REKLAMA


 

REKLAMA


 

Człowiek, czyli ryba Archiwum autora

Symbolem ryb z okresu dewońskiego jest grupa ryb pancernych (plakodermów). Najnowsze badania przy użyciu skanera 3D przynoszą odpowiedź na intrygujące pytanie: co nas, ludzi, z nimi łączy.

Szrek_Piotr

Autorem tekstu jest

dr Piotr Szrek

Państwowy Instytut Geologiczny – Państwowy Instytut Badawczy, Warszawa
e-mail: Ten adres pocztowy jest chroniony przed spamowaniem. Aby go zobaczyć, konieczne jest włączenie w przeglądarce obsługi JavaScript.  

 

Dr Piotr Szrek jest paleontologiem. W PIG–PIB prowadzi badania nad kręgowcami paleozoicznymi, głównie dewońskimi rybami i wczesnymi czworonogami. W kręgu jego zainteresowań znajdują się zarówno skamieniałości, jak też ślady tych zwierząt. Autor ok. 60 publikacji naukowych i popularnonaukowych. Od 2017 r. jest badaczem National Geographic Explorer.

 


 

Tradycyjnie dewon – okres trwający między ok. 420 a 360 mln lat temu – jest nazywany „wiekiem ryb”. Poza grupami wodnych kręgowców, jakie znamy dzisiaj (kostnoszkieletowe i chrzęstnoszkieletowe), w morzach i oceanach żyły wówczas jeszcze dwie wymarłe dziś gromady, które znamy wyłącznie ze skamieniałości. Były to ryby fałdopłetwe (Acanthodii) i pancerne (Placodermi).

 

Ryby pancerne pojawiły się we wczesnym sylurze jako niewielkie formy prowadzące przydenny tryb życia w płytkich wodach o charakterze brakicznym (wody mieszane słodkie rzeczne i słone morskie). Były grupą niezwykle zróżnicowaną, co nie powinno dziwić, biorąc pod uwagę fakt, że żyły na Ziemi przez 70 mln lat. W tym czasie były obecne na całym świecie i zdołały opanować niemal wszystkie morskie nisze ekologiczne, będąc aktywnymi kilkunastometrowymi drapieżnikami, jedno-dwumetrowymi zjadaczami bezkręgowców i mniejszych ryb oraz kilkucentymetrowymi mułojadami. W ich ewolucji wyraźnie zaznaczyła się tendencja do coraz szerszego opanowywania środowisk morskich, a w późnym dewonie wielkie drapieżniki stanęły na szczycie ówczesnej morskiej piramidy pokarmowej. Plakodermy opanowały także wtórnie wiele środowisk brakicznych, a nawet w przypadku przedstawiciela Ptyctodontida – rzecznych.

 

Ryby pancerne charakteryzowały się tym, że ich głowa i przednia część tułowia były pokryte pancerzem zbudowanym z kości skórnej (człowiek również ma kości skórne, z których zbudowane są m.in. obojczyki). To właśnie ten pancerz, będący w istocie szkieletem, zachowuje się najczęściej w formie skamieniałości po tych zwierzętach. U prymitywnych pancernych bezszczękowców, które żyły jeszcze przed plakodermami, taki szkielet pełnił funkcję broni defensywnej i magazynu soli mineralnych, jednak w toku ewolucji jego rola bardzo się zmieniała. Poza pancerzem tylna część ciała plakodermów mogła być pokryta łuskami o różnej wielkości, kształcie i ornamentacji. Łuski posiadały jednak tylko nieliczne plakodermy, m.in. w rzędzie Antiarcha i Rhenanida.

 

  • Silikonowe elementy szkieletu ryb pancernych z dolnodewońskich „piaskowców plakodermowych” Gór Świętokrzyskich (A, B, C) wraz z ich interpretacjami rysunkowymi (D i  E).

 

Przez długi czas badań paleontologicznych plakodermy nie wzbudzały dużego zainteresowania biologów ewolucyjnych. Były bowiem uważane za prymitywną, ślepą odnogę ewolucji, która nie wniosła wiele ze swej morfologii do obecnego stanu budowy i anatomii kręgowców. Jedynie wpływ plakodermów na ekosystemy mórz dewońskich pozostawał niekwestionowany do czasu publikacji chińskich odkryć paleontologicznych. Pochodzą one z prowincji Yunnan i są wieku górnosylurskiego, a więc z czasów, kiedy miało miejsce różnicowanie się różnych grup kręgowców wodnych, czyli ryb.

