Dinozaury zdominowały cały świat? Niekoniecznie! W morzach żyły jeszcze inne, ogromne gady

Z doktorem Danielem Tyborowskim – paleontologiem, specjalistą od gadów morskich, popularyzatorem nauki, laureatem nagrody „Geologia 2021” Ministerstwa Klimatu i Środowiska rozmawia Łukasz Czarnecki
Ichthyosaurus (left) and Plesiosaurus (right) reptiles, 19th-century artwork. These extinct marine reptiles co-existed in the Early Jurassic Period (200 to 176 million years ago). They are examples of ichthyosaurs and plesiosaurs. The largest ichthyosaurs were over 10 metres long. The largest plesiosaurs reached up to 15 metres in length. The two were often depicted in battle. The water spouts and blowholes on the Ichthyosaurus are now known to be inaccurate. Artwork from ‘The World Before the Deluge’ (Louis Figuier, 1891 edition).
Ichthyosaurus (left) and Plesiosaurus (right) reptiles, 19th-century artwork. These extinct marine reptiles co-existed in the Early Jurassic Period (200 to 176 million years ago). They are examples of ichthyosaurs and plesiosaurs. The largest ichthyosaurs were over 10 metres long. The largest plesiosaurs reached up to 15 metres in length. The two were often depicted in battle. The water spouts and blowholes on the Ichthyosaurus are now known to be inaccurate. Artwork from ‘The World Before the Deluge’ (Louis Figuier, 1891 edition).

Panie Doktorze, naszą rozmowę zacznijmy od najnowszych wieści ze świata paleontologii. W te wakacje czasopismo naukowe „Cretaceous Research” doniosło o odnalezieniu na Saharze skamieniałości sprzed 100 mln lat, świadczących o tym, że plezjozaury uważane dotychczas za zwierzęta wybitnie morskie, mogły żyć także w rzekach. Wiadomość ta była dla Pana zaskoczeniem, czy też w środowisku naukowym już wcześniej rozważano taką hipotezę?

O plezjozaurach zwykło się mawiać, że należały do „morskich gadów”, co jednoznacznie sugeruje środowisko ich życia. Badacze od dłuższego czasu wiedzieli, że niektórzy przedstawiciele tych zwierząt podbijali również wody słodkie. Jako przykłady mogę podać przedstawicieli wymarłych krokodylomorfów zwanych teleozaurydami, czy też niektórych reprezentantów mozazaurów. Zatem, istniały takie sytuacje ewolucyjne, w których wybrane gatunki gadów żyjących w morzach przystosowywały się do wód brakicznych (o zmiennym zasoleniu), a nawet słodkich. Wśród dzisiejszych wtórnie wodnych kręgowców, jakimi są walenie, również mamy przykłady form słodkowodnych, a warto pamiętać, że to właśnie walenie zajęły nisze ekologiczne po wymarłych wodnych gadach. Nic więc zatem dziwnego, że już w okresie kredowym niektóre plezjozaury dokonywały podboju zbiorników słodkich. Opisane skamieniałości pochodzą ze słynnej formacji geologicznej Bahariya, której skały powstawały w środowisku olbrzymich rozlewisk rzecznych, pokrywających w połowie okresu kredowego północno-zachodnią Afrykę. W rzekach tych żyły osiągające duże rozmiary ryby mięśniopłetwe oraz ryby piły – potencjalne ofiary słodkowodnych plezjozaurów. To właśnie obecność tak bogatej bazy pokarmowej stanowiła kluczowy czynnik, który doprowadził do zmiany środowiska życia omawianych plezjozaurów z morskiego na rzeczne.

Gady morskie to temat równie fascynujący co żyjące współcześnie z nimi dinozaury, jednak mają one, mówiąc żartobliwie, o wiele słabszy PR. O tyranozaurach czy diplodokach słyszeli wszyscy, tymczasem mało kto jest w stanie wymienić choć jeden gatunek morskich jaszczurów. Jak Pan sądzi, dlaczego tym ostatnim nie udało się opanować masowej wyobraźni?

