„Minden mindennel összefügg” – Földünk csodáiról

A közelgő Föld napja alkalmából a szlovák Jozef Klembara paleontológus–geológus írásait közöljük, akivel a nemrégiben megjelent interjút itt olvashatjuk. Klembara három, rövid esszéje a távolitól az egyre apróbb részletekig fókuszál: a Föld, a természet, az élővilág és annak felépítése mind-mind összefügg egymással. A teremtett világ megannyi csodálatos kapcsolódást, egységet és harmóniát rejt magában, melyet érdemes fölfedeznünk!

Pozitív hatású természeti katasztrófák

Az elmúlt több mint 550 millió évben a földi evolúciót – a Föld mindenfajta élővilágát beleértve – bizonyos időközönként megszakították a tömeges kihalásnak nevezett drasztikus események. A paleozoikum (óidő) és a mezozoikum (középidő) közötti, mintegy 245 millió éve bekövetkezett ilyen eseményt tekinthetjük a legsúlyosabbnak. Következményeként a tengeri élővilág kb. 95%-a kipusztult, és a szárazföldi gerincesek faji diverzitása a becslések szerint 50%-kal csökkent! Ez nem egy rejtélyes katasztrófa lehetett, hanem valószínűleg nagyszabású éghajlat- és ősföldrajzi változásoknak volt köszönhető, amelyek az óidő és középidő határán zajlottak – ezekkel egyidőben jött létre a bolygó déli felén a Pangea szuperkontinens. Ezt a tömeges kihalást követte a Pangea széttagozódása különálló földrészekre, amelyek többé-kevésbé megegyeznek a mai kontinensekkel.

Mi történt egy ilyen, majdnem a teljes ökoszisztémát érintő globális méretű pusztulás után?

Van némi tudásunk róla, de máig nem világos, hogyan állt helyre a bioszféra, és milyen gyorsan történt az ökoszisztéma regenerálódása. Ez azt jelenti, hogy nem ismerjük az ökoszisztéma önálló elemei, a flóra és fauna közti kapcsolatrendszert. Azonban egy nemrégiben Lyson és kollégái által publikált tanulmány [1] leírja az ökoszisztéma folyamatos helyreállását a 66 millió évvel ezelőtti aszteroidabecsapódás után, amely nemcsak a dinoszauruszok többségét, hanem az összes élő faj 75%-át, köztük a patkánynál nagyobb emlősöket is megölte. A növényfajok mintegy 50%-a szintén kipusztult. A vizsgált texasi lelőhely az egymillió éven át lerakódott üledékek teljes sorozatát megőrizte.

Az első meglepő felfedezésük szerint a növények és állatok sokkal gyorsabban indultak fejlődésnek, mint korábban hittük. A második alapján a növények gyors ütemű evolúciója ösztönzőleg hatott a dinoszauruszokat leváltó emlősök evolúciójára és nagyfokú változatosságára. A több ezer jól megőrzött pollen és spóra jelenléte a páfrányok evolúciójának intenzitását mutatta, amelyek könnyen gyarapodtak az elpusztult környezetben.

A katasztrófát megelőzően a vizsgálat helyszínén talált fosszilis leletek mosómedve méretű emlősök jelenlétét mutatják, de 1000 évvel a becsapódás után már csak nagyon apró, cickány méretű emlősök kóboroltak a szárazföldön. A páfrányok átvették az uralmat; a tápláló gyümölcsöket, magvakat termő virágos növények erősen megritkultak. 100 000 évvel később az emlősök ismét mosómedve méretűre fejlődtek, és a faji diverzitásuk sokkal magasabb volt. Ezek az emlősök pálmaerdőkben éltek, amelyek felváltották a korábban elterjedt páfrányféléket. A következő 200 000 évben, az úgynevezett „pálmakorszakban” fejlődtek ki a diófélék. Tápláló magvaik fogyasztása jelentősen serkentette az emlősök evolúcióját. Számos új faj alakult ki, és méretük elérte a hódokét (kb. 25 kg-ig). Körülbelül 700 000 év elteltével, a „fehérjeszelet” korszakban jelentek meg az első hüvelyesek, amelyek fehérjében gazdag táplálék voltuknak köszönhetően  ismét növelték az emlősök sokféleségét és termetüket. Számos emlősfaj körülbelül 50 kg-ot nyomott, és méretük körülbelül százszorosára nőtt az aszteroida becsapódását túlélő őseikhez képest.

_{Nem pont így nézhetett ki, de valami hasonló lehetett, ahogy az aszteroida a Föld felé tartott}

Bár ez csupán egy nagyon rövid időszak a földi evolúció történetéből, egy olyan kaput tár föl előttünk, amelyen keresztül jobban beleláthatunk, hogyan is „működik” az evolúció, hogy „termel” egyre fejlettebb létformákat azoknál, mint amelyek a teljes pusztulás eseménye előtt léteztek.

Üdv a végtagoknak!

A természet egyes elemei közötti kölcsönhatások már régóta érdeklik a tudósokat. Ebből a szempontból nagyon fontos tanulmányoznunk a Föld azon időszakait, amelyek kihalást okoztak, vagy legalábbis nagyon nehéz életkörülményeket teremtettek.

