Dobytie súše: 2. časť – Prekonávanie fyziologických bariér

Zdroj: Wikimedia Commons.

Keď vybehneme niekam do prírody a trošku sa okolo seba poobzeráme, ľahko natrafíme na všetky hlavné skupiny organizmov, ktoré sa prispôsobili životu na suchej zemi, ale ktorých predkovia pred mnohými miliónmi rokov obývali more. Ciest na suchú zem je veľa a prekážok na nich je neúrekom. Napríklad práve sa liahnuca korytnačka na obrázku patrí medzi plazy, ktoré sa s novými podmienkami vyrovnali pomocou amniotického vajíčka. Ako to bolo u ostatných dnes už suchozemských tvorov?

Kolonizácia pevniny nebola jednorazovou záležitosťou. Rôzne organizmy sa na život na súši neprispôsobili rovnakým spôsobom a ani samotný prechod na suchú zem im netrval rovnako dlho. Navyše jednotlivé evolučné línie dobyli súš v rôznom čase. Terestrializácia, teda prispôsobenie sa na život na súši, je dlhodobý proces, ktorý u niektorých organizmov stále prebieha. Napríklad pomerne nedávno sa na pevninu vybrali aj také typicky vodné tvory, ako sú kraby. Ale poďme pekne po poriadku.

Zo živočíchov sú bezkonkurenčne najúspešnejšími kolonizátormi súše článkonožce (o tých už na blogu reč bola). Ide zväčša o pomerne malé tvory s vonkajšou kostrou, kam zaraďujeme všetok hmyz, pavúky, stonožky a iné potvorky s článkovaným telom. Väčšina všetkých opísaných druhov živočíchov patrí medzi článkonožce, pričom najviac druhov poznáme z radov hmyzu (o hmyze som písal tu). Hmyz žije primárne na súši, i keď existuje niekoľko skupín, ktoré sa druhotne vrátili do vodného prostredia.

Okrem článkonožcov nájdeme na súši zástupcov mäkkýšov, ktoré v mori dosahujú úžasnú pestrosť v podobe lastúrnikov, ulitníkov, chitónov ale aj hlavonožcov, kam patria chobotnice a sépie. Z tejto slizom obalenej čeliadky sa na suchú zem preplazili mnohé ulitníky v podobe slimákov a slizniakov a každý záhradník vám dosvedčí, že sa im veru dobre darí.

Tretia významná a z nášho človečieho pohľadu najvýznamnejšia skupina organizmov, ktorá si podmanila mnohé zo suchozemských ekosystémov, sú stavovce. Všetky zvieratá s vnútornou kostrou, počnúc hadmi a jaštericami a končiac vtákmi a cicavcami, sú suchozemské stavovce. Všetky pochádzajú z jediného rybovitého predka, ktorý kedysi dávno vystúpil z vody na súš, kde sa mu neobyčajne zapáčilo. Medzi jeho početných potomkov patrí aj človek.

A nesmieme zabudnúť ani na zeleň okolo nás. Drvivá väčšina rastlín, ktoré poznáme, je predsa výlučne suchozemská! Nakoniec tu máme huby a lišajníky, pričom druhých menovaných inde ako na suchu vlastne ani nenájdeme.

Lišajníky sú pioniermi nehostinných prostredí. Foto: M. Hyžný

Čo charakterizuje suchozemský organizmus?
Rastliny aj živočíchy museli pri prechode na súš prekonať množstvo fyziologických bariér, pričom najzákladnejšou potrebou akéhokoľvek živého organizmu je dostať sa k vode. Voda je nenahraditeľná pre biochemické reakcie prebiehajúce v telách živých tvorov, transport rozpustených látok a udržanie potrebného tlaku v bunkách. Dostupnosť vody je preto pre suchozemský život základným problémom. S ohľadom na hospodárenie s vodou je možné charakterizovať štyri skupiny organizmov, ktoré obývajú súš:

1) Najprv sú to rôzne vodné organizmy, ktoré sa vyhnú problémom života na súši jednoducho tak, že žijú v kvapôčkach vody, nachádzajúcej sa medzi zrnkami pôdy. Ide teda výlučne o mikroskopické tvory a patria tu napríklad miniatúrne hlístovce a najrôznejšie jednobunkovce vrátane jednobunkových rias.

2) Druhou skupinou sú organizmy, ktoré sa skrývajú a žijú v miestach so stálou vysokou vlhkosťou. Nájdeme ich napríklad vo vlhkej pôde a hrabanke. Patria tu riasy, machy, dážďovky, pijavice, slizniaky, rôzne larvy hmyzu a niektoré obojživelníky. Vysychanie tieto živé tvory priamo ohrozuje a bez príslušnej úrovne vlhkosti nedokážu prežiť.

