Nový výzkum odhaluje fascinující způsob, jakým se měkké organismy zachovaly před 600 miliony let.
Když zemře živý tvor, jeho tělo obvykle rychle zmizí, ale za výjimečných okolností může začít pomalá cesta k tomu, aby se z něj stala zkamenělina. Někdy k tomu dochází permineralizací, kdy je organismus pohřben a jeho tkáněmi prosakuje voda bohatá na minerály, která vyplňuje póry a dutiny, až se stanou tvrdými jako kámen; to je klasický případ zkamenělých kostí a klád.
Jindy se původní materiál zcela rozpustí a zanechá v hornině forma, která se pak může vyplnit a vytvořit odlitek, podobně jako negativní stopa. Existuje také karbonizace, typická pro listy nebo hmyz, kdy teplo a tlak odstraní téměř vše kromě velmi tenké vrstvy uhlíku, která obkresluje jejich siluetu. Vzácněji jsou některé pozůstatky zachyceny téměř neporušené v pryskyřici (která se nakonec změní v jantar), v ledu nebo v extrémně suchém či slaném prostředí, kde je rozklad zpomalen. Každá zkamenělina je nakonec malým zázrakem, kde biologie a geologie jdou ruku v ruce. Existují však i výjimečné případy.
V paleontologii hovoříme o místech výjimečného zachování (neboli Lagerstätten) a označujeme tak místa, kde se zachovaly nejen kosti nebo schránky, ale také měkké tkáně, stopy pohybu, otisky kůže nebo dokonce obsah střev. Jsou to výsadní okna do minulosti, protože umožňují rekonstruovat celé ekosystémy, nejen jejich tvrdé části. Ediakarská biota, soubor zkamenělin z doby před 575 až 541 miliony let, je jedním z těchto extrémních případů: měkké organismy bez koster, detailně zachované v pískovcích, které by v zásadě neměly nic tak jemného pojmout.
Související článek
Nejzáhadnější zkameněliny Země, představující měkké organismy, které žily před přibližně 570 miliony let, právě odhalily jedno ze svých největších tajemství: za jejich zachování nebyla zodpovědná „tvrdá“ tělesa, ale velmi zvláštní chemie oceánu, která působila jako přirozený tmel sedimentů. Toto zjištění, publikované v časopise Geology, ukončuje desetiletí trvající vědeckou debatu o tom, proč se tyto formy života z doby před kambrickou explozí navzdory své křehkosti tak dobře zachovaly v pískovcových horninách.
Pro pochopení významu tohoto objevu je užitečné zařadit tyto organismy v čase. Ediakarské období, které trvá přibližně od 635 do 541 milionů let, označuje konec prekambria a předchází slavné kambrické explozi, kdy se ve fosilním záznamu náhle objevuje většina dnešních velkých skupin živočichů. Ediakarská biota představuje nejstarší společenstva velkých a složitých mnohobuněčných organismů, která kolonizovala mořské hlubiny, a je známa především z Austrálie (lokalita Ediacara Hills, podle níž je skupina pojmenována), ostrova Newfoundland (Newfoundland, Kanada), Ruska a Namibie.
Organismy takzvané ediakarské bioty měly měkká těla (bez koster a schránek) a struktury, které se dnes zdají být téměř cizí a nepřipomínají nic z toho, co žije dnes. Tato jedinečnost není jen estetická: díky ní je jejich zachování v horninách záhadou. Pískovce, tvořené hrubými, porézními zrnky písku, se obvykle tvoří v prostředí rozrušovaném vlnami a bouřemi; v takových sedimentech se totiž měkká těla rychle rozkládají a mizí dříve, než zkamení.
Někteří z těchto živočichů, jako je Charnia, připomínají listy nebo mořské kapradiny ukotvené na dně; jiní, jako Dickinsonia, připomínají segmentované oválné polštářky; existují diskovité formy, jako je Aspidella, a živočichové s fraktálním větvením, jako je Rangea. Jejich vzhled je natolik záhadný, že vědci navrhli nejrůznější hypotézy: od primitivních živočichů, obřích hub nebo kolonií mikroorganismů až po představitele zcela zaniklé říše života, tzv. vendobionty. Dodnes nepanuje úplná shoda ohledně jejich postavení na stromu života.
