Paleontologie

Paleontologové se snaží nalézt odpovědi na otázky týkající se vývoje dávného života na naší planetě. K tomu je třeba znát nejen zákonitosti geologie, ale i o biologie. Mnohé příspěvky zde budou jakýmsi kompromisem mezi geologií a biologií. Jen poznáním současného stavu života totiž můžeme plně porozumět vývoji života v dávné minulosti. Pouhým pozorováním přírody kolem nás si můžeme udělat dobrou představu o životě v dávném minulost. Kolem nás žijí nejen druhy moderní, ale i relikty prvohorního či druhohorního života. Zároveň je třeba se zajímat i o formy života, které najdeme výhradně v podobě fosilií. Jedině horniny nás mohou vzít na cestu zpět v čase. Avšak čím hlouběji v čase jdeme, tím hůře jsou pro nás záznamy čitelné a uchopitelné. Z dnešního pohledu obývali naši planetu velmi zvláštní organismy, které bychom si jinak sami nedokázali představit. Do dnešního dne přežili jen zástupci skupin, které prokázaly mimořádnou odolnost a schopnost přizpůsobit se měnícím se podmínkám na Zemi a úspěšně předat své geny další generaci. Na Zemi žila ohromná kvanta druhů, která dnes nežijí.

Některé organismy se v některých obdobích vyvíjely rychleji než jiné. Na základě jejich evoluce můžeme poměrně snadno a levně zjistit stáří hornin, ve kterých se nacházejí. I díky tomu jsme zjistili, že horninový záznam není zdaleka tak kontinuální, jak by se mohlo zdát. Horninový záznam je možné přirovnat ke knize. Představte si takovou knihu se sta miliony stran, z nichž většina zničena erozí, vytržena z kontextu, některé strany byly zprohýbány vrásami a roztrhány zlomy, některé strany byly náhodně promíchány redepozicí, některé od sebe nelze oddělit a většina z nich ani neobsahuje fosilie. Avšak některé řádky zbylých stránek jsou ilustrovány nádhernými obrázky. Po celé Zemi je rozeseto několik takovýchto knih a každá je trochu jiná. Všechny jsou ale psány ve stejném jazyce a mají stejný formát. Sedimentární záznam v podobě takovéto knihy představuje naši jedinou šanci jak porozumět vývoji života na naší planetě. Cílem paleontologů je, s pomocí všech dostupných knih na Zemi, zrekonstruovat děj odehrávající se v jedné z jejich kapitol. Paleontologie není pouhé romantické bádání v minulosti. Není to pouze snaha porozumět vývoji našich předků, ale vývoji života jako takového. Snaha porozumět vývoji všech tvarů, barev a dalších adaptací života na  životní podmínky v dávné minulosti. Mnozí paleontologové obdivují nejen život minulý, ale i současný. Věřím, že pokud bychom nalezli stopy dávného života na jiných planetách, což je jistě pravděpodobnější případ než případ nalezení současně žijícího života, paleontologové by tyto stopy studovali se stejným nadšením jako ty pozemské. I přesto, že je s nimi nic přímo nespojuje. Spojuje nás jen touha vidět a porozumět - touha vidět a vědět. 

"Je možné, že jsme jediná planeta s paleontology ve vesmíru? Nevím, jestli existuje život za hranicemi naši planety, natožpak jestli dosáhl takového stupně vývoje, že sám studuje vývoj tamního života. Je ale jisté, že ve vesmíru je více fosilních než žijících druhů. Jak asi tyto fosilie vypadají? Když i fosilie na Zemi na nás působí dojmem jako by byly z jiné planety?"

