Před téměř 500 miliony let, dávno před vznikem prvních dinosaurů, se zvířata, která vládla Zemi, od těch dnešních velmi lišila.
Nejběžnějšími členovci byli trilobiti s tvrdým exoskeletem a poprvé se složitýma složenýma očima. Existovali brachiopodi, podobní mlžům, anomalocaris (dravci dlouzí asi 60 centimetrů), ostnokožci (příbuzní hvězdic) a velmi, velmi vzácní červi. A právě ti nás zajímají, zejména jeden patřící do čeledi Vetulicholidae.
Dějištěm je kambrium, období známé jako „kambrická exploze“: během pouhých několika milionů let explodovala rozmanitost živočišných forem. Objevili se první zástupci mnoha velkých skupin, které dnes dominují mořským i suchozemským ekosystémům. V tomto kontextu téměř zběsilých biologických inovací se na malých evolučních experimentech testovala nová anatomická řešení: schránky, páteře, čelisti… a také oči.
Nebyl delší než centimetr, neměl monstrózní čelisti ani hrozivé kleště, ale jeho anatomie skrývá výjimečné překvapení: měl čtyři oči. Podle studie jeho fosilie, publikované v časopise Nature, patřil k vyhynulému druhu z čeledi mořských živočichů, zmíněných Vetulicholidae. Tito živočichové s ohebným článkovaným tělem od svého objevu fascinují paleontology díky směsici primitivních a bizarních rysů, které naznačují blízké spojení s předky všech obratlovců (včetně člověka), i když se nejedná o naše přímé předky.
Vetulicholidae jsou známí od konce 20. století z výjimečných nalezišť v Číně, například v Čcheng-ťiangu, i jinde ve světě. Od té doby jsou skutečnou hádankou: byli to červi? příbuzní členovců? nebo něco bližšího chordátům, skupině, do které patří ryby, obojživelníci, plazi, ptáci a savci? Nový druh se čtyřma očima, který popsal tým Xing Xiu a jeho kolegů, přidává do této skládačky klíčový kousek tím, že ukazuje detaily jeho hlavy a smyslového ústrojí, které jsme si dosud mohli jen představovat.
Dotyčný živočich má dva páry očnic neboli očních důlků umístěných na obou stranách hlavy, což mu dává zdání, že má čtyři oči. Toto uspořádání se může zdát záhadné, ale má pravděpodobné funkční vysvětlení. V oceánském světě plném dravců a rozptýlené potravy by širší zorné pole bylo skutečnou evoluční výhodou: mohlo by mu pomoci odhalit stíny nebo pohyb zepředu i ze stran, což by zvýšilo jeho šance na přežití.
Totéž platí pro mnoho dnešních moderních zvířat. Některé ryby a korýši mají široce rozkročené oči, které jim umožňují sledovat většinu okolí, přičemž výměnou za lepší detekci hrozeb obětují část hloubkového vidění. V případě tohoto zástupce rodu Vetulicholida mohly dva páry očí kombinovat různé funkce: například pár očí směřující více dopředu k vyhledávání potravy a pár očí směřující více do stran ke sledování dění kolem. Nebyly to „čtyři oči“, jako jsou ty naše zdvojené, ale vizuální systém rozdělený do několika jednoduchých jednotek.
Oči byly poměrně jednoduché, nedaly se srovnávat se složitými zrakovými systémy moderních zvířat, ale přesto poskytovaly dostatečnou citlivost na světlo a pohyb, aby mohly řídit chování zvířete. To, že se tyto oči ve fosiliích zachovaly, není náhoda: podmínky, v nichž byly tyto exempláře pohřbeny, umožnily zachovat i měkké struktury, které se ve fosilním záznamu obvykle ztrácejí. To autorům studie, vedené Xing Xiu, nabídlo okno do biologie organismu, který byl dosud znám pouze z rudimentárních fragmentů.
Většina zkamenělin, které vidíme v muzeích, jsou jen kosti, schránky nebo exoskelety – tvrdé části. Oči, mozky, svaly nebo vnitřní orgány se zachovávají jen zřídka, protože se rychle rozkládají. Na některých výjimečných lokalitách – nazývaných Lagerstätten– však kombinace rychlého pohřbení, nedostatku kyslíku a chemického složení sedimentu umožňuje, aby i měkké tkáně zanechaly detailní stopu. Tak je tomu v Čcheng-ťiangu v jižní Číně, kde byly nalezeny fosilie staré více než 500 milionů let s rozpoznatelnými nervy, střevy a dokonce i očními strukturami.
V nové fosilii se vědcům podařilo identifikovat nejen oční dutiny, ale také stopy pigmentů a uspořádání fotoreceptorových buněk, což posiluje interpretaci, že se jedná o skutečné zrakové orgány, a ne jen o skvrny či výčnělky. Pomocí mikroskopie s vysokým rozlišením a chemické analýzy porovnali tyto struktury se strukturami jiných fosilních a současných živočichů, aby mohli rekonstruovat, jak tento primitivní zrakový systém mohl fungovat.
Vetulicholidae byli podlouhlí mořští živočichové bez viditelných čelistí, s tělem rozděleným na dvě části: přední část, v níž se nacházela ústa a oči, a zadní část podobná ocasu, která pravděpodobně poháněla živočicha ve vodě. Nové důkazy naznačují, že jejich způsob života spočíval v rytmickém plavání v blízkosti mořského dna, filtrování částic nebo malých organismů jako potravy a zároveň v ostražitosti vůči potenciálním hrozbám.