Tvary ediakarské bioty vypadají naprosto bizarně: „některé mají trojúhelníkovou symetrii, jiné spirální ramena, další vykazují fraktální vzory,“ vysvětluje v prohlášení Lidya Tarhanová, vedoucí studie. Je opravdu těžké, když je poprvé uvidíte, vědět, kam je na stromu života zařadit. Díky této jedinečnosti je o to překvapivější, že po sobě zanechaly tak detailní otisky.
Až dosud byl nejrozšířenějším vysvětlením tak jemného zachování takzvaný model „masky smrti“: předpokládalo se, že ediakarské mořské dno bylo pokryto hustými koberci mikrobů (především bakterií a mikroskopických řas), které, rostouce na tělech, vytvořily jakousi ochrannou krustu. Tato krusta měla zpevnit sediment a vytvořit odlitek organismu před jeho úplným rozkladem. Nová práce nevylučuje roli mikrobů, ale přidává klíčového hráče, který byl dosud podceňován: autigenní jíly vytvořené na samotném mořském dně.
Klíč k záhadě spočívá v procesu fosilizace, konkrétně v minerálech, které se kolem těchto organismů vytvořily, když zemřely a byly pohřbeny v sedimentech. K odhalení tohoto procesu použil Tarhanův tým inovativní techniku: analýzu izotopů lithia ve fosiliích z kanadského Newfoundlandu a severozápadní Kanady. Tento přístup umožnil rozlišit, zda byly jílové minerály v sedimentech detritické (z povrchu pevniny), nebo autogenní (vznikly přímo na mořském dně).
Izotopy jsou varianty téhož chemického prvku, které mají různé hmotnosti. V případě lithia jsou dva hlavní stabilní izotopy lithium-6 a lithium-7. Jíly, které se tvoří v oceánu, mají tendenci tyto izotopy charakteristickým způsobem frakcionovat a zanechávají chemický „podpis“, který mohou geologové odečíst o miliony let později. Srovnáním tohoto podpisu s jíly vyplavenými z kontinentů byl tým schopen rekonstruovat původ minerálů ve fosilních horninách.
Výsledky ukázaly, že v sedimentech, které pokryly organismy, byly skutečně detritické částice jílu. Důležitější však bylo, že tyto částice fungovaly jako „semena“, která usnadňovala vznik autogenních jílů v mořském sedimentu. Tyto jíly se hromadily kolem pohřbených těl a fungovaly jako přírodní cement, který spojoval zrna pískovce a věrně zachovával vnější tvar měkkých organismů.
V praxi by tento proces vypadal asi takto: organismus z ediakarské bioty zemře na mořském dně pokrytém mikrobiálními rohožemi. Bouře nebo proud jej rychle pohřbí pod vrstvou písku. Pórová voda – voda, která cirkuluje mezi zrnky písku – je nasycena určitými ionty (např. hořčíku, železa, křemíku a lithia) a má velmi specifické pH a chemické podmínky. V takovém prostředí se během několika hodin nebo dnů začnou srážet jílové minerály, které přednostně ulpívají na již existujících organických površích a jemných částicích a vytvářejí kolem těla ztvrdlý film. Když se organismus rozkládá, tento film zachovává jeho obrysy jako reliéf nebo negativní otisk.
„Pokud chceme pochopit počátky složitého života na Zemi,“ dodává Tarhan, „zaujímá ediakarská biota kritický bod na této trajektorii. Nejen pro ediakarskou biotu, ale pro všechny výjimečně zachovalé fosilní soubory je nesmírně důležité zjistit, jaké mechanismy stojí za touto výjimečnou fosilizací.“
Tento typ konzervace, při němž jsou měkké tkáně replikovány minerály, které se tvoří in situ, je znám jako konzervace ranou mineralizací. V jiných známých lokalitách, jako jsou Burgessovy břidlice (Kanada) nebo Čcheng-ťiang (Čína), jsou kambrické organismy zachovány díky uhlíkovým vrstvám a minerálům, jako je pyrit (sulfid železa), které se tvoří velmi brzy po pohřbení. V případě ediakarské bioty není hlavním hrdinou železo, ale jíly, což ukazuje na jiné chemické složení oceánu než v pozdějších dobách.