Každý, kdo se o fosilie začne zajímat, se dříve nebo později zeptá na to jak fosilie vznikají a co z nich můžeme odvodit. Fosilie nejsou jen krásné. Nesou cenné informace o vývoji života a o stáří horniny, ve které se nacházejí. Každá fosilie je také klíčem k poznání prostředí, ve kterém žila nebo i klíčem k celé řadě procesů, které se podílely na vzniku samotné fosilie. O tom jaké procesy se odehrávají mezi úmrtím daného organismu a jeho fosilizací článek nazvaný tafonomie. Paleoekologie je část, která se ze všech textů na tomto webu nejvíce dotýká biologie. Je to snaha uplatnit znalosti o žijících organismech na organismy, které známe z fosilního záznamu. Nelze se na ně stoprocentně spoléhat, ale leckdy nám mohou pomoci poměrně detailně rekonstruovat prostředí, ve kterém dané organismy žily. Fosilie nejsou tak vzácné jak se obecně uvádí. Někde o ně budeme doslova zakopávat. Abychom se v takovém množstvím fosilií dokázali orientovat, vytváříme si pravidla v jejich pojmenovávání (nomenklatura) a pomocná schémata pomocí kterých tato jména organizujeme (systematika). 

Život

Fauna a flóra (živočichové a rostliny). To bylo vše, co jsme kdysi chápali pod pojmem život. S vynálezem optického a později i elektronového mikroskopu a s příchodem molekulárních biologických metod a genetiky se tento náš rozhled razantně změnil. V 19. století byli objeveni a zvlášť vyčleněni protisté, zvláštní skupina, kterou nelze chápat ani jako živočichy ani jako rostliny. V druhé polovině 20. století byly houby separovány od rostlin. A mezitím byly objeveny nesmírně rozsáhlé bohaté skupiny mikrorganismů. Zjistilo se, že život je nesmírně bohatý a komplikovaný. Živočichové, rostliny, houby a protisté představují skupinu jedno- i mnohobuněčných organismů s pravým buněčným jádrem a utváří jednu ze tří základních domén života (Eukaryota). Zbylé dvě domény (Archaea a Bacteria) zastupují jednobuněčné organismy nazývané předjaderné nebo prvojaderné (Prokaryota).

Živočichové (Metazoa)

Klasifikace živočichů podle jejich evolučního vývoje.
Vyobrazeny jsou jen paleontologicky nejvýznamnější skupiny.
(podle Hedricks 2019, zjednodušeno podle Telford et al. 2015)

Nejstarší skupinou živočichů jsou houbovci. Jejich těla se vyznačují asymetrickou stavbou a úplnou absencí pravých tkání, což jsou soustavy podobných buněk, které jako celek plní určitou tělesnou funkci. Houbovci rovněž nemají nervovou soustavu, ani ústní ani řitní otvor. Žahavci jsou o něco komplexnější skupinou živočichů s radiální symetrií, jejich těla můžeme jakkoli příčně rozdělit na dvě symetrické poloviny. Mají jediný otvor, který slouží zároveň jako ústní i jako řitní. Liší se tím od houbovců a od zbylých živočichů nazývaných Bilateria, jejichž těla jsou do jisté míry (především co se vnější stavby týče) zrcadlově souměrná. I naše těla jsou bilaterálně symetrická, patříme mezi bilateriální živočichy, u kterých můžeme posoudit, která část těla je přední (anteriorní), zadní (posteriorní), břišní (ventrální) a hřbetní (dorsální). "Bilaterálové" mají osamostatněný, ale propojený ústní a řitní otvor. To znamená, že během raného vývoje daného jedince se mezi buňkami musí utvářet volný prostor, budoucí trubice trávící soustavy. U prvoústých (Protostoma) se jako první začne utvářet ústní otvor. Prvoústé lze dále dělit na dvě skupiny. První jsou Lophotrochozoa (mechovky a ramenonožci mající orgán zvaný lofofor a kroužkovci a měkkýši, kteří se vyvíjejí z larvy zvané trochofora). Druhou skupinou jsou Ecdysozoa zahrnující z paleontologicky nejvýznamnějších skupin hlavně členovce, drápkovce a hlavatce, kteří mají společné to, že si utvářejí pevný, podpůrný vnější obal, který během růstu musejí několikrát svlékat (exoskeleton). Zbylí živočichové, u kterých se ústní otvor začne utvářet až po řitním otvoru, se nazývají druhoústí (Deuterostomia) a zahrnují ostnokožce, polostrunatce a strunatce, mezi které patříme i my. 

