Panie Profesorze, tytuł, pod którym ukazuje się nasza rozmowa, jest półżartobliwy, ale będziemy rozmawiać o sprawach poważnych z punktu widzenia nie tylko polskiej, ale i światowej nauki – wyjściu kręgowców na ląd i niesamowitych odkryciach dokonanych w Górach Świętokrzyskich przez zespół badawczy, którego był Pan Profesor członkiem. Dwóch francuskich paleontologów przyrównało je do granatu rzuconego w ustalony obraz ewolucji pierwszych zwierząt lądowych. Dlatego na początku chciałbym zapytać, jak czuje się badacz paleozoiku, gdy wskutek jego poczynań dochodzi do rewolucji naukowej?
Dla takich chwil poświęca się swój czas i wysiłek. Uczucie to głównie poczucie dobrze wykonanej pracy ale też i duma. Od opisu odkrycia minęło już blisko 14 lat. Na tamtym etapie byliśmy jeszcze doktorantami na Uniwersytecie Warszawskim i z fascynacją czytaliśmy o tego rodzaju odkryciach, czuliśmy ekscytację, widząc że ktoś, kogo znamy osobiście ogłasza swój sukces i umieszczenie siebie w takiej pozycji było wtedy czystą abstrakcją. Mimo, że byliśmy wówczas stosunkowo młodzi, to mieliśmy przed tym odkryciem swój dorobek w obrębie naszych dziedzin i zdaliśmy sobie sprawę, że publikując tropy z Zachełmia, namieszamy w pozornie uporządkowanym świecie wczesnych czworonogów. Nie pomyliliśmy się. W komentarzu do naszej publikacji w Nature, znalazło się rzeczywiście porównanie do granatu wrzuconego w ten ład.
By nie nadwyrężać cierpliwości naszych czytelników, ujawnijmy, wokół czego kręcić się będzie nasza dyskusja. W roku 2002 w Zachełmiu w Górach Świętokrzyskich polski badacz Grzegorz Niedźwiedzki (obecnie pracownik naukowy Uniwersytetu w Uppsali oraz Państwowego Instytutu Geologicznego- Państwowego Instytutu Badawczego w Warszawie) znalazł tajemnicze tropy odbite w skałach. Wkrótce sformowała się grupa paleontologów, która w przeciągu następnych lat natrafiła na kolejne ślady. Był Pan jednym z jej członków, proszę powiedzieć, jak wyglądały okoliczności, w których dołączył Pan do ekipy?
Na tamtym etapie to ja byłem w naszej dwójce specem od dewonu. Grzegorz był już wówczas uznanym specjalistą od skamieniałych śladów kręgowców permskich i mezozoicznych. Ponieważ znaliśmy się od szkoły średniej – obaj jesteśmy absolwentami kieleckiego Technikum Geologicznego – zawsze mniej lub bardziej byliśmy na bieżąco, jeśli chodzi o nasze zainteresowania badawcze. W roku 2008 zajmowałem się kończeniem mojej rozprawy doktorskiej, która dotyczyła dewońskich ryb pancernych Polski. Wśród zgromadzonych przeze mnie licznych skamieniałości, trafiłem na takie, których nie byłem w stanie zidentyfikować. Takie zagadki w kategorii „dziwne” starałem się pokazywać komu się dało, bo w zależności od doświadczenia, mogły pojawić się jakieś przydatne wskazówki. Pewnego razu w moim pokoju na Wydziale Geologii UW w Warszawie odwiedził mnie Grzegorz, który zaczął mnie wypytywać o pierwsze tetrapody i jaki jest potencjał na ich znalezienie w Polsce. Pamiętam, że pokazałem mu kilka kości z górnego dewonu Gór Świętokrzyskich. Kilka z nich do złudzenia przypominało fragmenty szkieletów wczesnych tetrapodów opisanych z Grenlandii. Grzegorz z kolei podzielił się ze mną swoimi obserwacjami z Zachełmia i zaproponował wspólną pracę nad zagadnieniem. Po pewnym czasie uznaliśmy, że moje kości są zbyt enigmatyczne (i pozostają nadal) i skupiliśmy się na śladach z Zachełmia, co zaowocowało publikacją w „Nature” i kolejnymi pięcioma, które opisują różne aspekty związane z Zachełmiem. Na tym jednak nie koniec. W przygotowaniu mamy kolejne prace, które jeszcze bardziej przybliżą nam fascynujący świat dewoński z jego wszystkimi zjawiskami zmian środowiska, ewolucji i powolnego kształtowania się znanego z dzisiejszych czasów środowiska przyrodniczego.