Je toho však více. Současně s vysvětlením procesu fosilizace zpochybňuje i dlouho zažité představy. Dlouhou dobu se předpokládalo, že tělo ediakarské bioty možná obsahovalo nějakou „obzvláště tvrdou“ látku, která ho pomáhala konzervovat. Dokonce se předpokládalo, že některé z těchto organismů mohly mít kutikuly bohaté na chitin nebo materiály podobné těm, které mají dnešní medúzy a které byly tvrdší, než se dříve předpokládalo. Nové výsledky však naznačují, že rozhodující nebyla biologická odolnost organismů, ale chemismus prostředí, v němž byly pohřbeny.
Tento posun v perspektivě má hluboké důsledky. Pokud je klíčové prostředí, a ne tolik typ organismu, pak ediakarská biota možná není ve své biologii tak „jedinečná“, jak se dříve myslelo, ale je výsledkem shody náhod mezi měkkými formami života a oceánem s velmi specifickými chemickými podmínkami. Jinými slovy: před ediakarem i po něm mohlo existovat mnohem více měkkých organismů, ale pouze v určitých dobách a na určitých místech byla chemie mořského dna vhodná k jejich zvěčnění v horninách. To, co vidíme ve fosilním záznamu, by opět byl velmi zkreslený vzorek toho, co skutečně existovalo.
„Tyto jíly fungovaly jako přírodní cement, který držel zrnka písku v pískovci pohromadě a zachoval tvary a repliky měkkých tkání,“ uzavírá Tarhan. Dalším krokem je použít stejnou izotopovou techniku na zkameněliny z jiných dob a míst, aby se zjistilo, zda stejný mechanismus vysvětluje další případy výjimečného zachování, což je technika, která by mohla přepsat část historie raného života na naší planetě.
Pokud se potvrdí, že tvorba autogenních jílů byla opakovaným procesem v různých obdobích historie Země, budou mít paleontologové nový nástroj k vyhledávání a rozpoznávání potenciálně výjimečných nalezišť. Stačilo by identifikovat sedimentární horniny s podobnými izotopovými signaturami lithia, aby vzniklo podezření, že by se v nich mohly skrývat pozoruhodně zachovalé měkké fosilie. To by mohlo pomoci vyplnit kritické mezery například v přechodu mezi dominantními prekambrickými mikroby a složitými kambrickými živočišnými ekosystémy.
Studie také souvisí s širší otázkou: vývojem chemismu oceánů v průběhu geologického času. Během ediakaru procházela zemská moře drastickými změnami v obsahu kyslíku, živin a rozpuštěných minerálů. Události jako předchozí globální zalednění („sněhová koule Země“) a postupné okysličování atmosféry hluboce změnily koloběh prvků, jako je uhlík, síra a železo. Autigenní jíly zaznamenávají část této historie, takže pochopení toho, jak vznikly, objasňuje nejen to, proč některé organismy zkameněly, ale také to, jaké byly oceány, v nichž žily.
Souběžně s tím ediakarská biota nadále vyvolává nepříjemné otázky. Mnoho jejích příslušníků zmizelo těsně před kambrickou explozí nebo během ní. Byli vytlačeni novými živočichy s kostrou a schopností hrabat? Změnila se chemie oceánu tak, že již nepřála jejich zachování, což vyvolalo falešný dojem masového vymírání? Nový výzkum naznačuje, že přinejmenším zčásti může být to, co interpretujeme jako „objevení“ a „zmizení“ ve fosilním záznamu, podmíněno přítomností či nepřítomností těchto raných minerálních tmelů.
Nakonec nám tato práce připomíná něco zásadního: fosilní záznam není neutrální archiv, ale dokument hluboce upravený geologií. To, co se zachovalo, závisí na řetězci fyzikálních, chemických a biologických náhod. To, že dnes můžeme kontemplovat stopy podivných, měkkých bytostí, které žily před téměř 600 miliony let, je do značné míry způsobeno tím, že v onom vzdáleném oceánu se jíly rozhodly čistě chemickou cestou stát se sochaři života.