Trzynaście metrów długości i ponad tysiąc kilogramów żywej wagi – tak wyglądał największy wąż świata, który żył jakieś 60 mln lat temu w tropikalnej puszczy na terenie obecnej Kolumbii. Ten krewniak boa dusiciela, nazwany przez odkrywców Titanoboa cerrejonensis, wzbudził sensację w naukowym świecie, ale nie tylko z powodu swych imponujących rozmiarów. Paleontologów zafascynowało to, że takie zwierzę w żadnym razie nie mogłoby żyć dzisiaj. Nie, nie z braku ofiar. Ani z powodu wycinania lasów, zanieczyszczenia środowiska czy jakiejkolwiek innej metody, którą człowiek stosuje do dziesiątkowania współczesnych gatunków. Wielkiemu gadowi najzwyczajniej w świecie byłoby za zimno!
ZIMNO – ŹLE, GORĄCO – TEŻ NIEDOBRZE
Węże, jak na typowe gady przystało, są zmiennocieplne – utrzymują mniej więcej taką temperaturę ciała, jaka aktualnie panuje w otaczającym je środowisku. To przede wszystkim z niego czerpią ciepło i w związku z tym regulują swe tempo przemiany materii. Muszą dbać jednak, by nie wychłodzić się nadmiernie, bo wtedy czeka je śmierć. Duże gady dla utrzymania tego niezbędnego do życia minimum potrzebują wyższych temperatur środowiska. To dlatego największe współczesne węże świata – anakondy czy pytony siatkowe – zamieszkują rejony tropikalne. Ale i tam byłoby zbyt chłodno dla Titanoboa cerrejonensis. Uczeni oszacowali, że gigant potrzebował środowiska o przeciętnej temperaturze rzędu 30–34 stopni Celsjusza. Takich warunków długo jeszcze na Ziemi nie będzie – nawet jeśli spełnią się najczarniejsze scenariusze związane z globalnym ociepleniem.
To zjawisko może jednak zagrozić dzisiejszym gigantom, takim jak słonie. Są ssakami, a więc ich organizmy utrzymują stałą temperaturę ciała. Stałocieplność gwarantują im procesy biochemiczne zachodzące w komórkach. Jednak im większy organizm, tym więcej ciepła wytwarza i tym większy ma problem z pozbyciem się go. Wynika to z prostej geometrii – objętość ciała rośnie szybciej niż jego powierzchnia, a nadmiar energii usuwany jest przecież przez skórę. Olbrzym taki jak słoń ma więc odwrotny problem niż wąż – cały czas musi unikać fatalnego w skutkach przegrzania.
WIELKI NAM NIE PODSKOCZY
Słoń jest zresztą doskonałym przykładem na to, jak kosztowna może być wielkość. By się najeść, codziennie pochłania 200 kg roślin. „Większość czasu musi spędzać na zdobywaniu i rozdrabnianiu pożywienia” – pisze Steven M. Stanley w książce „Historia Ziemi”. „Potrzeba stałego żucia wymaga z kolei odpowiednio dużych zębów i szczęk. Dlatego głowa słonia jest odpowiednio wielka. Jej rozmiary z kolei ograniczają długość szyi, która nie może być zbyt długa, aby mogła utrzymać głowę”. Słoń jest tak ciężki, że musi uważać, by nie połamać kości w czasie biegu. Nigdy nie galopuje ani nie skacze przez przeszkody. Owszem, osiąga przyzwoitą prędkość 35 km/godz., ale udaje mu się to dzięki mechanicznym trikom. Przy dużej szybkości kłusuje na sztywno wyprostowanych nogach, co dla nas, przyzwyczajonych do widoku zginających się kolan w biegu, wygląda co najmniej dziwacznie. Nic dziwnego, że gigantem łatwiej być w środowisku wodnym niż lądowym. Jak wiemy dzięki Archimedesowi, ciało zanurzone w płynie traci na ciężarze tyle, ile waży wyparty przezeń płyn. Gdy podbój stałego gruntu ledwo się zaczynał, w wodzie już panoszyły się takie olbrzymy jak 10-metrowa ryba pancerna Dunkleosteus terrelli o szczękach jak imadła.