3) Ďalej tu sú organizmy, ktoré do istej miery vysychanie tolerujú. Vlhkosť síce vyžadujú, ale ak dôjde k vyschnutiu, sú schopné nepriaznivé obdobie prečkať spomalením životných funkcií. Ide predovšetkým o sinice, niektoré machy a riasy, vírniky a roztoče.

4) A napokon tu máme organizmy, ktoré dosiahli skutočné dobytie súše. Vyvinuli si nepriepustné obaly, obehové sústavy a osmoreguláciu, čo im umožňuje dokončiť životný cyklus bez návratu do vodného prostredia. V tejto skupine sú cievnaté rastliny, niektoré mäkkýše, článkonožce ako hmyz, pavúkovce a niektoré rovnakonôžky a samozrejme štvornožce, kam patria všetky suchozemské stavovce vrátane človeka.

Z vyššie uvedeného vyplýva, že sa skutočne suchozemské organizmy možno považovať iba tvory, ktoré nepotrebujú návrat do vody, aby dokončili svoj životný cyklus. To znamená, že nepotrebujú prístup k otvorenej vode, aby dospeli, spárili sa a úspešne sa rozmnožili. V tomto ohľade sú napríklad kraby žijúce na Vianočnom ostrove iba na polceste k ozajstnej terestrializácii, pretože aj keď im dýchanie atmosférického kyslíka nerobí najmenšie problémy a v lese sa pohybujú so skutočnou bravúrou, predsa len sa raz za čas potrebujú vrátiť na breh mora, aby sa rozmnožili.

Suchozemský krab Gecarcoidea natalis z Vianočného ostrova nie je "skutočným" suchozemským živočíchom. Zdroj: Wikimedia Commons.

Ako sa vyrovnať so životom na suchu?
Zdá sa neuveriteľné, že počet známych druhov žijúcich na súši je zhruba sedemnásťkrát vyšší ako počet známych druhov obývajúcich vodné prostredie. Samozrejme, všetky organizmy ešte neboli objavené a popísané, no napriek tomu všetky učené odhady hovoria jasnou rečou – život na pevnine je čo do počtu druhov rozmanitejší ako ten vo vode. Z tohto pohľadu je osídlenie súše jedným z najvýznamnejších procesov v evolúcii života na našej planéte. Je takisto zaujímavé, že viaceré prispôsobenia na život na suchej zemi mali určité typy organizmov dávno predtým, než sa na pevninu dostali. Telové plány článkonožcov a stavovcov, teda dvoch najdôležitejších skupín suchozemských živočíchov, boli už vo svojich začiatkoch dobre uspôsobené na neskoršie dobytie súše.

Ako sa jednotlivým skupinám podarilo prežiť v pôvodne nehostinnom prostredí?

Rastliny. Treba si uvedomiť, že kým sa život nevyšplhal na súš, pôda neexistovala. Tá je totiž z väčšej časti výsledkom činnosti živých organizmov. V dávnej minulosti sa v plytkých vodách darilo červeným, zeleným a hnedým riasam, ktoré sa postupne vysúkali na pevninu. Spoločenstvá rias, húb a baktérií prenikali do bahna a pomaly ho pretvárali na primitívny typ pôdy, ktorá prichystala cestu pre ďalšie typy rastlín. Prvé suchozemské rastliny sa zrejme vyvinuli pozdĺž pobreží jazier alebo vysychajúcich bažín. Rastliny sa na suchu museli popasovať s mnohými problémami. Rastlinné stielky na súši nie sú nadľahčované vodou, na svoj vertikálny rast preto potrebujú mechanické spevnenie. Toto prispôsobenie šlo ruka v ruke s vyvinutím voskovitej kutikuly, ktorá chráni pred prípadným vyschnutím. V nej sa takisto nachádzajú prieduchy, ktoré umožňujú rastline dýchať. Úponky, ktoré rastliny držali v substráte, sa zmenili na korene. Tie mohli z bahna vstrebávať vodu aj minerály. Dopravu vody a minerálnych látok z podzemných častí rastliny do listov a rozvod výživnej miazgy z listov do všetkých častí tela rastliny umožňujú špeciálne vodivé pletivá, ktoré sa vyvinuli skoro po prvom preniknutí rastlín na súš. Pletivo jemných trubičiek dreva (xylém) privádza vodu od koreňov ku stvolu a ďalšie pletivo, tzv. lyko (floém), odvádza látky vytvorené fotosyntézou naspäť ku koreňom, aby tak napomáhalo rastu. Tento typ rastlín označujeme ako cievnaté a drvivá väčšina dnes rastúcich druhov patrí práve medzi ne. Zväčšovanie asimilačnej plochy listov bolo na druhej strane obmedzované zvyšujúcim sa nebezpečenstvom mechanického poškodenia rastliny počas víchrice alebo jej vytrhnutím aj s koreňmi. K tomu pristupuje nebezpečenstvo prehriatia, poškodenia prílišnou intenzitou slnečného žiarenia alebo ohrozenie zmrznutím. Jedným z najzložitejších problémov, vyžadujúcich nové riešenia, bolo zabezpečenie účinného rozmnožovania mimo vodného prostredia. Preto začali niektoré rastliny vytvárať výtrusy s pevným povlakom, ktoré mohol odfúknuť vietor. Opeľovače v tom čase ešte neexistovali, takže vietor bol jediným spôsobom, ako sa rastliny pozvoľna rozšírili smerom na pevninu do nových bažinatých oblastí. Aj keď sú výtrusy prakticky jediné fosílne zvyšky, ktoré z týchto rastlin máme, ide o nepochybné dôkazy ich existencie.

