Pierwsze czworonogi wyszły na ląd w Górach Świętokrzyskich - Mirosław Rutkowski

Sensacyjne odkrycie w kamieniołomie Zachełmie pod Kielcami – polscy i szwedzcy naukowcy odkryli najstarsze na świecie ślady czworonogów, które odważyły się po raz pierwszy postawić stopę na suchym lądzie...

Każdy z nas potrafi dostrzec różnice w budowie ciała i sposobie życia pomiędzy takimi zwierzętami jak żaba, wąż, pies, wieloryb, nietoperz, pingwin czy gołąb.  Są to odmienności, powstałe wskutek działania ewolucji, która ukształtowała te zwierzęta, takimi jakimi je znamy. Jeśli jednak cofniemy się w czasie geologicznym, okaże się, że wszystkie one (co więcej – również człowiek) mają wspólnego przodka. Było nim zwierzę niepodobne do żadnego dzisiaj znanego, o cechach pośrednich między rybą a płazem, wyposażone w cztery kończyny kroczne zakończone 7 lub 8 palcami i rybia łuską na powierzchni ciała. Z tych dziwacznie wyglądających stworzeń powstały pierwsze lądowe czworonogi, zdolne do sprawnego poruszania się po suchym lądzie.

Rewolucyjna transformacja

Przemiana stworzeń wodnych w lądowe była jedną z najbardziej rewolucyjnych jakie zaszły w dziejach życia na Ziemi i na zawsze odmieniła jego historię. Paleontolodzy od dawna starali się zrozumieć szczegóły tej ewolucyjnej transformacji. Badania zaowocowały odkryciem wielu skamieniałości uznanych do niedawna za tzw. formy przejściowe. Należą do nich takie prehistoryczne stworzenia, jak Elginerpeton, Ventastega, Acanthostega i Ichthyostega.

Szczególne dokonania w badaniach pierwszych czworonogów mają szwedzcy i brytyjscy badacze.  Związani z tzw. „sztokholmska szkołą” prof. Anders Erik Jarvik oraz prof. Gunnar Säve-Söderbergh, odkrywcy słynnej ichtiostegi z Grenlandii oraz prof. Jennifer Alice Clack i jej wychowanek prof. Per Erik Ahlberg, reprezentujący szkołę brytyjską i poglądy, które dojrzewały w Oxfordzie i Cambridge.

Co możemy powiedzieć o dotychczas poznanych wczesnych tetrapodach?  Wszystkie mają cechy anatomiczne zbliżające je wyglądem do dzisiejszych salamander. Wszystkie miały cztery kończyny z palcami, są wieku późnodewońskiego (epoka między 385 a 360 milionów lat temu) i pochodzą z osadów powstałych w środowiskach śródlądowych, słodkowodnych.


Polskie odkrycie

Jednak podręczniki paleontologii trzeba będzie zmienić. Zwierzęta czworonogie wyszły bowiem na ląd przynajmniej 18 mln lat wcześniej niż dotąd przypuszczano. Na dodatek żyły nie w rzekach i jeziorach, jak do tej pory sądzono lecz na wybrzeżach ciepłych, płytkich mórz.

Piszą o tym na łamach "Nature" z 7 stycznia 2010 roku odkrywcy najstarszych na świecie tropów czworonogów: Grzegorz Niedźwiedzki z Uniwersytetu Warszawskiego i Piotr Szrek z Państwowego Instytutu Geologicznego. Pozostali autorzy artykułu to Katarzyna Narkiewicz i Marek Narkiewicz z Państwowego Instytutu Geologicznego oraz szwedzki badacz najstarszych czworonogów Per Erik Ahlberg (Uniwersytet w Uppsali). Publikacja nosi tytuł "Tetrapod trackways from the early Middle Devonian of Poland", a o jej wadze świadczy fakt, że redakcja czasopisma umieściła zdjęcie śladów świętokrzyskich czworonogów na okładce, co jest wydarzeniem bez precedensu w historii polskich nauk przyrodniczych.


Tędy przeszedł najstarszy na świecie czworonóg. Piotr Szrek i Grzegorz Niedźwiedzki  przy tropach dewońskich tetrapodów. Fot. M. Hodbod


Jak odkryto ślady pierwszych czworonogów?