Ja mam trochę inne wrażenie odnośnie popularności tych zwierząt. Większość ludzi myśli, że gady morskie to także dinozaury. Dla przeciętnego zjadacza chleba każdy wymarły jaszczur, niezależnie czy pływający, latający czy biegający po lądzie to dinozaur. W rzeczywistości morskie gady to taka grupa „worek”. Jest to zbiorcze określenie na wszystkie grupy i linie ewolucyjne gadów, które przystosowały się do środowiska morskiego. Grupy te przeważnie nie są ze sobą blisko spokrewnione. W erze mezozoicznej (między 240 a 66 milionów lat temu) do życia w morzach przystosowało się co najmniej 8 niezależnych linii rozwojowych gadów. Były to między innymi: plakodonty, notozaury, plezjozaury, ichtiozaury, pleurozaury, mozazaury, krokodylomorfy i żółwie. Natomiast dinozaury to przedstawiciele jednej gałęzi ewolucyjnej na drzewie rodowym kręgowców. Wszystkie dinozaury to potomkowie wspólnego przodka. Gady morskie to wiele różnych linii, pochodzących od różnych przodków żyjących na lądzie. Myślę, że ludzie kojarzą rybokształtnego ichtiozaura czy obdarzonego długą szyją plezjozaura równie dobrze co diplodoka i triceratopsa. Po prostu brakuje powszechnej świadomości odnośnie przynależności wybranych gatunków do określonych grup gadów. Jeżeli miałbym pokusić się o podanie potencjalnej przyczyny rozpoznawalności gadów lądowych i jej braku w przypadku form morskich, to odpowiem, że „bliższa ciału koszula”. My jesteśmy zwierzętami lądowymi i siłą rzeczy ekosystemy lądowe są dla nas bardziej swojskie. Świat morskich głębin to dla przeważającej większości ludzi coś obcego i odległego. Dużo łatwiej jest nam wyobrazić sobie spotkanie z biegającym po lądzie tyranozaurem (do czego z resztą przyzwyczaiły nas filmy i seriale), niż pływanie w morzu pełnym morskich gadów.

Mary Anning. Odkrywczyni pierwszych szkieletów ichtiozaura i plezjozaura, jedna z najważniejszych pionierów paleontologii/ Źródło: Wikimedia Commons, domena publiczna

Tymczasem mezozoicznych władców mórz odkryto na długo przed tym, nim zdano sobie sprawę z istnienia olbrzymich lądowych gadów. Pierwszy kompletny szkielet ichtiozaura odnalazła w południowej Anglii w roku 1811 Mary Anning. Co zaskakujące, dokonała tego jako trzynastolatka, zaś w dekadę później odkryła też pierwszego w historii plezjozaura. Czy może Pan przybliżyć naszym czytelnikom postać tej niezwykłej kobiety?

Mary Anning można uznać za pierwszą badaczkę mezozoicznych morskich gadów. Rzeczywiście wniosła ona ogromny wkład w poznanie wiedzy o tych prehistorycznych zwierzętach. Jest to zaskakujące, szczególnie kiedy zdamy sobie sprawę z faktu, że Anning działała w pierwszej połowie XIX wieku, kiedy to uprawianie nauki stanowiło zajęcie, którym parali się uprzywilejowani i bogaci dżentelmeni. Anning pochodziła natomiast z klasy robotniczej i mieszkała w Lyme Regis – małym prowincjonalnym miasteczku w południowo-zachodniej Anglii. Nie miała zatem żadnego wykształcenia w kierunku geologii czy paleontologii. Pasję do tych dziedzin zaszczepił w niej jej ojciec Richard Anning, z zawodu cieśla. Faktycznie, pierwsze sukcesy na polu poszukiwania skamieniałości gadów morskich Anning osiągnęła jako nastolatka, jednak to dopiero lata dwudzieste XIX wieku przyniosły jej rozpoznawalność i sukces. Razem z matką i bratem nawiązywali liczne współprace z badaczami z całego świata, a znalezione przez nich okazy były sprzedawane za ogromne sumy. Pasja Mary Anning do paleontologii stała się źródłem utrzymania całej jej rodziny, a stworzone przez nią regionalne muzeum ze sklepem, stanowiły atrakcję turystyczną w regionie. Jednak ciągle znajdowali się i tacy, którym nie podobało się, że kobieta bez odpowiedniego wykształcenia i pochodzenia zajmuje się uprawianiem nauki. Przykładowo słynny paleontolog i anatom porównawczy Georges Cuvier oskarżył Anning o fałszowanie skamieniałości. Późniejsze analizy nie potwierdziły tych zarzutów. Mary Anning poszukiwała jurajskich skamieniałości w klifach i na plażach południowej Anglii. Do dziś jest to najlepszy region w Wielkiej Brytanii do prowadzenia tego typu prac poszukiwawczych.