Az ősmaradványok azt mutatják, hogy az egykori európai kontinensen 500-370 millió évvel ezelőtt létező nagy Kaledóniai-hegység völgyei nagyon kedvező életkörülményeket teremtettek, és elősegítették sokféle növény- és állatfaj fejlődését. Ami a gerinceseket illeti, ezt az ökológiai „paradicsomot” főleg halak lakták. Közülük az Eusthenopteron játszott kulcsfontosságú evolúciós szerepet, mivel már sok tetrapoda (négylábú) tulajdonság látszódott a csontvázán. Ám egy ilyen kedvező környezet lehetővé tette akár öt méter hosszú óriás halragadozók fejlődését is. A kaledóniai korszak végén az éghajlat romlani kezdett, és egyre melegebbé vált. A nagy Archeopteris páfrány elhullott részei a szárazföldről a vízbe kerültek, melyeket a baktériumok lebontottak, így csökkent a víz oxigénszintje. Feltételezzük, hogy az Eusthenopteronnak tüdeje alakulhatott ki, amely a túléléshez nélkülözhetetlen szerv ebben a drasztikusan változó, oxigénszegény környezetben. Az is elképzelhető, hogy az Eusthenopteron korai populációi nem tudták felvenni a versenyt a nagy halragadozókkal, így (populációjának egy része) a folyópartokhoz közeli sekély vizeket kezdte benépesíteni. Azonban a sekély vizek sűrű növényzete megnehezítette az úszást.

_{Acanthostega gunnari (fotó: Wikimedia Commons)}

Pontosan ilyen közegben találták meg a tudósok az Acanthostega nevű tetrapoda kövületeit (370 millió éves – pl. az Eusthenopteronnal pont egyidős – lelőhelyeken). Az Acanthostegának négy végtagja volt, mindegyiken nyolc ujjal, és a fején belső kopoltyúkkal rendelkezett, mint a halak. Ízületeinek anatómiája azt mutatja, hogy ez a „négylábú hal” nem tudott a szárazföldön járni. Végtagjait talán a sűrű növényzetű sekély vizekben való hatékony mozgásra használta. Az összes tanulmány azt hangsúlyozza, hogy az életkörülmények lassú, drasztikus romlása mindeközben határozott előrelépést, vagyis anatómiai újdonságok kialakulását eredményezte: ujjas végtagok, tehát a szárazföldön való járásra alkalmas lábak, amelyek segítségével új élettér nyílt a gerincesek előtt.

Feltárul a „szervezet egysége”!

Richard Owen, a híres angol anatómus, a londoni Természettudományi Múzeum alapítója és Darwin kortársa volt az, aki bemutatta az összes élő szervezet közös szerkezetének elméletét, az úgynevezett archetípusnak a felfedezését, amely egy szerkezeti „egységet” képvisel (szervezettség egysége, angolul unity of organisation) minden élőlény esetében: „Olyan ideális, eredeti vagy fundamentális minta, amelyből egy természetes állatcsoport vagy szervrendszer felépül, és ennek módosulásai is e bizonyos fajta állatok vagy szervek különböző formáin alapulnak.” (Owen, 1848) Owen ezt szerkezeti fejlődést mutató gerincesek csontvázain mutatta be – a kétéltűektől az emlősökig –, kijelentve, hogy egy adott csoport adott fajának minden csontja anatómiailag megfelel az összes többi gerinces csontjainak, fejlődési szinttől függetlenül. Csupán alakjukban különböznek egymástól, ami az eltérő funkciójukat tükrözi (pl. a gyík mellső végtagja másra való, mint a madáré). Ezt a szerkezeti hasonlóságot homológiának nevezte (ellentétben a két eltérő eredetű szerkezet közös funkcióját kifejező analógiával). Ma már tudjuk, hogy a homológia az alapja annak, hogy megértsük az élőlények kölcsönhatásait. Napjainkban homológ struktúrák azok a struktúrák, amelyek a közös őstől öröklődnek.

_{Haeckel ábráján egy disznó-, egy szarvasmarha-, egy nyúl- és egy emberi embrión látszódik a fejlődés hasonlósága (fotó: The Public Domain Review/Flickr)}

Ezért a gerincesek különböző csoportjaiban homológ szerkezetekkel találkozunk még akkor is, ha külsőleg nem hasonlítanak. Például minden halnak van kopoltyúíve és hasadékja (ezeket garattasakoknak és hasadékoknak vagy barázdáknak nevezzük a többi, lábas gerincesek csoportjában – tetrapodák), amelyek fejlődésük korai szakaszában a halántékfej területén helyezkednek el (1. ábra). A növekedéssel ezek az eredetileg halakban meglévő szerkezetek-szövetek, amelyek a garatívek közötti belső, endodermális részeket alkotják, úgynevezett tasakok, fejlődni kezdenek, és a szervezet különböző struktúráivá alakulnak át (2. ábra). Így tehát a halak kopoltyúíveinek belső falát alkotó szövetek nem vesznek el a „magasabb rendű” gerincesek evolúciója során, hanem a tetrapodák különböző sejtjeivé, szöveteivé és szerveivé fejlődnek. Például a négylábúaknál a hallócső és a középfül ürege – és a külső hallócső is – az első kopoltyútasak endodermájából fejlődik ki, vagyis a szárazföldi gerinceseknél a hallással kapcsolatos testrészek. A második kopoltyútasak sekély üreggé alakul, ahol az emlősökben a mandula fejlődésnek indul. A harmadik kopoltyútasakból a pajzsmirigy közelében elhelyezkedő kis mellékpajzsmirigyek, valamint a csecsemőmirigynek nevezett szerv  emelkedik ki és így tovább. Mindezek az úgynevezett kopoltyúívek a gasztropulmonális rendszer evolúciójának részét képezik, akárcsak az emésztő- és légzőszervek. Ez csupán egy példa a sok közül, amely bemutatja a minden élőlény testét alkotó egyes porcikák „rejtett” összefüggéseit, amelyek az élőlények világának hihetetlen és lenyűgöző sokszínűségét hirdeti.

^{[1] Lyson et al. 2019. Exceptional continental record of biotic recovery after the Cretaceous– Paleogene mass extinction. Science 366, 6468: 977-983.}