W 2002 roku Grzegorz Niedźwiedzki prowadził badania terenowe w kamieniołomie Zachełmie, w pobliżu Kielc. W trakcie pracy natknął się na dziwne struktury utrwalone w warstwie  dolomitów dewońskich, które przypominały ślady odciśnięte przez triasowe gady. Niezależnie, bez wiedzy o odkryciu G. Niedźwiedzkiego, zagadkowe struktury, wyglądające jak tropy „małych słoni” znalazł w tym samym odsłonięciu w 2004 r. dr inż. Zbigniew Złonkiewicz z Oddziału Świętokrzyskiego PIG. Jego również uderzyło go podobieństwo tych struktur do śladów stąpnięć, jakie w grząskim podłożu zostawiały  jurajskie dinozaury. Odkrycie było jednak tak niezwykłe, że trzeba było kilku lat przemyśleń i badań, by zrozumieć, czym w rzeczywistości są owe tajemnicze formy.


Tajemnicze ślady w kamieniołomie Zachełmie. Fot. G. Niedźwiedzki   

W 2007 roku, Grzegorz Niedźwiedzki, po wysłuchaniu na Uniwersytecie w Uppsali fascynującego wykładu prof. Pera Erika Ahlberga „Jak z rybich płetw wykształciły się łapy - powstanie i ewolucja pierwszych czworonogów” powrócił do Zachełmia, by jeszcze raz przyjrzeć się zagadkowym odciskom. To był przełom – badaczowi udało się znaleźć nowe dowody, pozwalające zrozumieć co takiego zdarzyło się przed milionami lat w miejscu, gdzie dzisiaj jest kamieniołom Zachełmie. Kolejne, doskonale zachowane okazy odkryte w latach 2007–2009 nie pozostawiły wątpliwości – mamy tu najstarsze na świecie ślady kroczenia pierwszych czworonogów, które wyszły z morza na suchy ląd.



Widok ogólny kamieniołomu dolomitów Zachełmie. Fot. G. Niedźwiedzki

Tropy prowadzą nad morze

Dlaczego ślady są tak ważne, ważniejsze nawet niż szczątki kostne osobnika, który je odcisnął? Odpowiedź jest prosta - są one najlepszym dowodem, że to stworzenie było zdolne do poruszania się po lądzie. Na podstawie tropów i analizy powierzchni osadu na której są zachowane można dokładnie odtworzyć warunki jakie panowały w czasie ich powstania. Takie ślady, niezależnie od kości, dostarczają wielu cennych informacji dotyczących pośrednio budowy łap ich twórców oraz bezpośrednio sposobu ich poruszania się. Odkryte tropy pokazują, że w rejonie dzisiejszych Gór Świętokrzyskich, na obszarach rozległych płycizn morskich, żyły zwierzęta mające cztery kończyny kroczne z palcami i zdolne do poruszania się na suchym lądzie. Środowisko powstania tych osadów jest niezwykłe w świetle dotychczasowych poglądów i wskazuje, że to nie rzeki i jeziora były kolebką czworonogów, lecz płytka, okresowo wynurzająca część szelfu (tzw. platforma węglanowa). Takie środowisko dzisiaj możemy możemy obserwować wokół archipelagu Bahamów.

Tak mógł wyglądać świętokrzyski czworonóg. Liczne ślady znalezione w kamieniołomie Zachełmie - niektóre o szerokości 26 cm - pozwalają przypuszczać, że było to duże zwierzę, około 2,5 metrowej długości. Brak śladów wleczenia korpusu świadczy, że sprawnie poruszało się po lądzie, jednak zapewne potrafiło również dobrze pływać. Makietę wykonała Marta Szubert. Jest ona eksponowana w Muzeum Geologicznym w Warszawie. Fot. K. Skurczyńska-Garwolińska

Platforma węglanowa, powstała z końcem dolnego dewonu, rozwijała się w obrębie bardzo rozległego południowego szelfu kontynentu Laurussji, w warunkach klimatu międzyzwrotnikowego. W wyniku silnych pływów, zmian poziomu morza oraz ruchów tektonicznych pewne obszary tej platformy mogły być okresowo wynurzane, odsłaniając dno morskie, niezwykle bogate w różne organizmy morskich bezkręgowców. To właśnie one mogły być powodem upodobania tego miejsca przez pierwsze czworonogi, szukające łatwej zdobyczy. Dowody na okresowo panujące lądowe warunki stanowią liczne poziomy ze szczelinami z wysychania oraz ślady kropel deszczu.