Z dziewiętnastowiecznej Anglii przenieśmy się o miliony lat wstecz do rozpoczynającego erę mezozoiczną triasu. Wtedy właśnie niektóre z gatunków gadów „zdecydowały się” wrócić do wody. Nie był to jednak pierwszy taki przypadek w dziejach, bo już w poprzedniej epoce- permie kroku tego dokonały prymitywne mezozaury. Co wiemy o tych pionierach?

Mezozaury możemy traktować jako pierwsze gady ziemnowodne, które poczyniły krok w stronę adaptacji do środowiska morskiego, jeszcze zanim na dobre rozpoczęła się era gadów. Prawdziwa inwazja ekosystemów morskich przez gady miała miejsce w triasie (rozpoczęła się około 240 milionów lat temu). Mezozaury żyły nieco wcześniej bo w okresie permskim. Perm i trias dzieliło największe wymieranie w dziejach biosfery. Oznacza to, że mezozaury wymarły bezpotomnie i to jeszcze przed końcem permu. Nigdy nie przystosowały się one całkowicie do warunków morskich – były raczej półwodnymi zwierzętami, zamieszkującymi zbiorniki słodkie tak jak dzisiejsze krokodyle. Nawiązanie do krokodyli jest nieprzypadkowe. Mezozaury z wyglądu przypominały właśnie tą grupę dzisiejszych gadów. Miały zatem wydłużone szczeki, w których znajdowały się rzędy spiczastych zębów, które umożliwiały chwytanie ryb oraz długie i spłaszczone dwubocznie ogony. Należy jednak pamiętać, że mezozaury nie były blisko spokrewnione z krokodylami. Należały one do grupy stosunkowo prymitywnych gadów, a wszelkie podobieństwa z krokodylami to skutek zajmowania podobnych nisz ekologicznych i podobnego trybu życia. Zjawisko to nazywamy ewolucją konwergentną (zbieżną). Występuje ona powszechnie u wtórnie wodnych kręgowców jakich jak gady i ssaki morskie. Ciekawostką w odniesieniu do mezozaurów jest fakt znalezienia ich skamieniałych embrionów, które nie były pokryte mineralną czy skórzastą skorupką, tak jak u dzisiejszych gadów. Oznacza to, że mezozaury były żyworodne lub jajożyworodne. Ewolucja w kierunku żyworodności jest z resztą jedną z podstawowych przystosowań do życia w morzach. Składanie i późniejsze pilnowanie jaj w warunkach wodnych jest po prostu nieopłacalne. Przeważająca większość morskich gadów, na którymś etapie swojej historii ewolucyjnej musiała przejść z jajorodności do żyworodności.

Tanystrof triasowy gad ziemnowodny, którego szyja sięgała długości trzech metrów/ Źródło:: Wikimedia Commons, domena publiczna

Wśród wczesnych triasowych zwierząt ziemnowodnych szczególną uwagę osobliwym wyglądem zwraca tanystrof, gad wyposażony w szyję liczącą sobie aż trzy metry długości, czyli tyle, ile miała cała reszta jego ciała! Jak naukowcy tłumaczą powstanie tej dziwnej adaptacji? Do czego właściwie mogła służyć- na pierwszy rzut oka jaszczur ten  wydaje się żartem, ale ewolucja nie ma przecież poczucia humoru.

