Trudno uciec przed pierwszym skojarzeniem. Jak szczęki, to rekin – bohater klasycznego już filmu grozy Stevena Spielberga. Co prawda w rzeczywistości te wielkie ryby bardzo rzadko atakują ludzi, jednak skojarzenie jest słuszne. Rekiny mają jedne z najpotężniejszych szczęk w dziejach życia na Ziemi. Żarłacz biały jest w czołówce siły zgryzu dziś, a jego wymarły krewny megalodon to rekordzista wszech czasów. Ale mają w tej dziedzinie godną konkurencję – dinozaury czy krokodyle. Wyścig zbrojeń w tej dziedzinie doprowadził do powstania prawdziwych potworów.
Skąd nasz ząb
Początki szczęk były jednak bardzo skromne. „Myślę, że trzeba je sytuować ok. 500 mln lat temu, w środkowym kambrze” – mówi „Focusowi” dr Piotr Szrek, kierownik Muzeum Geologicznego w Państwowym Instytucie Geologicznym w Warszawie. Lądy były wówczas puste – wszystkie zwierzęta żyły w wodzie. Wśród nich były już pierwsze kręgowce, których szkielet składał się z pręta biegnącego wzdłuż całego ciała oraz z elastycznej kratki, otaczającej gardziel. Tę kratkę tworzyły łuki skrzelowe, stanowiące rusztowanie dla skrzeli – narządu umożliwiającego oddychanie pod wodą. Według najbardziej popularnej teorii szczęki powstały z pierwszego łuku skrzelowego i pozwoliły dawnym kręgowcom na dokładne zamykanie otworu gębowego.
Taki wynalazek ułatwił zdobywanie pokarmu. „Miast wsysać bądź zdrapywać językiem pokarm, przodkowie szczękowców poczęli go chwytać wargami” – pisze prof. Jerzy Dzik z Instytutu Paleobiologii PAN w książce „Dzieje życia na Ziemi”. Dzięki temu zwierzęta te mogły dobrać się do ofiar, które chroniły swe ciało w twardych pancerzach. Jednak dopiero ryby pancerne, które na scenę ewolucji weszły ok. 415 mln lat temu, w pełni wykorzystały możliwości szczęk. Doskonałym na to przykładem był Dunkleosteus, mający blisko 10 metrów długości i cztery tony wagi – największe wówczas ziemskie zwierzę.
Potrafił wyjątkowo szeroko otwierać paszczę i zamykać ją w ułamku sekundy, zasysając do środka zdobycz, miażdżoną przez szczęki z potężną siłą.
Jak potężną? Początkowo sądzono, że było to ok. 540 kilogramów (albo, inaczej mówiąc, 5295 niutonów). Wygląda jednak na to, że uczeni przecenili siłę szczęk tej ryby mniej więcej dwukrotnie. Warto też pamiętać, że potwornie wielki Dunkleosteus był bezzębny, co ograniczało jego zdolności radzenia sobie z ofiarą.
Miażdżenie, cięcie, piłowanie
„Dopiero powstanie szczęk z zębami zdecydowało o sukcesie w polowaniu” – mówi dr Szrek. Te zaś wyewoluowały z ząbków skórnych, pokrywających początkowo skrzela. Stawały się coraz ostrzejsze i większe, ułatwiając szczękowcom przytrzymywanie i kawałkowanie pokarmu. U ryb kostnoszkieletowych zwanych ryzodontami osiągnęły 10–15 cm długości – służyły im zapewne do miażdżenia kości ofiar.
Inną ścieżką ewolucyjną poszły rekiny, zaliczane do ryb chrzęstnoszkieletowych. Zamieszkiwały morza w tych samych okresach, co Dunkleosteus i ryzodonty, i początkowo być może także były bezzębne. Potem jednak dorobiły się naprawdę przerażającego wyposażenia. Zęby służą rekinom nie do miażdżenia, lecz przecinania. „Najpierw wbijają je głęboko w ciało ofiary. Następnie szarpią głową na boki, odpiłowując kawałek mięsa” – opowiada dr Szrek. Rzadko zabijają zdobycz od razu – najczęściej odrywają po kolei kończyny i fragmenty ciała.
