79 miliony lety pokrývaly Antarktidu¹⁾ se podobaly dnešním deštným lesům Nového Zélandu (obr. 9). Skládaly se z několika úrovní. Ve stromovém patře převládaly blahočety (Araucaria) a nohoplody (Podocarpus), ale také pabuky rodu Nothofagus. V podrostu bylo množství kapradin. Kmeny stromů pokrývaly závěsy mechů a lišejníků. Rostly zde starobylé kapradiny rodu Marattiopsis, které svým původem sahají až do období před více než 300 miliony lety (karbonu). Tyto kapradiny mají spory soustředěné do pevných pouzder – synangií – na spodní straně kapradinového vějíře (obr. 5). Jsou příbuzné dnešním stromovým kapradinám, známým z deštných lesů od Malajsie po západní Tichomoří (obr. 6). Fosílie araukárií se zachovaly jako otisky jednotlivých šupin ze samičích šištic (obr. 7). Jejich větve se podobají dnešním araukáriím. Mezi dalšími koniferami nalézáme zástupce čeledí Podocarpaceae a Cupressaceae. Jejich sterilní větévky jsou obvykle řazeny do formálních rodů Brachyphyllum a Elatocladus. Z výzkumu fosilních dřev a pylů je zřejmé, že blahočety a nohoplody tvořily hlavní součást svrchnokřídových antarktických lesů. Z kvetoucích rostlin zde rostly např. listnaté vavřínovité rostliny rodu Cinnamomophyllum, a vavřínovitým příbuzné rostliny z čeledi Atherospermataceae (obr. 10). Listy dalších kvetoucích rostlin zařazujeme do čeledi lejnicovitých (Sterculiaceae) a badyáníkovitých (Illiciaceae). Zvláštní pozornost si zaslouží křídové pabuky rodu Nothofagus. Fosilní otisky jejich listů i pylová zrna a dřevo z území Antarktidy dokážeme doložit už od období coniaku. Rod Nothofagus přitom nebyl jen dávnou součástí antarktické flóry – přežil až do současnosti a dnes roste v Jižní Americe, Austrálii a na Novém Zélandu. Jeho rozšíření tak představuje důležité svědectví o někdejším spojení těchto světadílů.

V průběhu kenozoika začala Antarktida procházet výraznými klimatickými změnami, které byly způsobeny několika faktory. Jednak proto, že z dob teplotně nadprůměrné křídy se začala planeta dostávat do teplotně mírnějšího kenozoika doprovázeného na jeho konci ledovými dobami, jednak díky kontinentálnímu klimatu, které způsobuje, že se pevnina v zimě silně podchlazuje. Během času zde vznikl mohutný ledovcový štít, který přispívá k jeho dalšímu ochlazování. Nejnižší teploty zde za polární noci klesají i pod minus devadesát stupňů (nejnižší teplotu –93,3 °C, se podařilo zaznamenat roku 2013).

Dalším faktorem způsobujícím ochlazení je existence chladného cirkumpolárního proudu, který nedovolí vstup teplejších vod do okolí ledového kontinentu. Postupné ochlazování a s ním spojené vysušování (aridizace) kontinentu vedly k tomu, že se zdejší rostlinstvo postupně měnilo, mizely teplomilné druhy a stromy, až nakonec vyšší rostliny ustoupily sněhu, ledu a kameni úplně. Navzdory tomu se na leduprostých místech pobřeží Antarktidy nadále daří řasám, mechorostům a lišejníkům.