Kamieniołom Zachełmie - ślady wysychania błotnistej powierzchni wyglądają jakby powstały wczoraj, jednak w rzeczywistości mają ponad 395 milionów lat. Świadczą one o środowisku w którym bytowały pierwsze lądowe czworonogi. Fot. P. Szrek


Kiedy czworonogi wyszły na ląd?

Nie tylko odtworzenie środowiska okazało się istotne w przypadku tropów z Zachełmia. Dla zrozumienia przemian ewolucyjnych, kluczowe jest określenie chronologii zdarzeń. Na podstawie mikroskamieniałości udało się bardzo dokładnie oznaczyć wiek warstw w kamieniołomie. Ustalono, że część profilu z tropami powstała we wczesnym środkowym dewonie, a zatem nie później niż 395 milionów lat temu. Wskazuje to więc, że świętokrzyskie ślady są o 18 milionów lat starsze niż najstarsze kości zwierząt uważanych dotychczas za pierwsze czworonogi. Implikacje znaleziska zmieniają zatem zarówno środowisko jak też czas oraz scenariusz wyjścia ryb na ląd.

Wiek formacji wojciechowickiej, w obrębie której znaleziono tropy, był już niegdyś interpretowany jako środkowodewoński, ostateczne potwierdzenie tego datowania przyniosło jednak odkrycie przez dr Katarzynę Narkiewicz i prof. Marka Narkiewicza mikroskopijnych skamieniałości zwanych konodontami.


Szczątki niewielkich zwierząt morskich zwanych konodontami, które posłużyły do do ustalenia wieku tropów odkrytych w Zachełmiu (źródło: artykuł Katarzyny i Marka Narkiewiczów w Neues Jb. Geol. Palaeont., Abh., 2010)

Tekst: Mirosław Rutkowski

O AUTORACH PUBLIKACJI W NATURE

"Tetrapod trackways from the early Middle Devonian of Poland" z 7 stycznia 2010 r.

Grzegorz Niedźwiedzki - urodzony 1 września 1980 roku. Absolwent kieleckiego Technikum Geologicznego. Wraz z Piotrem Szrekiem, również wychowankiem kieleckiego „Geologa”, po raz pierwszy poszukiwał skamieniałych kręgowców dewońskich w Górach Świętokrzyskich już ponad 10 lat temu. Jeszcze jako uczeń technikum został zwycięzcą konkursu dla młodych europejskich talentów naukowych w Amsterdamie, gdzie przedstwił pracę o tropach dinozaurów.Absolwent Wydziału Biologii Uniwersytetu Warszawskiego. Obecnie doktorant w Zakładzie Paleobiologii i Ewolucji UW. Uczestnik ekspedycji Royal Geographical Society na Oceanie Indyjskim. Członek wyprawy badawczej w Góry Karatau w Kazachstanie oraz badacz permo-triasu i jury w Polsce, Rosji i ostatnio w Tunezji. Współodkrywca wielu stanowisk z tropami i kośćmi mezozoicznych gadów oraz „Potwora z Lisowic”, pierwszego drapieżnego dinozaura z triasu Śląska - http://www.biol.uw.edu.pl/ewolucja/ludzie/niedzwiedzki.html ; Ten adres pocztowy jest chroniony przed spamowaniem. Aby go zobaczyć, konieczne jest włączenie w przeglądarce obsługi JavaScript..