Gdy profesor Niedźwiedzki po raz pierwszy poinformował Pana o swoim odkryciu, co Pan wtedy pomyślał?
Wtedy obaj nie wierzyliśmy w to, co się działo. Wszystkie fakty wskazywały na tropy tetrapodów, tymczasem stan wiedzy światowej na temat ich pojawienia się czynił je „niemożliwymi”, bo były zwyczajnie za stare. Staraliśmy się wytłumaczyć genezę powstania pewnych dobrze zachowanych jako powstałych przy udziale tetrapodomorfów, czyli ryb z preadaptacjami anatomicznymi, które później wyewoluowały dając ostatecznie prawdziwe czworonogi. Draft takiej interpretacji wysłaliśmy do jednego z najlepszych specjalistów w dziedzinie niższych i wczesnych kręgowców – prof. Pera Ahlberga z Uppsala University. Nie zapomnę nigdy maila z odpowiedzą od niego, w której (z użyciem wielu wykrzykników) wyjaśnił nam, że prawdopodobnie mamy do czynienia z największym odkryciem w dziedzinie ewolucji ostatnich 50 lat i tym samym jedno z największych odkryć polskiej paleontologii w ogóle. To wtedy odczuliśmy tę największą radość, bo okazało się że to o czym myśleliśmy, tylko baliśmy się wprost o tym powiedzieć, było właściwym rozwiązaniem zagadki śladów z Zachełmia.
Świętokrzyskie ślady wywracają do góry nogami wcześniejszy model ewolucji tetrapodów. Za jednego z pierwszych lądowych kręgowców uważano dotychczas odkrytą w 1932 roku na Grenlandii ichtiostegę, prymitywną istotę przypominającą krzyżówkę ryby i salamandry. Polskie tropy zostawiły zwierzęta żyjące kilkanaście milionów lat wcześniej niż dotychczasowa kandydatka na prababkę czworonogów. Warto jednak zapytać, czy zostawił je pojedynczy gatunek zwierzęcia, czy też kilka różnych spokrewnionych ze sobą stworów?
Gdyby chodziło tylko wyprzedzenie znaleziskiem z Zachełmia samej ichtiostegi, to byłoby jeszcze mieszczące się w granicach szeroko rozumianych przybliżeń, ale myśmy wyprzedzili nawet zwierzęta, z których ta ichtiostega miała wyewoluować. Najwcześniejsze elpistostegi, do których należy choćby słynny Tiktaalik, znane są z utworów kilkanaście milionów lat młodszych. Pokazuje to złożoność ewolucji, która w okresie ok. 20 mln. lat wykształciła formy, które równolegle dokonywały prób kolonizacji lądów. Jedna z nich odniosła sukces i to przedstawiciele tej grupy pozostawili swoje ślady w Zachełmiu. Dlaczego tak się stało, pozostaje na razie niejasne. Prof. Ahlberg postawił bardzo prawdopodobną hipotezę, mówiącą, że przedstawiciele przodków obu grup, żyli ze sobą w tym samym czasie , tak jak w środkowym i późnym dewonie tetrapoody i elpistostegi. Formy te zajmowały jednak różne nisze ekologiczne. Tetrapody upodobały sobie wnętrze lądów, a elpistostegi, które raczej nie osiągnęły pełnej lokomotoryki na lądzie, trzymały się środowisk rzecznych, ew. jeziornych. Skamieniałości tych pierwszych miały bardzo niekorzystne warunki do ich zachowania, a tych drugich nieco lepsze (choć nie idealne). W efekcie mamy skąpy zapis paleontologiczny obu grup, jednak tetrapody żyły w środowisku wybitnie niesprzyjającym i skamieniałości ich na razie nie udało się odnaleźć. Dotychczas mamy zatem jedynie ich zapis w formie śladów. Elpistostegi natomiast, wciąż bardzo rzadkie znamy z wielu miejsc na świecie, w formie mniej lub bardziej kompletnych szkieletów. Wspomniany Tiktaalik, czy ikoniczna Ichthyostega należą tu do cennych wyjątków.
A czy na podstawie Państwa odkryć da się określić wygląd tych istot i to, jak poruszały się po lądzie? Stały mocno na nogach, chodziły lekko chwiejnym krokiem, a może pełzały?