Jeho anatomie poněkud připomíná křížence pulce a podlouhlé tobolky. Přední část byla objemnější a pevnější, s bočními otvory, které někteří badatelé interpretují jako struktury související s dýcháním nebo filtrací potravy, podobné žaberním štěrbinám primitivních chordátů. Užší, segmentovaná zadní část fungovala jako jakýsi „hnací ocas“, který se pohyboval ze strany na stranu a vytvářel tah.
Právě tato kombinace znaků – tělo rozdělené na dvě části, hlava se smyslovými orgány a svalnatý ocas – vedla mnohé paleontology k tomu, že považují Vetulicholidae za blízké příbuzné raných chordátů. Nebyli by našimi přímými předky, ale vedlejšími větvemi společného kmene, z něhož o miliony let později vznikly ryby s páteří a mnohem později suchozemští obratlovci.
Přestože to nebyli obratlovci jako my, jejich studium pomáhá pochopit, jak se vyvinuly smyslové mechanismy u živočichů s uspořádanou osou těla, tj. u těch, kteří mají jasně rozlišený přední a zadní díl těla a tendenci aktivně se pohybovat ve svém prostředí. Součástí tohoto balíčku raných smyslových adaptací, které se postupem času diverzifikovaly do složitějších forem, jež vidíme u ryb, obojživelníků, plazů, ptáků a savců, byly i vícenásobné oči.
Zrak se neobjevil najednou nebo v jedné evoluční linii. Dnes víme, že oči se vyvinuly nezávisle na sobě několikrát u různých skupin živočichů ze světločivných buněk, které existovaly již u velmi jednoduchých organismů. Tyto buňky, když se seskupily a spojily s nervovou soustavou, daly vzniknout stále složitějším strukturám: od jednoduchých skvrn, které rozlišují světlo a tmu, až po oči s čočkami schopnými zaostřovat, jako jsou ty naše, nebo složité složené oči, jako jsou oči hmyzu.
Fosilie, jako je tento čtyřoký zástupce rodu Vetulicholida, nám ukazují mezistupeň v tomto procesu: živočicha, u kterého se již vyvinulo několik specializovaných orgánů pro zachycení světla a pohybu, ale který ještě zdaleka nedosahuje složitosti moderních obratlovců. Pochopení toho, jak byly tyto oči propojeny se zbytkem těla – například hřbetní nebo břišní nervovou šňůrou – pomáhá umístit tyto organismy na strom života a rekonstruovat, jak byl poprvé uspořádán „mozek“ schopný integrovat smyslové informace a koordinovat pohyb.
Kromě ohromujícího faktu, že živočich měl čtyři oči, má tento objev hluboké důsledky pro naše chápání rané evoluce zrakových systémů u mnohobuněčných živočichů. Fosilní záznamy z doby před 500 miliony let jsou fragmentární a každý nový dobře zachovaný kus pomáhá zaplnit obrovské mezery v naší evoluční historii.
V tomto případě fosilie nejen rozšiřuje známou rozmanitost Vetulicholidae, ale také nás nutí revidovat předchozí hypotézy o jejich postavení na evolučním stromu. Některé nedávné studie již navrhovaly, že by tito živočichové mohli být příbuzní deuterostomům – velké skupině zahrnující chordáty a ostnokožce – na základě detailů jejich anatomie a vývoje. Přítomnost poměrně složitého zrakového systému v těle s rysy deuterostomů posiluje myšlenku, že pokročilé smyslové schopnosti se objevily velmi brzy v historii naší rozšířené linie.
Zároveň nám tato fosilie připomíná něco zásadního: evoluce není žebřík, který nevyhnutelně vede k člověku, ale strom s nesčetnými větvemi, z nichž většina vymřela. Vetulicholidae představují úspěšný experiment v evoluci aktivních živočichů s na svou dobu pokročilými smyslovými schopnostmi. Anatomie, jako je ta jejich, ukazuje, že evoluce neprobíhá lineárně, ale zkoumá mnohostranná řešení problému přežití a rozmnožování. Některé z těchto cest zanikly, jiné se zachovaly a přeměnily se ve složité architektury, které dnes vidíme ve světě zvířat.
Kdybychom dnes mohli pozorovat tohoto malého čtyřokého živočicha, jak plave na kambrickém mořském dně, asi by nám nepřipadal nijak zvlášť působivý: drobná, poloprůhledná bytost, která se pohybuje rytmickými pohyby a přitom filtruje částice z vody. Z hlediska historie života však ztělesňuje klíčový okamžik: první organizovaná těla s hlavou, ocasem a rozděleným smyslovým systémem, schopná aktivně zkoumat své prostředí.
this really cool video by Kiabugboy of realistic vetulicolians swimming in a fish tank
byu/Excellent_Factor_344 inPaleontology
Studium takovýchto tvorů nakonec není jen paleontologickou kuriozitou. Je to způsob, jak pochopit, odkud se vzaly struktury, které jsou nám tak blízké jako oči, a jak přijmout fakt, že to, co dnes považujeme za samozřejmé – vidění barev, vnímání hloubky, rozlišování tvarů – je výsledkem dlouhé řady evolučních experimentů, z nichž mnohé byly geologickou náhodou zaznamenány v horninách, které dnes můžeme číst jako archiv naší nejvzdálenější minulosti.
Až se příště podíváte na rybu, hmyz nebo dokonce na svůj vlastní odraz v zrcadle, možná si vzpomenete, že před téměř 500 miliony let hlídkoval na mořském dně malý čtyřoký živočich. Nebyl to náš přímý „dědeček“, ale byl to vzdálený příbuzný, který se podílel na velkém experimentu, kdy dal oči – a smysly – tělesům pohybujícím se po ještě mladé planetě.