Wielka przeszłość małych organizmów

Bezkręgowce zazwyczaj kojarzą się z niewielkimi zwierzętami, które można spotkać praktycznie wszędzie, często też w naszych domach. Z racji swoich rozmiarów częściej kojarzą się z pożywieniem dla innych, większych zwierząt, niż z drapieżnikami. Jednak za słowem „bezkręgowiec” kryje się niesamowita różnorodność zarówno rozmiarów, kształtów i kolorów, jak i przystosowań to wielu typów środowisk. Zdołały one opanować różne nisze ekologiczne w powietrzu, na lądzie oraz w wodzie. Można wśród nich znaleźć roślinożerców, padlinożerców, drapieżniki i pasożyty. Ale jak to się stało, że przystosowały się do tak różnych warunków? Które grupy osiągnęły największy sukces ewolucyjny i dlaczego? Czy bezkręgowce zawsze ustępowały rozmiarami innym grupom zwierząt?

Zdobywcy lądów

Dziś najliczniejszą grupą zwierząt na ziemi są owady. Niektórzy określają nasze czasy „erą owadów”, ponieważ opanowały wszystkie ekosystemy lądowe, przystosowały się też wtórnie do życia w wodzie. Liczba opisanych gatunków przekracza milion, a kolejne miliony czekają na odkrycie. Odgrywają ogromną rolę w przyrodzie: od kształtowania struktury gleby, procesów czyszczenia wód, zapylania roślin, przez udział w pozbywaniu się martwej materii organicznej, kontrolowaniu liczebności zwierząt i roślin roznosząc choroby, do bycia ogniwem w łańcuchu pokarmowym. Najliczniejszymi grupami owadów są motyle, chrząszcze, błonkówki i muchówki. Ale czy zawsze tak było? 

Życie na ziemi zaczęło się w wodzie, bo tam były ku temu najlepsze warunki. Musiało upłynąć wiele czasu i zajść wiele zmian, aby również lądy mogły zostać zasiedlone przez organizmy. Ekosystemy to układy, w których poszczególne elementy są od siebie ściśle zależne. I tak, w największym uproszczeniu, zwierzęta nie mogą funkcjonować bez roślin. Dlatego też pierwsze zwierzęta nie mogły się pojawić na lądach dopóki nie opanowały ich rośliny. Pierwsi zdobywcy lądów byli ściśle związani ze środowiskiem wodnym. Mogli penetrować okresowo odsłaniane i zalewane brzegi czy laguny w poszukaniu padliny wyrzucanej na brzeg. Ci, którzy zdecydowali się na wyjście na ląd, mogli korzystać z pokarmu w postaci roślin lądowych, o który nie musieli z nikim konkurować.

Aby pierwsze zwierzęta mogły opanować środowiska lądowe musiały się do tego przygotować. Wytworzyły twarde, nieprzepuszczalne pancerze, które zapobiegały odwodnieniu, ale nie pozwalały na wymianę gazową. Do tego posłużyły im specjalne narządy – przetchlinki.

Pierwsze znane ślady poruszania się po lądzie znane są z Chin i liczą ponad 500 milionów lat. Nie wiadomo jednak, jakiego typu zwierzę je zostawiło. Pierwszymi, znanymi ze skamieniałości, zwierzętami, które wyszły na ląd są, bardzo liczne współcześnie, stawonogi. Nowe środowisko było dla zwierząt wodnych tak atrakcyjne, że wkroczyły one na ląd bardzo szybko po pojawieniu się tam roślin. Granicę między światem wodnym i lądowym, jako pierwsze sforsowały roślinożerne wije, a konkretnie krocionogi. Najstarszy znany lądowy krocionóg został znaleziony w Szkocji i jest datowany na wczesny dewon (414 milionów lat temu). Wije należące do najprymitywniejszej grupy Arthropleuridea w karbonie (359-299 milionów lat temu) osiągały nawet ponad 2 m długości, a krocionogi do kilkudziesięciu centymetrów długości. Ich znaczenie w ekosystemach musiało być wtedy dużo większe niż dziś, kiedy osiągają rozmiary od mikroskopijnych do około 30 cm. Największe żyją w rejonie okołorównikowym, a z terenu Polski opisano około 150 gatunków, między innymi wija drewniaka czy krocionoga piaskowego.