Panuje powszechne przekonanie, że w środowisku wodnym szyja jest niepotrzebna, że nie ma powodu aby żyjąc w wodzie oglądać się na boki albo za siebie. W rzeczywistości nacisk selekcyjny na wtórnie wodne kręgowce, (które przeważnie są dużymi drapieżnikami) prowadzi w dwie skrajne strony. Pierwsza strona to w istocie redukcja szyjnego odcinka kręgosłupa i powiększanie rozmiarów czaszki. Ta opcja to swego rodzaju ewolucyjny powrót do stadium kręgowców pierwotnie wodnych czyli ryb, które szyi w ogóle nie mają a ich czaszki są przyrośnięte do pasa barkowego. Natomiast druga strona to ewolucja w kierunku wydłużania szyjnego odcinka kręgosłupa przy jednoczesnym pomniejszaniu rozmiarów czaszki. Tanystrof jest reprezentantem opcji numer dwa. Co daje taka nienaturalnie wydłużona, żeby nie powiedzieć karykaturalna szyja? Jest to adaptacja do polowania na małą zdobycz, która żyje w ławicach. Dużo łatwiej jest się podkraść do takiej ławicy ryb lub głowonogów, kiedy nasze masywne ciało znajduje się w większej odległości od rzeczonej ławicy, a my jedynie „wysyłamy” na polowanie uzębione szczęki, które znajdują się na końcu kilkumetrowej i cienkiej szyi. Co ciekawe, istnieje kilka sposobów aby taką długą szyję wykształcić. U tanystrofa, wydłużeniu uległy same kręgi szyjne. Każdy może mierzyć nawet ponad dwadzieścia centymetrów długości. Natomiast u długoszyich plezjozaurów, kręgi były normalnych rozmiarów. Zwiększeniu ulegała za to liczba tych kręgów. U rekordzisty mogło to być nawet ponad siedemdziesiąt kręgów! Tak czy inaczej, długa szyja u tanystrofa i innych długoszyich morskich gadów to głównie przystosowanie do polowania na ryby ławicowe i inne drobne ofiary żyjące w grupach.

We wczesnym mezozoiku do morza wróciły przede wszystkim dwie rodziny gadów- ichtiozaury, które z czasem przyjęły przypominający rybi kształt ciała, i zauropterygi, z których najsławniejszą grupą są plezjozaury. Zanim przejdziemy do złotego wieku gadów morskich, omówmy tych, którzy go nie doczekali, tj. także zaliczające się do tej drugiej grupy notozaury i plakodonty. Czym charakteryzowały się te pierwsze?

Przeciętny notozaur charakteryzował się wydłużoną szyją i ogonem, długą i wąską czaszką oraz wiosłowatymi kończynami, które jeszcze nie były całkowicie przekształcone w płetwy, tylko zakończone pazurami. Notozaury należały do jednych z najpopularniejszych gadów morskich, których moglibyśmy spotkać w triasowych morzach. Między 240 a 220 milionów lat temu na Ziemi żyło wiele rodzajów i gatunków notozaurów. O ile wszystkie podzielały wspólny plan budowy to różniła je wielkość. Istniały bowiem notozaury malutkie, średniej wielkości drapieżniki oraz wielcy drapieżcy, których rozmiary przekraczały niekiedy 4 metry długości. Do tych ostatnich należy gatunek Nothosaurus giganteus, którego skamieniałości szczególnie często spotyka się w Niemczech. Notozaury zajmowały w triasie nisze ekologiczne dzisiejszych ssaków płetwonogich, takich jak foki, lwy i słonie morskie. Statystyczny notozaur przypominał dzisiejszego lamparta morskiego (zwanego również amfitrytą lamparcią) i podobnie jak te dzisiejsze ssaki, polował na ofiary wymachując głową na boki i błyskawicznie zatrzaskując swoje szczęki. Wiemy o tym dzięki budowie kości czaszki notozaurów. W dachu czaszki znajdowały się potężne otwory skroniowe, w które wnikały mięśnie zawiadujące szczękami. Rozmiar tych otworów jednoznacznie sugeruje z jak dużą siłą działała paszcza notozaura. Gdybym się cofnął w czasie do triasu i spotkał przedstawiciela tych gadów to absolutnie ręki bym do niego nie wyciągał!

Plakodonty były rodziną gadów morskich w przypadku których ewolucja zadecydowała zainwestować w pancerz/ Źródło: Wikimedia Commons, domena publiczna

Plakodonty miały dość niezwykły wygląd- ich ciała pokryte były pancerzem, a niektóre z nich przypominały żółwie. Co dawała im w środowisku wodnym opancerzona forma, bo na pierwszy rzut oka zdaje się, że takie obciążenie raczej nie sprzyja  sprawnemu pływaniu.