Potem nie było chyba epoki bez wodnego giganta. Kilkanaście milionów lat temu królował w oceanach megarekin Carcharocles megalodon długości 12–16 metrów, ważący 20–60 ton. To samo środowisko jest domem współczesnego rekordzisty – płetwala błękitnego (30 metrów, 135 ton), przez niektórych uczonych uważanego za największe zwierzę, jakie kiedykolwiek żyło na Ziemi.
WYŚCIG NA ROZMIARY
Skoro jednak ewolucja produkuje gigantów, to znaczy, że opłaca się im ponosić koszty swej wielkości. A powodów po temu jest co najmniej kilka. Wielu zwolenników ma hipoteza o dużych rozmiarach jako formie ochrony przed drapieżnikami. Dużego po prostu trudniej zabić niż małego. To, co drapieżnik może w tej sytuacji zrobić, to ewoluować w kierunku zwiększenia swoich gabarytów – i tak zaczyna się swoisty wyścig zbrojeń. Jeśli nie liczyć ludzi, zwierzęta takie jak słonie czy płetwale nie mają – przynajmniej w wieku dojrzałym – praktycznie żadnych wrogów.
Konsekwencje owego trendu były jeszcze bardziej widoczne w przeszłości. Dowiedli tego chociażby polscy paleontolodzy, którzy w zeszłym roku ogłosili odkrycie na Śląsku pierwszej w naszym kraju skamieniałości drapieżnego dinozaura. Obok niej leżały kości roślinożernego gada ssakokształtnego (dicynodonta), największego spośród wszystkich dotychczas znalezionych na świecie. Miał blisko pięć metrów długości – tyle, co dzisiejszy nosorożec. Podobną wielkość osiągał dinozaur roboczo nazwany „smokiem”. „Co jednak łatwo wywnioskować z porównania rozmiarów drapieżnego dinozaura z Lipia i współwystępującego z nim dicynodonta, to przyczyny ewolucyjnego powiększania rozmiarów pod koniec ewolucji triasowych roślinożernych gadów ssakokształtnych. To była ewolucyjna ucieczka w rozmiary przed drapieżnictwem. Proces, który powtarzał się wielokrotnie w ewolucji kręgowców” – pisali odkrywcy prof. Jerzy Dzik, mgr Grzegorz Niedźwiedzki i dr Tomasz Sulej na łamach magazynu „Ewolucja”.
TRAWIENIE MA ZNACZENIE
Większe rozmiary są też korzystne dla ssaków odżywiających się roślinami. Nie mają one enzymów, które rozkładałyby celulozę – podstawowy składnik roślinnych ścian komórkowych. By zyskać dostęp do zawartej w niej energii, potrzebują pomocy mikroorganizmów. To właśnie bakterie fermentują celulozę w ich jelitach, produkując strawne dla ssaków proste kwasy tłuszczowe. Im większa objętość układu pokarmowego, tym więcej czasu mają mikroby na wykonanie zadania. Duże organizmy siłą rzeczy mają dłuższe jelita, potrafią więc wydobyć więcej energii z połkniętego pokarmu, nawet jeśli jest on niskokaloryczny.
Duży przez przypadek?