Prvé komplexné suchozemské ekosystémy vyzerali asi takto. Zdroj: Wikimedia Commons.

Huby a lišajníky. Okrem rastlín sa na súš vyšplhala aj úplne iná skupina tvorov, ktoré by sme na prvý pohľad k rastlinám zaradili. Huby sú organizmy, ktorých bunky sa viac podobajú tým živočíšnym. A skutočne, odborné štúdie jasne dokazujú, že huby sú príbuznejšie živočíchom a teda aj nám, ľuďom, než rastlinám. O prvých suchozemských hubách toho však veľa nevieme, pretože ich mäkké pletivá sa vo fosílnom zázname vyskytujú veľmi zriedkavo. Nemožno však pochybovať, že huby patrili medzi prvé živé tvory, ktoré sa na suchú zem dostali a možno predpokladať, že ich rozkladná činnosť pomáhala vytvoriť prvé pôdy.

Špeciálnou skupinou húb sú lišajníky. Ide o typické suchozemské  tvory, ktorých stielky pozostávajú z dvoch navzájom nepríbuzných zložiek – zo zelenej riasy a z huby, i keď hubové vlákna majú v tomto jedinečnom spolužití často navrch. Lišajníky sú tak skutočné hybridy, avšak veľmi životaschopné a evolučne mimoriadne úspešné hybridy. Dokážu prežiť v tých najdrsnejších podmienkach a sotva existuje na suchej zemi miesto, kde by nerástli.

Mäkkýše. Na suchu ich zastupujú slimáky a slizniaky spoločne označované ako pľúcnatce. Všetky ostatné mäkkýše sú vodné a dýchajú žiabrami. U pľúcnatcov sa vyvinul pľúcny vak, ktorý vznikol z prednej časti plášťovej dutiny. Ulitníky sa na suchu chránia pred vyschnutím jednak ulitou a takisto produkciou veľkého množstva slizu. Slizniaky ulitu stratili úplne, zato sú však extra slizké – ľahko to môžete zistiť, keď si pri najbližšom stretnutí slizniaka položíte do dlane. Za sucha sa slimáky chránia vytvorením viečka na svojom domčeku, slizniaky si ale musia nájsť nejaké príjemne vlhké a chladné miesto. Priame slnko im totiž nerobí dobre a keďže sa nedokážu rýchlo pohybovať, za teplých slnečných dní pre ne býva osudný každý výlet po väčšej nechránenej ploche, zvlášť po betóne alebo asfalte.

Slimák záhradný (Helix pomatia) - áno, aj ten má morských predkov. Foto: M. Hyžný

Článkonožce. Tie kolonizovali súš takmer súčasne s rastlinami, dokonca možno ešte skôr. Ide o skupinu organizmov, ktorá bola takpovediac predurčená na úspešnú výpravu na pevninu. Ide o tvory, ktorých telo je pokryté pevnou kutikulou. Tá dokonale izoluje telo od okolitého prostredia a zabraňuje vysychaniu. Navyše článkované končatiny sú ideálne na pohyb v akomkoľvek teréne a to platí nielen vo vode ale predovšetkým na suchej zemi. Tam, kde stavovce zápasia s konštrukčnými limitmi určenými hmotnosťou vnútornej kostry, majú článkonožce voľné pole pôsobnosti. Objem kyslíka v atmosfére im síce bráni narásť do výnimočných rozmerov, ich evolučnú úspešnosť to však nebrzdí. Naopak, zdá sa, že milimetrové a centimetrové rozmery sú mimoriadne vhodné na dobývanie nových svetov, predovšetkým svetov škár a puklín.