Mořskou faunu lze rovněž dělit na faunu kambrickou, prvohorní a moderní. Kambrická fauna představuje živočichy, kteří byli dominantním prvkem kambrických moří (jsou to především členovci, ramenonožci a hyoliti). Mnozí ze zástupců těchto skupin vymřeli při prvním hromadném vymírání koncem ordoviku. Prvohorní fauna představuje živočichy dominantní v prvohorách, z nichž mnohé čeledi vymřely během masivního permského vymírání na konci prvohor. Hlavními reprezentanty jsou opornatí ramenonožci, lilijice, hadice, hvězdice, ostrakodi, hlavonožci, žahavci a mechovky. Moderní fauna zahrnuje živočichy, kteří jsou dnes vůbec nejrozmanitěljšími skupinami. Jsou to plži, mlži, kostnaté ryby, rakovci, ostnokožci, některé mechovky a paryby. Dodnes přežívají zástupci kambrické i prvohorní fauny, avšak dnes jsou spíše na ústupu. Jsou zatlačeni moderní faunou do "okrajových", typicky hlubokomořských podmínek.

Houby (Fungi)

Houby jsou jedněmi z evolučně nejstarších mnohobuněčných organismů. Vyvinuly se ještě dříve než živočichové a pravděpodobně osídlily pevninu ještě před rostlinami. Během siluru dosahovaly houby velikosti až šesti metrů (rod Prototaxites), byly tedy vyšší než všechny tehdejší rostliny, které dorůstaly nejvýše jednoho metru. Houby obývají prostředí suchozemská i vodní, jsou mikro- i makroskopické. V přírodě hrají významnou roli rozkladačů organických zbytků, jsou schopny rozkládat rostlinný substrát. Někdy parazitují na ještě žijících rostlinách a živočiších parazitovat (především na bezobratlých, ale i na obratlovcích včetně člověka) i na ostatních houbách (při houbaření jistě najdeme mnoho plesnivých hub). Houby jsou však mnohým organismům prospěšné, ostatně i my sami je často využíváme jako potravu. Houby se snadno a rychle rozkládají. Jejich těla jsou tvořena hyfy - chitinovými vlákny. Zachovávají se předevšim jejich výtrusy (spory), které lze biostratigraficky využít. Houby jsou známy od prekambria do recentu. Typické houby takové, jaké je známe dnes, se poprvé objevily až ke konci druhohor.

Rostliny (Archaeplastida) 

Rostliny jsou jednobuněčné i mnohobuněčné "zelené" fotosyntetizující eukaryotní organismy. Přestože významným znakem rostlinných buněk jsou chloroplasty se schopností fotosyntézy, nejedná se o znak, kterým by se lišily od zbylých eukaryot nebo dokonce prokaryot. Fotosyntézy jsou schopné i některé bakterie (Cyanobacteria) a z eukaryot také někteří protisté, například jednobuněčné obrněnky (Dinoflagellata) a krásnoočka (Euglena) nebo mnohobuněčné řasám podobné chaluhy. Fotosyntetizující organismy využívají oxid uhličitý, vodu a sluneční záření a vyrábějí si potravu (cukry). Vedlejším produktem těchto reakcí je kyslík, který dýcháme my i mnohé další organismy na Zemi. Schopnost fotosyntézy však organismy automaticky nespojuje jako příbuzné. Co dělá rostliny rostlinami je přítomnost primárního chloroplastu, kterou rostliny získaly prímární endosymbiózou se sinicemi (pozřely sinice, které se staly součástí jejich těl). Zbylé fotosyntetizující organismy získaly chloroplast až pozřením organismu, který pozřel sinici (sekundární endosymbióza) nebo pozřením organismu, který pozřel organismus, který pozřel sinici (terciární endosymbióza). 