Żarłacz biały, największy współczesny rekin, osiąga sześć metrów długości i ponad trzy tony wagi. Australijscy uczeni wyliczyli, że siła jego szczęk to ponad 1,8 tony. A wymarły megalodon, mierzący nawet 16 metrów, miał jeszcze potężniejszy zgryz – od 11 do 18 ton, więcej niż jakiekolwiek zwierzę w historii Ziemi! Przypuszcza się, że tak wielką siłę wykorzystywał do polowań na wieloryby, które unieruchamiał, odgryzając im w pierwszej kolejności ogony i płetwy.
Dinozaur kontra krokodyl
Nieco inną drogą poszła ewolucja szczęk u tych kręgowców, które około 400 mln lat temu opuściły morza i ruszyły na podbój lądów. Wśród lądowych właścicieli szczęk największe przerażenie i fascynację budzi Tyrannosaurus rex, drapieżny dinozaur sprzed ok. 68–65 mln lat. Podobnie jak rekin miał duże i piłkowane zęby, którymi zapewne odrywał kawały mięsa ze swoich ofiar. Siłę jego zgryzu obliczano wielokrotnie. Ale najnowsze badania brytyjskich uczonych przebiły wszystkie dotychczasowe szacunki. Ich zdaniem dinozaur zaciskał szczęki z siłą od 3,6 do 5,8 tony. BBC ogłosiło więc T. reksa „właścicielem najpotężniejszych szczęk spośród wszystkich stworzeń, jakie kiedykolwiek chodziły po Ziemi”.
Szybko jednak pojawiła się konkurencja. Badacze z USA ogłosili bowiem wyniki analiz siły zgryzu 23 żyjących gatunków krokodyli. Najsilniejszy okazał się krokodyl różańcowy, który zacisnął szczęki z siłą 1,67 tony. Uczeni obliczyli, że gdyby osiągnął on maksymalne rozmiary dla tego gatunku, czyli 6,7 m długości, to jego zgryz miałby moc nawet 2,8 do 3,5 tony. A wymarły 12-metrowy krokodyl Deinosuchus mógł mieć szczęki o sile ponad 10 ton. Takiemu potworowi żaden dinozaur by nie podskoczył…
Gotujemy, nie gryziemy
Ssaki w tym wyścigu zbrojeń prezentują się bardzo skromnie. Najpierw przez długi czas żyły jako małe i głównie nocne zwierzęta, plączące się pod nogami dinozaurów. Potem, gdy dostały od ewolucji swoją szansę, pokazały, że potrafią przystosować się do niemal każdego środowiska i pokarmu, co znalazło odbicie również w budowie ich szczęk. Nigdy jednak nie osiągnęły takiej siły zgryzu jak ryby czy gady.
Hiena cętkowana, przez wielu naukowców uważana za mistrzynię w tej dziedzinie, zaciska szczęki z siłą 458 kg, lew – 336 kg. Nawet wymarłe tygrysy szablozębne, jak Smilodon czy Homotherium, gryzły dość słabo, osiągając zaledwie 112 kg. Per Christiansen z duńskiego Aalborg Universitet twierdzi, że te koty polowały inaczej: rzucały się na swą ofiarę, przygniatały ją do ziemi, skręcały jej szyję swymi masywnymi kończynami przednimi i dopiero na sam koniec przecinały gardło kłami, których długość sięgała 20 cm.
Siła szczęk spadała jeszcze bardziej w linii ewolucyjnej prowadzącej do człowieka. Nasi praprzodkowie, tacy jak Australopithecus africanus czy Paranthropus boisei, potrafili jeszcze zmiażdżyć twarde orzechy w zębach. Jednak we współczesnych społeczeństwach zachodnich przeciętna siła zgryzu to zaledwie 37 kg. „Szczęki Micka Jaggera w największym swym rozwarciu to pestka w porównaniu z tym, w co natura wyposażyła przeciętnego szympansa” – pisał prof. Richard Wrangham z Harvard University w książce „Walka o ogień”. Nawet włókna mięśniowe w naszych szczękach są osiem razy cieńsze niż u makaka.
Ma to jednak głęboki ewolucyjny sens. Prof. Wrangham twierdzi, że dzięki obróbce termicznej pokarmu – pieczeniu, gotowaniu itd. – stał się on miększy i bardziej pożywny. Nasi przodkowie nie musieli już się tak męczyć z jego rozgryzaniem i przeżuwaniem. Ich szczęki zmniejszyły się i osłabły, dzięki czemu zyskaliśmy więcej miejsca na nasz wielki mózg. Ten zaś pozwolił na wymyślenie narzędzi i technologii, z którymi przegrywają dziś i rekiny, i krokodyle.