Jednak grupą, która odniosła na lądzie najbardziej spektakularny sukces były owady. Ich uniwersalny plan budowy pozwala przystosować się do każdego rodzaju środowiska, a twardy szkielet, tworzący też odnóża gębowe, chroni je przed drapieżnikami. Same odnóża gębowe są bardzo zróżnicowane i mogą służyć do pobierania różnych rodzajów pokarmu. Pierwsze owady znane są ze szkockich pokładów dewońskich (396 milionów lat temu). Znaleziono tam skamieniałości małych organizmów podobnych do rybików cukrowych. Rybiki cukrowe faktycznie należą do jednej z najstarszych grup owadów, razem z przerzutkami należą do grupy Apterygota, czyli owadów bezskrzydłych. Przy następnym spotkaniu z rybikiem warto więc spojrzeć na niego nie tylko jak na nieproszonego gościa, ale jak na potomka zdobywców lądów. 

Przez krótki czas na lądzie było bezpiecznie, bo pierwsi roślinożercy nie mieli wrogów w postaci polujących na nie drapieżników. Tę sytuację szybko wykorzystały pierwsze drapieżniki lądowe – dwuparce. Ale, w nowo opanowanym przez drapieżniki środowisku, pojawił się problem. Zwierzęta, które wyszły na ląd wykształciły twarde nieprzepuszczalne pancerze, aby zmniejszyć ryzyko odwodnienia. Były one też trudne do strawienia dla drapieżników, jednak pareczniki szybko poradziły sobie z tym, tworząc z przednich odnóży kolce jadowe, którymi wstrzykiwały enzymy trawienne do ciał swoich ofiar.

Jednymi z pierwszych drapieżników na lądzie były też pajęczaki. Na szwedzkiej wyspie Gotlandia, w pokładach z wczesnego syluru (ok. 440 milionów lat temu), znaleziono pierwszego skorpiona, który był jeszcze zwierzęciem wodnym, posiadającego dwie pary odnóży przekształconych w szczypce. Natomiast skorpiony lądowe z karbonu (359-299 milionów lat temu) były już tak zaawansowane jak dziś. Dzisiejsze skorpiony są niewielkie, ale te paleozoiczne osiągały nawet 1 m długości. W karbonie pojawiły się też pierwsze pająki, osiągające wtedy do 34 cm długości, czyli mniej więcej tyle, ile dzisiejsze. Podobnie jak pareczniki, zarówno te pierwsze, jak i dzisiejsze pająki, nie potrafią rozczłonkować swoich zdobyczy na mniejsze kęsy odpowiednie do połknięcia, wstrzykują więc do ich ciał enzymy trawienne i wstępne trawienie odbywa się poza ich organizmami.

Kolejna grupa pajęczaków – roztocza, należą również do najstarszych zwierząt lądowych. Pierwsze znane pochodzą sprzed 400 milionów lat. Roztocza są współcześnie świetnie rozpoznane. Wśród nich są saprofagi, żyjące m.in. w naszych łóżkach i odżywiające się naszym martwym naskórkiem, pasożyty, tj. kleszcze czy drapieżniki żyjące na lądzie i w wodzie.