Punktem początkowym do rozważań na temat wyglądu zwierząt, które znamy tylko z tropów, jest zawężenie poszukiwań do tych najbardziej prawdopodobnych z możliwych. Sprawa była stosunkowo prosta: był to wczesny etap ich ewolucji, a wiec niedługo (w sensie geologicznym) po opuszczeniu ich rybich przodków wody. Musiały mieć, jak się wydaje prymitywne kształty ograniczające ich ciało do głowy, krótkiej szyi, tułowia oraz ogona. To zwierzę zapewne przypominało płaza w rodzaju salamandry lub jaszczurkę. Więcej szczegółów można było dowiedzieć się na temat wyglądu ich kończyn. Dzięki doskonale zachowanym śladom z Zachełmia wiemy, że miały dobrze wykształcone poduszki na stopach, krótkie, grube palce. Wiemy też że palców było więcej niż pięć, najprawdopodobniej 7. Jedną z najbardziej zaskakujących w interpretacji obserwacji jest brak śladów wleczenia ogona we wszystkich badanych przez przypadkach. Oznacza to, że tetrapody z Zachełmia miały mocne kończyny, na których tułów i ogon trzymały wysoko nad powierzchnią terenu. Inną możliwością, jest podtrzymywanie ciężaru ciała przez wodę, w której tetrapody brodziły. Niezależnie, który scenariusz miał miejsce, preadaptacje, jakie wykształciły zwierzęta z Zachełmia, były bardzo zaawansowane. Najlepiej obecnie wykonane rekonstrukcje tych zwierząt, znajdują się w Muzeum Geologicznym PIG-PIB w Warszawie i w Kielcach. Zostały zaprojektowane zgodnie z przesłankami wymienionymi powyżej. Jedna rzecz z zakresu wyobraźni to ich kolor, który został zapożyczony od salamandry pacyficznej, co biorąc pod uwagę przypuszczalną konieczność maskowania, też nie jest pozbawione podstaw naukowych.
Popuśćmy teraz na chwilę wodze wyobraźni. Gdybyśmy wraz z Panem Profesorem posiadali wehikuł czasu i zrobili sobie wycieczkę w przeszłość, żeby spotkać się ze świętokrzyskimi tetrapodami oko w oko, to po wylądowaniu, jaki obraz ujrzelibyśmy? Proszę opisać naszym czytelnikom krajobraz dewońskiej Polski.
W okresie dewonu tereny obecnych Gór Świętokrzyskich były zróżnicowanym i stale zmieniającym się środowiskiem z dominacją wpływów morskich. Od końca dewonu środkowego, obszar ten ulegał stopniowemu zatapianiu, co owocowało mozaiką środowisk lądowych i morskich. Zapewne istniał tu zespół wysp lub płycizn, które oddzielały większe masy lądowe znajdujące się gdzieś na południu. Najbardziej podobne do takiego krajobrazu mogą być współczesne Bahamy. Niektóre z tych wynurzonych obszarów były więcej niż efemerycznymi płyciznami, o czym świadczą poziomy glebowe i ślady po korzeniach roślin. Dalsza ewolucja geotektoniczna doprowadziła do powstania szerokiej platformy węglanowej, a pod koniec dewonu doszło do jej całkowitego zatopienia w głębokim morzu.
Dewon nazywa się epoką ryb, morza roiły się wówczas od fantastycznej mnogości form, których dziś już nie uświadczymy. Jacy byli najciekawsi ich mieszkańcy?
Dewon jako wiek ryb faktycznie charakteryzuje niezwykła różnorodność tych zwierząt, jednak nie stanowi momentu, kiedy to zróżnicowanie się zaczęło, początki były kilkadziesiąt milionów lat wcześniej, w sylurze. W dewonie jednak wszystkie grupy kręgowców wodnych – ryb – osiągnęły maksimum zróżnicowania i wykształciły po raz pierwszy niezwykłe wielkością i specjalizacjami formy, które dzisiaj odkrywamy badając liczne skamieniałości. Najbardziej emblematycznymi dla dewonu kręgowcami są ryby pancerne, których liczne szczątki zostały znalezione i opisane. Największe, kilkumetrowe drapieżne formy znane są z późnego dewonu (np. Dunkleosteus), jednak równie duże były też formy bliskie wiekiem tetrapodom (Homosteus), które mogły dochodzić do 5 m długości. Zajmowały jednak przydenne nisze ekologiczne, prowadząc tryb życia podobny do dzisiejszych płaszczek. Należy pamiętać, że tetrapody to niejedyne kostnoszkieletowe, jak np. onychodonty, które osiągały imponujące kilkumetrowe długości. Rekiny wówczas były niewielkie i dopiero zaczynały przekraczać 1 m długości. Ważny element ekosystemów dewońskich stanowiły głowonogi, licznie znajdowane w formie skamieniałości, których muszle niejednokrotnie mogły mieć nawet 1 m średnicy. Niezwykle bujnie rozwijały się wówczas również organizmy rafowe z przedstawicielami koralowców, którzy dzisiaj nie są znani, a które mają nawet znaczenie skałotwórcze. To oczywiście niewielki wycinek ogromnej różnorodności biologicznej, której opis to temat na osobny artykuł.