Klasifikace rostlin není jednoduchá ani pevně ustálená. Pokud se omezíme pouze na paleontologicky nejvýznamnější rostliny, pak to budou primitivní řasy glaukofyty (Glaucophyta) dosud uzavírající ve svém těle sinici; červené řasy (Rhodophyta) s pravými, modifikovanými chloroplasty a zelené řasy (Chlorophyta) spolu s nám velmi dobře známými vyššími rostlinami přizpůsobenými životu na souši (Embryophyta, dříve Cormobionta). Zelené řasy a vyšší rostliny jsou řazeny mezi zelené rostliny (Viridiplantiae) s chloroplasty obarvenými fotosyntetizujícím barvivem. Ve fosilním záznamu se setkáme především se zachovalými částmi rostlin, nejčastěji se stonky nebo listy, případně s pylovými zrny, semeny a plody, výjimečně květy.

"Fylogenetické bádání o bezcévnatých rostlinách dostoupilo v poslední době značné výše použitím různých nových metod a způsobilo časté převraty v nazírání na tuto část rostlinstva. Mnoho však nerozřešených otázek se zde naskytuje pro badatele." 

Vilhelm, J. (1931): Archaiophyta a Algophyta, upraveno

Protisté (Protista)

Výše uvedený komentář Jana Vilhelma o nových metodách a převratech v systematice "nižších" rostlin je nadčasový. Platí i dnes a bude platit i nadále a to nejen v systematice řas. Existují i další řasy než ty řazené mezi rostliny. Všechny byly původně součástí jediné skupiny a byly řazeny mezi nižší (bezcévnaté) rostliny, avšak s příchodem molekulárních metod se ukázalo, že některé řasy nelze považovat za rostliny. Vznikl tak jakýsi "odpadkový koš" nazývaný prvoci (Protozoa, Protoctista či Protista), nová skupina organismů, do které byly řazeny všechny problematické eukaryotní organismy, které nebyly pravými houbami, živočichy ani rostlinami. Protisté nejsou přirozenou (monofyletickou) skupinou, ale spíše tradiční a dnes již zastaralou a překonanou skupinou, která zahrnovala množství organismů, jejichž vzájemné příbuzenské vztahy jsou velmi složité. Pro jednoduchost se zde držím tradičního schématu a jednotlivým skupinám se, bez ohledu na jejich příbuzenské vztahy, věnuji detailněji v samostatných článcích níže. Mnohé z těchto organismů byly stratigraficky významné a mnohé také přežívají dodnes.

Ichnofosilie (trace fossils)

Zvláštní klasifikační skupinu představují ichnofosilie. Nejedná se o eukaryota jako taková, ale spíše o stopy po činnosti eukaryot, tedy například stopy po lezení, obytné struktury, stopy po predaci, odpočinkové stopy a další. Jsou paleontologicky velmi významné, neboť často zachovávají stopy organismů, po kterých nemusí být ve fosilním záznamu jinak "ani stopy". Jedná se především o organismy s měkkými těly, která se nezachovávají - například červi. Stopy obecně jsou velmi užitečné. Například stopy obratlovců nám umožňují odhadnout jejich hmotnost, rekonstruovat styl chůze a rychlost pohybu. Ichnofosilie můžeme najít v horninách různého stáří už od prekambria. Mnohé z nich jsou stratigraficky významné. Například prvním výskytem stopy Treptichnus perun je definován počátek kambria. Ichnofosilie jsou poměrně časté a k jejich redepozicím téměř nedochází, a když ano tak to poznáme. Mohou být nalezeny i v metamorfovaných sedimentech, typicky ve kvarcitech. Jen zřídkakdy jsou však ichnofosilie zachovány společně s jejich původcem. Bohužel, i velmi rozdílní živočichové mohou utvářet podobné i skoro stejné stopy. A naopak i zástupci jednoho druhu, ale různého stáří (například larvy oproti dospělcům) mohou utvářet různé stopy. A nakonec, i jeden jedinec v dané vývojové fázi může vytvářet několik různých stop. 

Všechny žijící organismy za sebou zanechávají stopy. I ty se nám mohou ve fosilním záznamu dochovat.

Slovenské Národní Muzeum.