Pionierzy lotnictwa

Po co zwierzętom potrzebna umiejętność lotu? W powietrzu nie ma pokarmu, rośliny nie opanowały tego środowiska, więc nie mają tam czego szukać roślinożercy. Wzbijanie się i unoszenie w powietrzu to duży wydatek energetyczny, jednak opłaca się go ponieść, kiedy drapieżnik depcze po piętach. Wtedy szybkie przenoszenie się z jednego miejsca w drugie jest świetną metodą na uniknięcie śmierci. Pierwsze zwierzęta, które wzbiły się w powietrze były roślinożercami. Oczywiście nie trzeba było długo czekać i drapieżniki podążyły za nimi. 

Pierwszych zdobywców przestworzy trzeba szukać wśród przodków dzisiejszych ważek około 400 milionów lat temu. Ważki, jako pierwsze latające owady, zamieniły nadrzewny tryb życia i roślinożerność na drapieżnictwo na otwartej przestrzeni. W permie (299-251 milionów lat temu) skrzydła ważek osiągały 70 cm rozpiętości, czyniąc je największymi owadami wszech czasów. Dzisiejsze największe ważki żyjące na Hawajach z 19 cm rozpiętością skrzydeł prezentują się przy nich niepozornie. W Polsce największe ważki z rodziny żagnicowatych osiągają 11 cm rozpiętości skrzydeł.

Problemem pierwszych latających owadów były częste linienia, również po uzyskaniu postaci dorosłej – latającej. Każde linienie było narażaniem się na niebezpieczeństwo stania się pokarmem drapieżnika, ponieważ sprawiało, że owad stawał się całkowicie bezbronny. Pierwsi lotnicy żyli na gałęziach, między liśćmi, gdzie nie ma wielu miejsc do ukrycia, w przeciwieństwie do ich naziemnych krewniaków, którzy mogli chować się pod kamieniami czy w zakamarkach korzeni. Już w późnym karbonie (ok. 300 milionów lat temu) większość owadów latających zdołała wyeliminować z rozwoju wylinkę w stadium latającym.

Do dziś tylko jętki linieją w stadium latającym. Poza tą cechą, pierwsze jętki z późnego karbonu posiadały prymitywne cechy, których próżno już szukać u ich dzisiejszych potomków, np. obie pary skrzydeł były tej samej wielkości, podczas gdy współcześnie druga para skrzydeł jest mniejsza. Najstarsze owady posiadały na odwłokach tak zwane cerci, czyli przydatki odwłokowe, działające jak stateczniki, obecne do dzisiaj u jętek i widelnic. Natomiast cechą zaawansowaną, która pojawiła się już w karbonie, było wtórne przystosowanie się larw do życia w wodzie.

Kiedy pojawiły się ważki, powietrze przestało być bezpieczne dla roślinożerców. Były one wtedy najgroźniejszymi drapieżnikami zarówno w powietrzu, jak i na lądzie. Być może oprócz innych owadów, polowały także na małe naziemne kręgowce. W takiej sytuacji wiele owadów, aby przeżyć, musiało przystosować się do skrytego trybu życia w ściółce lub pod korą drzew. Do tego ich skrzydła musiały być ułożone wzdłuż ciała aby nie przeszkadzały w trakcie wciskania się w wąskie szczeliny, nie tak jak u ważek zawsze rozłożone pod kątem prostym do ciała. Jednymi z owadów, które obrały taki sposób życia były karaczany, znane od późnego karbonu (ok. 300 milionów lat temu). Dziś karaczany prowadzą tryb życia podobny do swoich przodków. Wiele gatunków świetnie sobie radzi zwłaszcza w otoczeniu człowieka. Z 16 gatunków stwierdzonych w Polsce, tylko 7 żyje tu naturalnie, pozostałe zostały zawleczone przez ludzi.

Fakt, że „nowe” owady mogły składać skrzydła wzdłuż ciała przyczynił się do ich ogromnego sukcesu ewolucyjnego. Dzisiaj idąc łąką, lasem czy spacerując nad rzeką, spotykamy głównie takie właśnie owady. Do prymitywnych pierwoskrzydłych należą dziś tylko jętki i ważki, stanowiące niewielki procent całej grupy owadów uskrzydlonych.