A gdybyśmy w trakcie naszej wycieczki w przeszłość poczuli się zmęczeni panującą duchotą i postanowili ochłodzić się, zażywając kąpieli w pobliskim oceanie, to czy groziłoby nam jakieś niebezpieczeństwo? Uznałby Pan Profesor morskie kąpiele w dewońskich wodach za dobry pomysł czy raczej starał się je wyperswadować współtowarzyszom podróży?
Myślę, że niebezpieczeństwo byłoby podobne, jak dzisiaj na wybrzeżach Australii, Morza Śródziemnego, Czerwonego itp. Wchodząc do wody zawsze należy się liczyć z niebezpieczeństwem jednak nie oznacza to, że natychmiast po zamoczeniu stóp, coś by je nam odgryzło. Morza i oceany były i są pełne pożywienia. Drapieżniki zazwyczaj też lubią polować na znane sobie ofiary, więc obecność człowieka mogłaby wywołać raczej rodzaj konsternacji, choć niewykluczone , że jakiś tetrapod mógłby się nami zainteresować.
Powróćmy do naszych czworonogów. Wiemy już, że w morzach nie było bezpiecznie. Czy to właśnie ucieczka przed drapieżnikami wygnała niektóre z ryb trzonopłetwych na ląd, czy też na odwrót – były one łowcami, którzy wypuszczali się na brzegi w pogoni za zwierzyną w rodzaju stawonogów, jakie już wcześniej skolonizowały kontynenty? Co skłoniło naszch praprzodków do zmiany środowiska, w którym żyli? Bo przecież to nie było tak, jak na słynnym obrazku internetowym, na którym prapłaz wspina się na morskie wybrzeże, a za nim z fal wyłania się jego żona, wołając: Nie wychodź kiedy mówię!
Kto wie? Myślę, że pomysł na badania realcji międzytetrapodzich mógłby dać wiele odpowiedzi związanych z przytoczonym przez Pana Redaktora obrazkiem…
Tetrapody, jak niemal wszystkie ryby to były drapieżniki. Tym groźniejsze, że mogły operować w ekstremalnie płytkiej wodzie, gdzie ryby, poza nielicznymi przypadkami, są całkowicie bezbronne i w najlepszym przypadku mogą czekać na przypływ, bądź większą falę.
Jakie niebezpieczeństwa groziły opuszczającym morską ojczyznę pionierom?
Wyjście na ląd było wielkim skokiem kręgowców, które zostały wyposażone przez ewolucję w pewne preadaptacje, jednak należy pamiętać, że ewolucja to ciągłe testowanie nowych rozwiązań i dopiero kolejne miliony lat pokazały, czy te preadaptacje okazały się skuteczne. Nie będzie spoilerem, jeśli powiem, że w tym wypadku zakończyło się to sukcesem, czego dowodem jesteśmy my – ludzie. Tetrapody nie wyszły na pusty ląd. Od dawna zasiedlały go rośliny, ale również bezkręgowce, takie jak stawonogi (np. skorpiony), które mogły osiągać pokaźne jak na dzisiejsze standardy rozmiary kilkudziesięciu cm. Mogło to być jakieś zagrożenie dla wczesnych tetrapodów, jednak mamy na razie zbyt mało danych by spekulować na temat ich relacji. Pewne jest to, że odniosły sukces ewolucyjny i w krótkim czasie opanowały wszystkie lądy, a wskutek powrotu niektórych grup z powrotem do wody, również oceany.