Czy w toku ewolucji organizmy ciągle zwiększały swoje rozmiary? Pierwszy zjawisko to opisał amerykański paleontolog Edward Dinker Cope w 1896 r. Na jego cześć nosi ono dziś nazwę reguły Cope’a – i budzi wiele kontrowersji. Część badaczy sądzi, że reguła Cope’a istnieje, bo bycie dużym przynosi wiele pożytku. Są jednak i tacy, którzy twierdzą, że w ogóle nie należy szukać jakichś szczególnych przyczyn w tej tendencji. „To może być zwykła statystyczna konsekwencja ewolucji przez miliardy lat” – tłumaczy „Focusowi” Michał Kowalewski, dawniej pracownik Instytutu Paleobiologii PAN w Warszawie, a obecnie profesor na amerykańskiej uczelni Virginia Polytechnic Institute and State University. „Mówi się o tym jako procesie analogicznym do dyfuzji gazów. Pierwsze formy życia były małe, ale z czasem losowe procesy spowodowały, że powstały większe formy. Nie trzeba więc proponować żadnego selekcyjnego mechanizmu, żeby wytłumaczyć powstanie większych organizmów”.
Mechanizm ten sprawdza się doskonale chociażby w przypadku słonia. Ale co z największymi stworzeniami lądowymi w dziejach Ziemi? Zauropody, bo o nich mowa, osiągały 40 metrów długości, 17 metrów wysokości i 50–80 ton wagi. Jak takie monstrum było w ogóle w stanie przetrwać? A do tego ruszać się, rozmnażać i ewoluować przez dziesiątki milionów lat? Niektórzy badacze szacują, że największe zauropody musiały dziennie zjadać tyle, co 5–10 słoni. Jak zdołałyby one znaleźć i pochłonąć tonę czy dwie paszy? A może jadły coś szczególnie lekkostrawnego?
Raczej nie. Wyjaśnili to dr P. Martin Sander z Universität Bonn i dr Marcus Clauss z Universität Zürich na łamach tygodnika „Science”. Poszczególne gatunki zauropodów różnią się uzębieniem, co oznacza, że każdy z nich jadł co innego. Wszystkie jednak łączył jeden zwyczaj żywieniowy – w ogóle nie przeżuwały. Gorzej – nawet nie rozcierały połkniętych roślin w specjalnym żołądku mięśniowym, tak jak to robiły inne dinozaury. Całe jedzenie wędrowało prosto do jelit, gdzie poddawały je obróbce zastępy bakterii. To, że zauropodom udawało się uzyskać energię z połkniętych roślin, zawdzięczały właśnie gigantycznej pojemności swoich jelit.
A brak konieczności przeżuwania pozwolił im na zachowanie małej i lekkiej głowy. W odróżnieniu od słoni mogły więc mieć długą i stosunkowo cienką szyję. To zaś dawało im dostęp do pokarmu, do którego inni roślinożercy nie potrafili się dobrać. I nie musiały przy tym niemal w ogóle się ruszać! Ale zauropody miały jeszcze jedną przewagę nad słoniami – chodzi o seks.
OLBRZYMIE POŻYCIE INTYMNE
Nie od dziś wiadomo, że wielkość ma znaczenie w tych kwestiach, co potwierdzają także naukowcy. „Wiele różnych czynników może powodować, iż grupa zwierząt w trakcie swojej ewolucji zwiększa rozmiary ciała, jednakże wszystkie sprowadzają się do ogólnej przyczyny: tendencji dużych osobników do wydawania większej liczby potomstwa aniżeli osobniki małe. Np. wśród gatunków, gdzie samce walczą o samice, większe samce po prostu zwykle zwyciężają i dlatego wydają znacznie więcej potomstwa” – pisze Steven M. Stanley w książce „Historia Ziemi”.
Jednak ten mechanizm działa tylko do pewnego momentu. Gdy waży się parę ton, życie intymne jest, delikatnie mówiąc, skomplikowane. Ciąża słonicy trwa prawie dwa lata, a jej efektem jest jedno młode. W ciągu 50–70 lat samica jest w stanie odchować ledwie 4–5 dzieci. Populacja olbrzymich trąbowców nigdy nie może więc być duża. A to zwiększa ryzyko wyginięcia gatunku w wyniku nieprzewidywalnych losowych zdarzeń, takich jak katastrofy naturalne czy zmiany klimatyczne.