 

Pojawienie się szczęk było jednym z najważniejszych punktów zwrotnych w ewolucji kręgowców. Uzbrojone w szczęki ryby szybko stały się szczytowymi drapieżnikami w łańcuchu pokarmowym. Plakodermy zdominowały niemal wszystkie środowiska wodne w dewonie i wykształciły pierwszego wśród kręgowców superdrapieżnika – dunkleosteusa – osiągającego ponad 10 m długości. Te czasy poprzedzał jednak okres, z którego skamieniałości pierwszych plakodermów są niezwykle rzadkie: sylur. Z tego czasu pochodzą właśnie chińskie skamieniałości – „klucze do ewolucyjnych zagadek”: najstarsza kompletna ryba kostnoszkieletowa (Guiyu) oraz najstarszy kompletny plakoderm (Entelognathus). Obie formy stanowią anatomiczną mozaikę, która połączyła wymarłe plakodermy i żyjące do dziś (obejmujące z kladystycznego punktu widzenia również nas, ludzi) ryby kostnoszkieletowe. Szczęka Entelognathus, a konkretnie jej budowa i kompozycja kości, stała się zagadką dla biologów ewolucyjnych.

 

  • Ogólny wygląd ryby pancernej Kujdanowiaspis, której szczątki znaleziono w dolnym dewonie na Podolu i w Górach Świętokrzyskich

 

Co tkwi w szczękach

 

Czy zatem złożona struktura pierwszych szczęk zbudowanych z wielu kości, jak u Entelognathus i ryb kostnoszkieletowych, czy też proste, złożone z jednej kości szczęki większości plakodermów, były wyjściowe? Jeśli pierwsze szczęki były złożone, to najstarszy znany kompletny plakoderm jest znacznie bardziej zaawansowany w ich budowie niż wszystkie późniejsze plakodermy. Analizy filogenetyczne sytuują entelognatusa albo jako grupę siostrzaną do wszystkich wyższych szczękowców, albo jako grupę siostrzaną do niektórych plakodermów i wszystkich wyższych szczękowców, albo wreszcie jako bezpośredną grupę siostrzaną dla kostnoszkieletowych.

 

Niedawne chińskie odkrycie autorstwa zespołu pod kierunkiem Mina Zhu plakoderma Quilinyu rzuca nieco światła na ten problem. Inaczej niż u Entelognathus, Quilinyu miał dolną szczękę zbudowaną tylko z jednej kości, a górną, tak jak inne plakodermy, z dwóch (nazwane w oryginalnej pracy maxilla i premaxilla, choć dla plakodermów przyjęła się terminologia obejmująca antero- i superognathale). Taka struktura jest również charakterystyczna dla kostnoszkieletowych (w naszej czaszce mamy maxillę i premaxillę zrośnięte z mózgoczaszką i jedną kość zębową). Quilinyu możemy zobaczyć nowy etap w ewolucji szczęk plakodermów, u których zewnętrzna warstwa kości skórnej zaczyna wzmacniać szczękę (chrząstkę Meckela). Ten trend jest bardziej zaawansowany u Entelognathus. Prostota szczęki późniejszych plakodemów jest uważana jako prymitywna cecha dla kręgowców, ponieważ nie miały wykształconej zewnętrznej pokrywy kości skórnych. Zatem Quilinyu<\em> oferuje dobre wytłumaczenie, dlaczego inne plakodermy zatraciły złożoną budowę szczęk i jak powstały szczęki kostnoszkieletowych. Wzmacnia to homologię pomiędzy elementami szczęk plakodermów i kostnoszkieletowych. Policzek Quilinyu również pokazuje kość znalezioną u Entelognathus i najwcześniejszych kostnoszkieletowych, kość łzową (lakrymale), która jest nieobecna u wszystkich innych plakodermów. Ponad to Quilinyu daje pierwszy twardy dowód, że najwcześniejsze plakodermy miały parzyste płetwy brzuszne. Ostatnie prace pokazały, że plakodermy były również pierwszymi kręgowcami, które miały tylne kończyny i zewnętrzne narządy rozrodcze. Wśród plakodermów również, choć znacznie późniejszych, pojawił się ponadto najstarszy na świecie przypadek żyworodności wśród kręgowców.