Jedna grupa owadów wytworzyła przystosowanie pozwalające na życie na otwartej przestrzeni pomimo zagrażających im drapieżnych ważek – chrząszcze. Pierwsze skamieniałe chrząszcze znajdowane są w osadach datowanych na późny perm (ok. 259-251 milionów lat temu) na terenie dzisiejszych Niemiec, Czech czy Rosji. Miały one skórzaste skrzydła, które w czasem uległy stwardnieniu (schitynizowaniu), co sprawiło, że drapieżnikom było trudniej je zniszczyć.

Patrząc na liczbę gatunków, chrząszcze osiągnęły niebywały sukces ewolucyjny, są bowiem współcześnie najliczniejszą grupą organizmów. W samej Polsce opisano ok. 6500 gatunków, na świecie ok. 400 tysięcy, a co chwilę pojawiają się opisy nowych. Tak liczna grupa spotykana jest praktycznie w każdym typie środowiska, zarówno w wodzie, jak i na lądzie.

Wraz z nastaniem ery mezozoicznej pojawiło się na ziemi wiele nowych grup zwierząt, np. dinozaury, pterozaury czy ssaki. Triasowe (251-201 milionów lat temu) sawanny zapełniły się pluskwiakami, błonkoskrzydłymi, muchówkami i wciornastkami. W jurze (201-145 milionów lat temu) natomiast pojawiły się pierwsze ptaki, choć wtedy ich znaczenie w ekosystemach było jeszcze marginalne. W kolejnych epokach geologicznych wyszły z cienia swoich przodków – dinozaurów, stały się głównymi drapieżnikami polującymi na owady i inne bezkręgowce.

Współpraca kluczem do sukcesu

Pod koniec kredy (100-65 milionów lat temu) nastąpił kolejny wielki krok w ewolucji owadów. Wszystko zaczęło się od pojawienia nowego typu roślin – okrytozalążkowych. Wcześniej rośliny rozsiewały zarodniki lub pyłki głównie dzięki wiatrowi, ale wiązało się to z utratą dużej ilości tych cennych materiałów. Rośliny okrytozalążkowe rozwiązały ten problem. Część z nich wytworzyła okwiat z barwnymi płatkami i wonny nektar wabiący owady, które latając od kwiatka do kwiatka transportowały, i do dziś transportują, pyłek wprost do miejsca przeznaczenia. 

Współpraca między roślinami kwiatowymi a owadami (nie tylko błonkówkami, ale też np. chrząszczami) zacieśniała się szybko, ponieważ przynosiła wiele korzyści dla obu stron. Dzięki temu mamy obecnie łąki pełne kwiatów i szumu pszczelich skrzydeł. Współcześnie na świecie jest ponad 250 tysięcy roślin kwiatowych, a pozostałe rośliny zielone stanowią jedynie 50 tysięcy gatunków.

Różnorodność świata bezkręgowców może przyprawić o zawrót głowy. Opisano do tej pory ponad milion gatunków należących do tej grupy, a kolejne dalej czekają na odkrycie. Wykształciły one świetnie działające, a niejednokrotnie zadziwiające, przystosowania do życia w wielu różnych środowiskach. Pewne grupy są szeroko rozpowszechnione na całym świecie.

Przeszłość tej grupy odkrywa przed nami drogę, jaką jej członkowie musieli pokonać, aby znaleźć się w miejscu, w którym towarzyszymy im jako ludzie.

Natalia Starzyk

Natalia Starzyk – biolog, paleontolog. Pracownik naukowy Instytutu Systematyki i Ewolucji Zwierząt PAN w Krakowie, przedmiotem jej badań są skorupiaki mezozoiczne. Mieszka na pograniczu Pogórza Ciężkowicko-Rożnowskiego i Beskidu Sądeckiego, z którym jest nierozerwalnie związana. Miłośniczka podróży z plecakiem lub rowerem.