Kiedy właściwie możemy mówić o powstaniu pierwszych płazów? Bo najwcześniejsze formy często łączą płynnie cechy ryb i czworonogów.
W chwili obecnej wszystko wskazuje na wczesny dewon. Mało tego, wiele wskazuje na to, że Góry Świętokrzyskie są obszarem, gdzie poszukiwania przodka tetrapoda z Zachełmia, mają duży potencjał. Bazując na tropach z Zachełmia, ale również z niemal równowiekowej Walentii (Irlandia), wiemy, że na początku środkowego dewonu tetrapody były sprawnymi piechurami. Ich przodkowie musieli mieć silne kończyny, na których unosili swoje ciało nad powierzchnią terenu i sprawnie penetrowali wnętrza lądów. Wczesny dewon w Górach Świętokrzyskich charakteryzował się dominacją środowisk lądowych z bogatym zapisem skamieniałości śladowych i strukturalnych. Jest to jednak zapis nadal poznany powierzchownie i wciąż zaskakuje kolejnymi odkryciami.
Jak na chwilę obecną wygląda uznany przez naukę model wyjścia kręgowców na ląd?
Uważamy, że tetrapody to grupa siostrzana elpistosegom i że przez miliony lat przedstawiciele obu grup żyli obok siebie zamieszkując jednak nieco odmienne środowiska: elpistostegi żyły w jeziorach, rzekach, lagunach, a tetrapody w głębi lądu. Przez to elpistostegi miały lesze warunki, aby ich szczątki mogły się zachować w formie skamieniałości, gdyż środowiska wodne zawsze dają więcej możliwości „odcięcia” padliny od padlinożerców i rozkładu niż w przypadku suchego lądu. W jeziorze, w odpowiednich warunkach, ciało zwierzęcia mogło opaść na dużą głębokość, gdzie w zubożonym w tlen środowisku, procesy rozkładu zachodzą wolniej. Rzeka z kolei jest w stanie w ciągu krótkiego czasu liczonego w godzinach lub nawet w minutach przykryć padlinę grubą warstwą osadu i odciąć ją od procesów niszczących. Na lądzie, na którym już w dewonie żyły bezkręgowce, ciało miękkie tetrapoda było zjadane w ciągu kilku dni, a szkielet po prostu się rozpadał.
I na koniec pytanie trochę z innej bajki. Czy ślady, które odkryli Państwo w Zachęciu, zostały jakoś wykorzystane przez lokalne władze do promocji regionu? Można tam pojechać i obejrzeć je z bliska, a może powstało nawet lokalne muzeum? Czego mogą spodziewać się tam miłośnicy paleontologii, którzy postanowią zrobić sobie wycieczkę, nomen omen, śladami tetrapodów?
Motyw tetrapodów z Zachełmia stał się modny i był wykorzystywany wielokrotnie na różnym poziomie. W mojej macierzystej jednostce mamy dwie naturalistyczne rekonstrukcje samych sprawców tropów, jak i środowiska ich życia. Są to jedne z najlepszych na świecie dioram przedstawiających te zwierzęta. Znajdują się w Muzeum Geologicznym Instytutu w Warszawie oraz w Kielcach. Na fali popularności odkrycia wystaraliśmy się o środki z funduszy unijnych budując nowoczesne preparatorium skamieniałości w Kielcach, które nazwaliśmy „Pod Tetrapodem”. Dobrze odkrycie zostało wykorzystane przez Geopark Świętokrzyski, W pawilonie ekspozycyjnym w Kielcach jest zainstalowana ciekawa ekspozycja interaktywna, pokazująca zagadnienie wyjścia na ląd i towarzyszące okoliczności. Motyw tetrapoda został tez użyty jako logotyp Świętokrzyskiego Szlaku Archeo-Geologicznego. Najmniej tetrapody są obecne w samym Zachełmiu. Poza tablicami, które zainstalowały władze lokalne, a które mocno się zdezaktualizowały, same tropy nie są widoczne w żadnym miejscu wyrobiska. Odsłonięta duża powierzchnia z licznymi owalnymi zagłębieniami, stanowi dokumentację działalności ryb w poszukiwaniu pożywienia, bądź gniazdowania na dnie morza i z tetrapodami nie ma nic wspólnego. Myślę, że kolejne odkrycia dadzą impuls do jeszcze szerszego wykorzystania bogatej historii naturalnej ziem polskich.
Bardzo dziękuję Panu Profesorowi za poświęcony nam czas.