Ichnofosilie jsou využívány i v sedimentologii, kdy umožňují odhadnout dynamiku prostředí, teplotu, salinitu, směr proudění a podobně. Typickým příkladem je stopa Ophiomorpha, kterou tvoří desetinozí ráčci, kteří si budují doupata na mořském dně. Po erozi mořského dna si tito ráčci budují boční vchod do nového, hlubšího doupata. Po zasypání vchodu do doupata si ráček naopak vyhrabe chodbičku výše. Ichnofosilie se zachovávají v různých typech prostředí a záleží také na povaze sedimentu. Pokud byl sediment nezpevněný, utvářely se v něm nory (burrows). Ve zpevněném sedimentu se utvářely vrtby (borings). Ichnofosilie byly podle tvaru často považovány za fosilie rostlin, a proto ichnotaxony dosud nesou názvy připomínající názvy rostlin. Nomenklatura ichnofosilií se řídí podobnými pravidly, avšak místo taxonů zde rozlišujeme ichnotaxony - ichnočeledi, ichnorody a především ichnodruhy. Níže najdete výpis ichnofosilií, se kterými jsem se zatím setkal. Blíže neurčené druhy jsou označeny rodovým názvem a zkratkou isp.

"Možná, že někdo poznamená, jaká to šťastná náhoda, že se Země velmi dobře hodí pro život - má mírné teploty, tekutou vodu, atmosférou s kyslíkem atd. To však je alespoň z části záměna příčiny a důsledku. My pozemšťané jsme velmi dobře přizpůsobeni na pozemské prostředí proto, protože jsme tady vyrostli. Dřívější formy života, jež na toto prostředí adaptovány nebyly, vymřely. My jsme potomky některých organismů, které to dokázaly. Organismy vyvinuvší se ve zcela odlišném světě budou nepochybně ve stejné situaci."

Carl Sagan - Cosmos, 24 (1983, překlad Josef Solař 1996; upraveno 2020)

Historická geologie

Pokud porozumíme vývoji výše uvedených skupin organismů, především živočichů, můžeme si vytvořit velmi dobrý přehled o vývoji naší planety. Každé období lze charakterizovat jinými skupinami organismů. Každá z těchto skupin měla v historii Země svá nejlepší léta. Každá z těchto skupin také jednoho dne zcela vyhyne. Některé skupiny mají svá nejlepší léta již za sebou a jejich pozice byla již dávno nahrazena modernějšími skupinami. Některé skupiny ještě zcela nevymřely. A některé se dosud ještě nevyvinuly. Naše planeta je fascinujícím světem bez ohledu na to v jakém období žijeme. Možná se do těchto časů nikdy reálně nevypravíme, ale díky usilovné práci mnoha paleontologů za posledních několik set let si tyto dávné světy můžeme poměrně dobře představovat. Byla by škoda se s nimi neseznámit.

"Nebýt fosilií, nikomu z nás by se ani nesnilo o tolika různých geologických obdobích, jenž charakterizují vývoj naší planety."

                                                      Georges Cuvier (1831), otec paleontologie

Doporučená literatura

• Hermsen, E. J. & Hendricks, J. R. (2017): Systematics. In: The Digital Encyclopedia of Ancient Life. https://www.digitalatlasofancientlife.org/learn/systematics/
• Hendricks, J. R. & Lieberman, B. S. (2019): Evolution and the Fossil Record. In: The Digital Encyclopedia of Ancient Life. https://www.digitalatlasofancientlife.org/learn/evolution/
• Hendricks, J. R. 2019. Animal phylogeny. In: the Digital Encyclopedia of Ancient Life. https://www.digitalatlasofancientlife.org/learn/animal-phylogeny/
• Juráň, J. & Kaštovský, J. (2016): Nový pohled na systém řas a jak ho učit? - Živa, 6, 299-301.
  
• Sepkoski, J. J. (1984): A kinetic model of Phanerozoic taxonomic diversity, III. Post Paleozoic families and mass extinctions. - Paleobiology, 10, 246-267.
  
• Telford, M.J., G.E. Budd, and H. Philippe. 2015. Phylogenomic insights into animal evolution. Current Biology 25, R876-R887.
• Vilhelm, J. (1931): Archaiophyta a algophyta: soustavný přehled prvorostů a řasorostů. MS, Česká akademie věd a umění, 1-335. Praha.