Nic bardziej mylnego! Plakodonty tak samo jak i inne wtórnie wodne kręgowce oddychały powietrzem atmosferycznym. Oznacza to, że musiały raz na jakiś czas wynurzyć swe nozdrza ponad taflę wody i zaczerpnąć haust powietrza do płuc. Miały zatem we wnętrzu swojego ciała źródło siły wyporu. Pancerz to swoiste przystosowanie do równoważenia tej siły. To po prostu obciążnik, który sprawia, że ciało zwierzęcia nie wypływa na powierzchnię. Plakodontom szczególnie mocno zależało na życiu przy dnie morskim gdyż były to gady odżywiające się twardymi, oskorupionymi bezkręgowcami (takie przystosowanie pokarmowe nosi nazwę durofagii) lub pokarmem roślinnym. Najprawdopodobniej te same czynniki doprowadziły do powstania pancerza u żółwi, które od samego początku swoich ewolucyjnych dziejów były zwierzętami mocno związanymi ze środowiskiem wodnym. Z resztą u niemal wszystkich grup wtórnie wodnych kręgowców pojawiała się jakaś forma kostnego obciążnika. U większości form, takich jak ichtiozaury, plezjozaury czy mozazaury rolę takiego ciężarka pełniły kości pada barkowego, które przybierały postać płaskich i ciężkich płyt o dużej powierzchni. Plakodonty poszły po prostu dużo dalej w procesie rozwoju kostnych obciążeń ich ciała.

Co wedle Pana zdecydowało o tym, że notozaury i plakodonty wymarły wraz z końcem triasu, podczas gdy spokrewnione z nimi plezjozaury odniosły sukces i morza roiły się od nich aż do końca ery dinozaurów?

Trias był okresem niezwykle dynamicznych zmian w środowiskach zarówno lądowych, jak i morskich. W czasie trwania tego okresu pojawiało się i znikało wiele grup zwierząt. Koniec triasu to jedno z pięciu wielkich wymierań. To wymieranie było chyba najbardziej enigmatyczne ze wszystkich i badacze do dziś spierają się o jego przyczyny. Tak czy inaczej, notozaury i plakodonty były jednymi z ofiar tego wymierania i poprzedzających wymieranie perturbacji faunistycznych i ekosystemowych. Wedle badań paleontologicznych, plezjozaury wywodziły się od grupy triasowych gadów wodnych zwanych pistozaurami lub od form bardzo blisko z pistozaurami spokrewnionymi. Choć na pierwszy rzut oka pistozaury przypominały notozaury to jednak wyróżniała je budowa kończyn i większe przystosowanie do życia w morzach. Nie mamy pewności czy pistozaury były jeszcze w stanie wychodzić na ląd, czy też całe życie spędzały w morzu ale to właśnie w lepszych przystosowaniach do środowiska morskiego należy doszukiwać się ich sukcesu ewolucyjnego na tle notozaurów i plakodontów, które były zwierzętami ziemnowodnymi. Wydaje się, że całkowita adaptacja do życia w morzach pozwalała na uniknięcie zagłady w trakcie triasowego wymierania. Podobnie sprawy miały się z ichtiozaurami, które również przetrwały wymieranie pod koniec triasu.

Spośród wszystkich gadów ichtiozaury najpełniej przystosowały się do życia w morzu/ Źródło: Wikimedia Commons, domena publiczna

Najpełniej do życia w wodzie przystosowały się wspomniane już ichtiozaury, zwane także rybojaszczurami. Jakie konkretnie adaptacje  tych niezwykłych stworzeń  uczyniły je królami mezozoicznych mórz?