 

Co przyszło z gór

 

Wśród bogatej literatury światowej na temat plakodermów ważne miejsce mają publikacje dotyczące ryb pancernych z terenu Polski. O ile plakodermy górnodewońskie były parokrotnie omawiane przy różnych okazjach (np. Szrek 2008), to te z dewonu dolnego mają bardzo skomplikowaną historię.

 

  • Skan 3D odcisku pyska ryby dwudysznej (Osculichnus tarnowskae) z dolnego dewonu Gór Świętokrzyskich z zaznaczoną dolną (kolor zielony) i górną (niebieski) szczęką.

 

Pierwszy na skamieniałości ryb pancernych pochodzących z Gór Świętokrzyskich zwrócił uwagę Georg Gürich, niemiecki geolog z Wrocławia, który położył duże zasługi w badaniach geologicznych ziem polskich. W 1896 r. wprowadził on do naukowego obiegu nazwę „piaskowiec plakodermowy”. Wyróżnił tym samym część profilu utworów dolnodewońskich Gór Świętokrzyskich, bogatą w skamieniałości kręgowców, których przynależności w większości doszukiwał się wśród ryb pancernych. Opisując w Górach Świętokrzyskich utwory dewońskie (na podstawie badań w rejonie Bielin i Łagowa), w obrębie niższej części tej formacji wyróżnił on serię „piaskowców plakodermowych”, w których zachowana fauna miała się według niego składać „(...) wyłącznie tylko ze szczątków ryb pancernych, rzadziej ganoidów, reprezentujących takie rodziny jak: Drepanaspidae, Coccosteidae, Asterolepidae, Hybodontidae (...) oraz Machaeracanthus polonicus”. Gürich (1896) w żaden sposób nie zilustrował opisanych przez siebie okazów, a że zaginęły one w czasie wojen światowych, niemożliwa jest obecnie jakakolwiek dyskusja tych oznaczeń. Przedstawiciele kolejno bezszczękowców, chrzęstnoszkieletowych oraz fałdopłetwych z niewiadomych przyczyn zostali ujęci w jedną grupę, mimo że obowiązująca wówczas systematyka dawała możliwość ich dokładniejszego sklasyfikowania. Miało to zapewne charakter uproszczenia.

 

Co widać w pustce

 

„Piaskowiec plakodermowy” to nieformalna nazwa dla takiego typu piaskowca kwarcytowego, który zawiera skamieniałości kręgowców. Do naszych czasów przetrwały jednak wyłącznie pustki po kościach, odzwierciedlające dokładnie morfologię szczątków z czasów tuż po pogrzebaniu w osadzie. Jak zatem badać powietrze? Do niedawna stosowana była metoda wlewania w te pustki masy silikonowej o konsystencji kisielu. Po zastygnięciu i wyjęciu dawał on dokładne odzwierciedlenie danej skamieniałości. Metoda ta ma pewne ograniczenia polegające na konieczności dotarcia do niektórych pustek za pomocą rozbijania skały i tym samym ograniczonej ilości możliwych do wykonania odlewów. Znacznie lepsze efekty przynoszą wdrażane na świecie nieinwazyjne sposoby prześwietlania skał tomografem. Poza możliwością zbadania wszystkich pustek daje to możliwość obserwacji ich przestrzennej aranżacji, co jest przydatne przy odtwarzaniu charakteru nagromadzenia, genezy ułożenia szczątków. Przede wszystkim daje też możliwość szybkiej wymiany informacji między zespołami współpracującymi ze sobą na duże odległości. W Polsce zostało to przetestowane w ubiegłym roku, kiedy to zeskanowano za pomocą skanera 3D ślady żerowania ryb z odciskami ich pysków pokrytych tkanką miękką. Skany 3D krążyły między Warszawą, Krakowem a Uppsalą w ciągu kilku sekund, znacznie ułatwiając analizy i dyskusję.

 

  • Ślad Osculichnus tarnowskae wraz z rekonstrukcją przypuszczalnego sprawcy – ryby dwudysznej.