Článkonožce aspoň čiastočne dobyli súš celkom sedem krát nezávisle na sebe: hmyz, viacnôžky, pavúkovce, rovnakonôžky, rôznonôžky, lastúrničky a desaťnožce, to všetko sú hrdinovia, ktorí sa vydali na výpravu za rovnakým cieľom, každý si však zvolil iné prostriedky. Treba ešte spomenúť niekoľko ďalších skupín, ktoré síce priamo nepatria medzi článkonožce, ale sú z ich veľmi blízkeho príbuzenstva. Máme na mysli pazúrikavce, pomalky a hlístovce. Vo všetkých troch prípadoch ide zväčša o suchozemské tvory. S článkonožcami patria do tej istej evolučnej línie takzvaných zvliekavcov. Ako vidíme, žiadna iná skupina organizmov nebola v pochode na pevninu taká úspešná ako práve zvliekavce.

Je zaujímavé, že článkonožce a príbuzenstvo sa s dýchaním vzduchu popasovali takmer rovnako. Mnohé z nich majú vzdušnice – drobné rúrky, ústiace na bokoch tela a zásobujúce vnútorné orgány kyslíkom. Poznáme ich napríklad u viacnôžiek, pavúkovcov a predovšetkým u hmyzu. U všetkých týchto organizmov vznikli nezávisle na sebe. Ide tak o krásny príklad evolučnej konvergencie, keď rôzne skupiny organizmov vyriešia nejaký problém rovnakým spôsobom.

Skoré suchozemské článkonožce sa zrejme spočiatku zdržiavali na bahnitých brehoch vodných nádrží, kde sa živili povlakmi baktérií a organickými zvyškami. Pri tejto rozkladnej činnosti pomáhali utvárať budúce suchozemské ekosystémy a vytvárať tak vhodné podmienky na ďalšiu kolonizáciu inými tvormi.

Viacnôžky, pavúkovce a hmyz sa rozrôznili hneď po tom, ako kolonizovali pevninu. Následne evolúcia suchozemských rastlín stimulovala rozvoj ďalších suchozemských organizmov z príbuzenstva článkonožcov, ako sú už skôr spomínané pazúrikavce, pomalky a hlístovce. Posledné menované sú dnes známe predovšetkým ako parazity hmyzu a zdá sa, že práve rozvoj hmyzu otvoril dvere na súš hlístovcom. Neskôr, keď vznikli prvé lesy, sa niektoré hlístovce od svojich hostiteľov odpútali a ďalej žijú voľne.

Pavúkovce a hmyz majú spomedzi suchozemských tvorov najväčší počet druhov. V tomto prípade jedna-nula pre pavúka. Foto: M. Hyžný

Štvornožce. Prehliadku suchozemských tvorov zakončíme štvornožcami, označovanými niekedy ako tetrapódy. Ako už samotný názov skupiny napovedá, sú to primárne štvornohé živočíchy a zahŕňajú obojživelníky, plazy, vtáky a cicavce. Štvornožce si vyvinuli viacero prispôsobení, vďaka ktorým si súš doslova podmanili. V prvom rade začali dýchať kyslík pľúcami. Tie vznikli z vychlípeniny tráviacej sústavy u niektorých rýb. Postupným zväčšovaním plochy pľúc sa zvyšovala ich dýchacia kapacita a umožňovala prvým neskorším dobyvateľom súše z radov stavovcov žiť mimoriadne aktívnym životom. Obojživelníky na rozmnožovanie ešte potrebujú vodu, ale neskoršie plazy sa od vody odpútali úplne. Vyvinuli sa u nich vaječné obaly, ktoré chránia zárodok pred vyschnutím a súčasne umožňujú výmenu plynov. Cicavce neskôr zašli ešte ďalej – ich mláďatá sa istý čas vyvíjajú v tele matky, pričom u viacerých zástupcov sa rodia už celkom životaschopné.

Ohromný rozvoj všetkých vyššie spomenutých organizmov je priamym dôsledkom kolonizácie súše (terestrializácie), ktorú možno považovať za jednu z najvýznamnejších evolučných udalostí. Ďalšia časť seriálu sa bude venovať samotnému príbehu dobytiu súše a to, čo sme si doteraz povedali, si dáme do časových súvislostí.