Ichtiozaury bardzo szybko (w skali czasu geologicznego) wykorzystały opustoszałe po permskim wymieraniu nisze ekologiczne w oceanach. Najnowsze badania pokazują, że olbrzymie superdrapieżniki wyewoluowały wśród ichtiozaurów zaledwie 3 miliony lat po pojawieniu się linii ewolucyjnej tych morskich gadów. Zatem, już 246 milionów lat temu ichtiozaury przejęły rolę szczytowych drapieżników w ekosystemach morskich. Świetnym przykładem jest tutaj Cymbospondylus youngorum, którego szczątki opisano w 2021 roku ze skał środkowego triasu w stanie Nevada. Był to gigantyczny potwór morski, który osiągał długość 14 metrów, co jak na triasowe oraz dzisiejsze standardy czyni go lewiatanem. Odkrycie to świadczy o tym, że ichtiozaury osiągnęły olbrzymie rozmiary dużo szybciej od momentu ewolucyjnego powstania całej grupy, niż miało to miejsce w przypadku waleni, którym osiągnięcie podobnych rozmiarów zajęło kilkanaście milionów lat. Szybkie tempo różnicowania ewolucyjnego, w tym osiągania olbrzymich rozmiarów ciała stanowiło klucz do sukcesu. Pierwotne ichtiozaury miały pokrój ciała przypominający jaszczurkę o kończynach przekształconych w płetwy i dużą czaszkę z wydłużonymi szczękami. Na późniejszych etapach ewolucji morfologia ichtiozaurów znacznie się zmieniła – przybrały one bardziej opływowy kształt ciała, na ich grzbiecie pojawiła się trójkątna płetwa, a końcówka ogona obrała sierpowaty pokrój. To były niemal doskonałe morskie drapieżniki i nawet triasowe wymieranie nie mogło zakończyć ich panowania. Co prawda, na granicy triasu i jury przeszły one przez etap tak zwanego wąskiego gardła i straciły w tym czasie na bioróżnorodności, jednak przetrwały aż do połowy kredy zajmując przeważnie nisze ekologiczne dużych drapieżników oceanicznych. Żyjące w jurze i kredzie ichtiozaury z rodziny oftalmozauridów (Ophtalmosauridae) dysponowały zestawem niezwykle rozwiniętych zmysłów, które umożliwiały im polowanie. Grupa ta słynęła z wielkich oczu, dzięki którym gady te miały doskonały wzrok i najprawdopodobniej świetnie widziały w ciemnościach. Badania mojego zespołu nad ichtiozaurami z kamieniołomu Morawica w Górach Świętokrzyskich pokazują, że oftalmozauridy miały również bardzo dobrze rozwinięty zmysł węchu i wedle naszej wiedzy, równie dobrze mogły w ogóle nie widzieć swojej ofiary aby być w stanie dokładnie zlokalizować jej położenie. Niektórzy badacze sądzą też, że w tej linii ewolucyjnej rozwinęły się zmysły takie jak elektrorecepcja oraz termorecepcja. Jednak na potwierdzenie tych hipotez, przyjdzie nam jeszcze poczekać.

Jedną z najbardziej niezwykłych cech tych gadów stanowił fakt, że nie składały jaj, lecz były żyworodne. Może objaśnić Pan, skąd o tym wiemy?

Do poznania prawdy o strategiach rozrodczych ichtiozaurów przyczyniły się unikatowe stanowiska paleontologiczne, znane w literaturze naukowej jako Fossil-Lagerstätten. Termin ten w języku niemieckim oznacza „złoże skamieniałości” albo „magazyn skamieniałości”. Są to miejsca na Ziemi, w których szczątki wymarłych organizmów zachowały się w dużej liczbie albo w jakiś nietypowy sposób. Co rozumiemy przez nietypowy? Przeważnie skamieniałości to zachowane elementy mineralnego szkieletu: kości, zęby, łuski itp. W złożach skamieniałości występują okazy zachowane razem z tkankami miękkimi, takimi jak mięśnie, skóra czy włosy. Często sam szkielet jest w tych stanowiskach  zachowany w tak zwanym stanie artykułowanym. Oznacza to, że wszystkie kości są w miejscu ich pierwotnego, anatomicznego ułożenia, nie uległy wymieszaniu ani odseparowaniu w czasie trwania procesów fosylizacyjnych. Taka sytuacja miała miejsce w jednym z najsłynniejszych stanowisk paleontologicznych na świecie, jakim jest niemieckie Holzmaden. W datowanych na wczesną jurę ciemnych łupkach tego stanowiska, występują kompletne, artykułowane szkielety ichtiozaurów, zachowane razem z częściami miękkimi. Udało się znaleźć wiele okazów, które zginęły w trakcie porodu. Wiemy dzięki temu, że gady te rzeczywiście były żyworodne oraz, że przynajmniej od wczesnej jury, młode ichtiozaury przychodziły na świat ogonem do przodu. Należy pamiętać, że zwierzęta te oddychały powietrzem atmosferycznym i pierwszą czynnością, którą musiał wykonać noworodek było szybkie podpłynięcie do powierzchni wody w celu nabrania pierwszego w życiu oddechu. Gdyby taki ichtiozaur rodził się głową do przodu to prawdopodobnie udusiłby się, zanim w pełni zdołałby opuścić ciało matki. Pierwotni krewni ichtiozaurów przychodzili na świat właśnie głową do przodu, co świadczy o tym, że były to zwierzęta ziemnowodne, a ich młode rodziły się na lądzie. Dobrym przykładem jest tutaj znaleziony w Chinach Chaohusaurus.