 

Między innymi dzięki użyciu skanera badania nad fauną piaskowców plakodermowych z Gór Świętokrzyskich po 50 latach znacznie przyspieszyły. Po serii wykopalisk i badań kwestie dotyczące podstawowych zagadnień dotyczących genezy i składu taksonomicznego zostały poznane. Piaskowce plakodermowe dewonu dolnego są nagromadzeniem skamieniałości o genezie sztormowej. Nie mogą zatem służyć jako podstawa określania dokładnego wieku. Stało się również jasne, że plakodermy jako takie stanowią jedynie 20% udziału w całości materiału kostnego piaskowców. Również badania składu taksonomicznego przyniosły ciekawe rezultaty. Okazało się bowiem, że zespół dolnodewońskich (emskich) plakodermów świętokrzyskich bardzo przypomina ten rozpoznany na ukraińskim Podolu (dolny dewon – lochkow), a nasze świętokrzyskie plakodermy są najprawdopodobniej potomkami tych z Podola.

 

Piotr Szrek

 

 

Chcesz wiedzieć więcej?

Long J. (2016). The first jaws. Science 354 (6310): 280‒281.
Szrek P., Dupret V. (2017). Placoderms from the Early Devonian “placoderm sandstone” of the Holy Cross Mountains, Poland with biostratigraphical and palaeobiogeographical implications. Acta Palaeontologica Polonica. doi.org/10.4202/app.00395.2017
Zhu M., Ahlberg P. E., Pan Z., Zhu Y., Qiao T., Zhao W., Jia L., Lu J. (2016). A Silurian maxillate placoderm illuminates jaw evolution. Science 354 (6310): 334‒336.


© Academia nr 4 (52) 2017

 

 

 

 

 

 

 

Cały numer

 


 

 

 

 

 

 

Oceń artykuł
(0 głosujących)

Tematy

agrofizyka antropologia kultury antropologia społeczna archeologia archeometalurgia architektura Arctowski arteterapia astrofizyka astronomia badania interdyscyplinarne behawioryzm biochemia biologia biologia antaktyki biologia płci biotechnologia roślin borelioza botanika chemia chemia bioorganiczna chemia fizyczna chemia spożywcza cywilizacja demografia edukacja ekologia ekologia morza ekonomia energia odnawialna etnolingwistyka etnomuzykologia etyka ewolucja fale grawitacyjne farmakologia filozofia finansowanie nauki fizyka fizyka jądrowa gender genetyka geochemia środowiska geoekologia geofizyka geografia geologia geologia planetarna geoturystyka grafen historia historia idei historia literatury historia nauki historia sztuki humanistyka hydrogeologia hydrologia informatyka informatyka teoretyczna internet inżynieria inżynieria materiałowa język językoznawstwo kardiochirurgia klimatologia kobieta w nauce komentarz komunikacja kosmologia kryptografia kryptologia kulinaria kultoznawstwo kultura lingwistyka literatura literaturoznawstwo matematyka medycyna migracje mikrobiologia mineralogia mniejszości etniczne mniejszości narodowe modelowanie procesów geologicznych muzykologia mykologia na czasie nauka obywatelska neurobiologia neuropsychologia nowe członkinie PAN 2017 oceanografia ochrona przyrody orientalistyka ornitologia paleobiologia paleontologia palinologia parazytologia PIASt politologia polityka społeczna polska na biegunach prawo protonoterapia psychologia psychologia zwierząt punktoza Puszcza Białowieska robotyka rozmowa „Academii” seksualność smog socjologia szczepienia sztuka technologia wieś w obiektywie wulkanologia zastosowania zdrowie zoologia zwierzęta źródła energii żywienie

Komentarze

O serwisie

Serwis naukowy prowadzony przez zespół magazynu Academia PAN.Academia Zapraszamy do przysyłania informacji o badaniach, aktualnie realizowanych projektach naukowych oraz imprezach popularyzujących naukę.

 

Dla użytkowników: Regulamin

Pliki cookies

Informujemy, że używamy ciasteczek (plików cookies) w celu gromadzenia danych statystycznych, emisji reklam oraz prawidłowego funkcjonowania niektórych elementów serwisu. Pliki te mogą być umieszczane na Państwa urządzeniach służących do odczytu stron, a korzystając z naszego serwisu wyrażacie Państwo zgodę na używanie cookies, zgodnie z aktualnymi ustawieniami przeglądarki.

Więcej informacji o celu używania i zmianie ustawień ciasteczek w przeglądarce: TUTAJ

Wydanie elektroniczne

Kontakt

  • pisz:

    Redakcja serwisu online
    Academia. Magazyn Polskiej Akademii Nauk
    PKiN, pl. Defilad 1, pok. 2110
    (XXI piętro)
    00-901 Warszawa

  • dzwoń:

    tel./fax (+48 22) 182 66 61 (62)

  • ślij:

    e-mail: academia@pan.pl