I tu zauropody okazały się sprytniejsze. Postawiły na ilość. Składały dużo jaj, z których wykluwały się zauropodziątka ważące kilka kilogramów i mogące się zmieścić na ludzkiej dłoni! Ale rosły bardzo szybko. W drugiej dekadzie życia osiągały dojrzałość płciową, a w trzeciej – docelowe rozmiary. Ponieważ zawsze istniała spora grupa młodych, całkowita liczebność populacji mogła być dużo większa niż u słoni. To zaś w dużym stopniu chroniło zauropody przed niebezpieczeństwem wyginięcia. Dlatego mogły ewoluować na Ziemi przez blisko 100 mln lat – wielkim ssakom daleko jeszcze do tego rekordu.
TERROR ŚREDNIAKÓW
Zauropody miały jeszcze jedną przewagę – nigdy nie zetknęły się z człowiekiem. Nasz gatunek ma zgubny wpływ na wszystko, co wielkie – jak tylko się gdzieś pojawiał, miejscowe giganty szybko znikały z areny ewolucji. Kilka gatunków uchowało się w Afryce, a i one nie mają łatwego życia. Do naszych czasów nie dotrwały ani olbrzymie kangury z Australii, ani ptaki moa z Nowej Zelandii, ani mamuty z Ameryki Północnej, ani naziemne leniwce z Ameryki Południowej… Duża zdobycz zawsze była kusząca dla myśliwych – z oczywistych przyczyn.
Nic więc dziwnego, że od pewnego czasu lepszym ewolucyjnym wyborem jest zmniejszanie gabarytów ciała. Wielkość jest kosztowna, więc dzisiejszy świat należy do maluchów czy przeciętniaków – a do tych drugich wszak sami się zaliczamy…
Masz tlen – urośniesz
Choć wydaje nam się, że płetwale czy dinozaury znacząco różnią się rozmiarami od reszty świata przyrody, jest to wrażenie błędne. Dowiodła tego praca zespołu, w którego skład wchodził m.in. prof. Michał Kowalewski z Virginia Polytechnic Institute and State University. Uczeni sprawdzili, jak zmieniała się maksymalna wielkość organizmów w ciągu całych 3,5 mld lat historii życia na Ziemi. Naukowcy wyszukiwali skamieniałość o największych rozmiarach w danym okresie i nie miało znaczenia, do jakiej grupy to stworzenie należało – mogły to być zarówno bakterie, jak i pierwotniaki, zwierzęta czy rośliny. Gdy zebrali te dane, ułożyli z nich wykres i opublikowali na łamach magazynu „Proceedings of National Academy of Sciences”. I okazało się, że proces „rośnięcia życia” wcale nie był stopniowy. „Byliśmy zdumieni tym, że niemal cały wzrost wielkości miał miejsce w dwóch wyraźnych odcinkach czasu” – mówi prof. Kowalewski. Pierwszy skok rozmiarów zdarzył się około 1,9 mld lat temu – wtedy pojawiły się pierwsze jednokomórkowe organizmy jądrowe (eukariotyczne). Wcześniej Ziemię zamieszkiwały wyłącznie wielokrotnie mniejsze bakterie. Drugim progiem było wyewoluowanie zwierząt wielokomórkowych 600–450 mln lat temu. Naukowcy zauważyli, że oba zdarzenia poprzedził wyraźny wzrost zawartości tlenu w atmosferze. „W pierwszym przypadku był to skok od braku tlenu do jego śladowych ilości. Wielu uważa to za niezbędny wymóg, który umożliwił ewolucję komórki jądrowej” – wyjaśnia prof. Kowalewski. „Drugi skok zwiększył poziom tlenu na tyle, by umożliwić funkcjonowanie większych, wielokomórkowych organizmów”. Później nie było już takich drastycznych skoków, choć np. w karbonie, kiedy żyły olbrzymie owady takie jak ważka Meganeura (rozpiętość skrzydeł – 75 cm, średnica tułowia – 3 cm), stężenie tlenu w atmosferze sięgało 35 proc. (dziś jest to tylko 21 proc.).