Podobieństwo ichtiozaurów do ryb i delfinów tłumaczy zjawisko tzw. ewolucji zbieżnej/ Źródło: Wikimedia Commons, domena publiczna

Ichtiozaury z wyglądu przypominają dzisiejsze delfiny. To efekt tzw. ewolucji zbieżnej. Na czym polega to zjawisko?

Ewolucja zbieżna albo inaczej konwergencja to zjawisko dużo powszechniejsze niż się ludziom zdaje. W skrócie, polega ono na tym, że na skutek długotrwałego działania (w skali geologicznej) tych samych czynników środowiskowych, organizmy, które tym czynnikom podlegają zaczynają upodabniać się do siebie nawzajem pod kątem morfologicznym (kształtu ciała), fizjologicznym (poszczególnych adaptacji) oraz ekologicznym (trybu życia i zajmowanych nisz pokarmowych). Ichtiozaury to podręcznikowy przykład tego zjawiska. Były one gadami ale bardzo przypominały dzisiejsze walenie, szczególnie zębowce, oraz ryby takie jak rekiny czy tuńczyki. Wszystkie wymienione wyżej zwierzęta to aktywnie pływające w toni wodnej (nektonowe) makrodrapieżniki. Zajmowanie podobnych nisz ekologicznych wymusiło przybranie zbliżonych kształtów i procesów biologicznych. Istnieją jednak pewne różnice między tymi produktami konwergencji ewolucyjnej. Przykładowo, ichtiozaury miały pionową płetwę ogonową, a walenie mają poziomą. Różnice te wynikają z pochodzenia tych dwóch linii rozwojowych. Ichtiozaury jako gady były lepiej przystosowane do poruszania się wyginając kręgosłup na boki – dlatego ich płetwa ogonowa była pionowa. Walenie należą do ssaków – zwierząt, których kręgosłup podczas poruszania się wykonuje ruch z góry na dół i odwrotnie. Zatem, u waleni ewolucja doprowadziła do powstania poziomej płetwy ogonowej. To dwa ewolucyjne przepisy, które dają w efekcie to samo ciasto. Ułożenie płatów płetwy ogonowej nie ma większego znaczenia podczas szybkiego penetrowania toni wodnej w pogoni za nieuchwytną zdobyczą. Zatem, konwergencja „rzeźbi w tym, co ma pod ręką”. To dlatego ichtiozaury, mozazaury, walenie, rekiny i inne wodne kręgowce wykazują duży stopień podobieństwa ale na im bardziej szczegółowy poziom zejdziemy, tym więcej będzie różnic między tymi zwierzętami.

Choć omawiane zwierzęta przez znaczną część mezozoiku dominowały w środowisku morskim, w połowie kredy nagle wymarły. Jakie są teorie tłumaczące ich niespodziewane zniknięcie po tak długim okresie prosperity?