Piotr Szrek - urodzony 27 października 1979 roku. Absolwent kieleckiego Technikum Geologicznego, w którym wraz z Grzegorzem Niedźwiedzkim zdobywał pierwsze doświadczenia związane z geologią i paleontologią. Absolwent Wydziału Geologii Uniwersytetu Warszawskiego, w trakcie kończenia doktoratu pod kierunkiem dr. hab. prof. UW Michała Gintera. Głównym tematem jego badań są ryby pancerne z dewonu Gór Świętokrzyskich. Ich skamieniałości poszukuje i opisuje od 15 lat. Ostatnio zajmuje się również szerzej kręgowcami dewońskimi, w tym tymi które wyszły na ląd. Autor 20 publikacji naukowych, uczestnik i współorganizator konferencji paleontologicznych. Swoj badania paleontologiczne prowadzi na Podolu, Łotwie, Litwie i w Iranie. Obecnie pracownik Państwowego Instytutu Geologicznego w Warszawie - Ten adres pocztowy jest chroniony przed spamowaniem. Aby go zobaczyć, konieczne jest włączenie w przeglądarce obsługi JavaScript..

Katarzyna Narkiewicz -  ur. w 1951 r. Ukończyła studia w zakresie paleontologii na Wydziale Geologii UW. Od 1976 r. pracuje w Państwowym Instytucie Geologicznym w Warszawie. Początkowo zajmowała się problematyką złóż ropy i  gazu. Po 6-letnim urlopie wychowawczym (Julia i Adam), wróciła od 1989 r. do badań mikropaleontologicznych dotyczących konodontów, mikroskopijnych skamieniałości o niepewnym pochodzeniu, ale niezwykle cennych dla ustalania wieku skał. W 2007 r. obroniła doktorat z biostratygrafii i paleoekologii konodontowej dewonu środkowego obszaru radomsko-lubelskiego. We współpracy z geologami belgijskimi i białoruskimi prowadzi badania nad zespołami konodontów dewońskich z Białorusi, Belgii, Francji, Maroka i Ameryki Pn. Ich przedmiotem jest m.in. uszczegółowienie podziału stratygraficznego dewonu środkowego dla celów porównań globalnych. Jest autorką 17 publikacji w tym 5 w czasopismach z listy filadelfijskiej, a także szeregu prezentacji na konferencjach międzynarodowych  - Ten adres pocztowy jest chroniony przed spamowaniem. Aby go zobaczyć, konieczne jest włączenie w przeglądarce obsługi JavaScript..

Marek Narkiewicz -  ur. w 1951 r., po studiach na Wydziale Geologii UW obronił tam doktorat (1977) pod kierunkiem prof. M. Szulczewskiego. Od  1977 r. związany zawodowo z Państwowym Instytutem Geologicznym w Warszawie, gdzie habilitował się w 1991 r., a od 2003 r. jest profesorem. W latach 2000-2001 pełnił obowiązki dyrektora Instytutu. Redaktor i współautor 5 monografii, autor 80 artykułów naukowych, dotyczących głównie stratygrafii i paleogeografii dewonu, analizy basenów sedymentacyjnych oraz sedymentologii, diagenezy i historii termicznej skał węglanowych. Wieloletni redaktor "Geological Quarterly", pierwszego polskiego czasopisma geologicznego na liście filadelfijskiej. Współtwórca ostatniej edycji „Polskich zasad stratygrafii”. Członek międzynarodowej Podkomisji ds. Stratygrafii Dewonu, członek Komitetu Nauk Geologicznych PAN. Laureat nagród naukowych Polskiego Towarzystwa Geologicznego, PAN i Ministerstwa Środowiska. Odznaczony za pracę  naukową m.in. Złotym Krzyżem Zasługi - http://www.narkiewicz.eu ; Ten adres pocztowy jest chroniony przed spamowaniem. Aby go zobaczyć, konieczne jest włączenie w przeglądarce obsługi JavaScript..

Per Erik Ahlberg -  szwedzki badacz wczesnych kręgowców, profesor w Centrum Biologii Ewolucyjnej Uniwersytetu w Uppsali. Absolwent Oxford University, w 1989 obronił doktorat z zoologii na University of Cambridge. W czasie studiów doktoranckich zajmował się pierwotnymi rybami mięśniopłetwymi. Jest naukowym wychowankiem prof. Jennifer Clack z Cambridge University. 
Autor ponad 20 artykułów w „Nature” i innych prac (około 40) opublikowanych na łamach prestiżowych pism biologicznych i paleontologicznych, odkrywca Elginerpetona (publikacja w „Nature” w 1991 roku). Pracował w wielu placówkach naukowych na świecie. Przez wiele lat był związany z Muzeum Historii Naturalnej w Londynie. Obecnie mieszka w Uppsali.