Nie ma na to pytanie dobrej odpowiedzi. W połowie kredy, a ściślej rzecz ujmując między dwoma jednostkami czasowymi okresu kredowego, zwanymi cenomanem i turonem (miej więcej 90 milionów lat temu), miały miejsce enigmatyczne zmiany środowiskowe, które połączone były z przebudową faun i całych ekosystemów morskich i lądowych. Wiele grup dużych kręgowców wtedy zniknęło bezpotomnie i wiele innych zajęło ich miejsca. Jednymi z ofiar były tutaj właśnie ichtiozaury. Naukowcy cały czas prowadzą badania paleoekologiczne, paleoceanograficzne i paleoklimatyczne nad tym niezwykłym wydarzeniem. Najprawdopodobniej przyczyn tego wymierania należy doszukiwać się w podwyższeniu się poziomu mórz (transgresji). Zjawisku temu mogły towarzyszyć zmiany układu prądów morskich oraz zakwaszenie oceanu światowego. Brzmi znajomo? Niewykluczone, że analogiczne procesy środowiskowe i klimatyczne zachodzą dzisiaj. Duże kręgowce morskie, które stoją na szczycie łańcucha pokarmowego są szczególnie narażone na zmiany chemizmu oceanu oraz wynikających ze zmian klimatu przeobrażeń w sieci troficznej. Zmian tych ichtiozaury nie przetrwały. Być może, gdybyśmy poznali dokładne ekologiczne i klimatyczne przyczyny wymarcia tych gadów morskich, to zdobylibyśmy większą wiedzę o zagrożeniach, które czyhają na dzisiejsze wieloryby i delfiny, a to przecież właśnie te ssaki morskie zajęły miejsce po ichtiozaurach. Jest to jeden z przykładów na to, jak wiedza o wymarłych organizmach i przeszłości geologicznej, może w realny sposób pomóc w ratowaniu dzisiejszej przyrody.

Zagłady uniknęła za to większa część współdzielących wody z ichtiozaurami plezjozaurów. Mówię – większa, bo  wymarły krótkoszyje pliozaury. W przeciwieństwie do swych długoszyich kuzynów są one mniej rozpoznawalne przez laików, mimo iż przez miliony lat okupowały pozycję drapieżników szczytowych. Czym charakteryzowały się te gady?

Pliozaury i długoszyje plezjozaury miały zbliżony plan budowy szkieletu pozaczaszkowego. Posiadały stosunkowo krótkie ogony i długie, wiosłowate płetwy. Podczas poruszania się w toni wodnej pływały z gracją, raz wymachując przednimi płetwami ku górze a tylnymi w dół, a potem na odwrót. Różnica między tymi grupami polega na tym, że w odróżnieniu od swoich długoszyich i małogłowych kuzynów, pliozaury wykształciły krótkie szyje ale za to olbrzymie czaszki. Lwią część takiej czaszki stanowiły potężne szczęki, w których tkwiły długie i lekko zakrzywione zęby. Oznacza to, że pliozaury polowały na duże ofiary. W spektrum ich menu znajdowały się głównie inne gady morskie, w tym długoszyje plezjozaury. Na podstawie skamieniałości czaszek plezjozaurów, w których tkwiły wbite zęby pliozaurów, wiemy że te ostatnie stosowały podobne strategie łowieckie co dzisiejsze wielkie rekiny, takie jak żarłacz ludojad. Dzięki orientacji zęba pliozaura, który wbity został w ciało plezjozaura, wiemy że drapieżnik atakował swoją przyszłą zdobycz od spodu. Ma to sens kiedy popatrzymy na środowisko życia tych zwierząt. Nacierając na ofiarę od spody czyli od strony jej brzucha, ofiara taka ma mniejszą szansę na dostrzeżenie zagrożenia. Jest to po prostu atak z ciemnych odmętów oceanu. Wielkie pliozaury były rozpowszechnione na kuli ziemskiej od połowy okresu jurajskiego aż do połowy kredy, kiedy to wymarły razem z ichtiozaurami.

Olbrzymie pliozaury siały terror w jurajskich morzach. Także tych pokrywających tereny dzisiejszej Polski/ Źródło: Wikimedia Commons, domena publiczna

W roku 2020 w Krzyżanowicach koło Iłży odkopał Pan szczątki ogromnego pliozaura. Była to prawdziwa, licząca sobie dziesięć metrów bestia! Czy słusznie można nazwać tego potwora najgroźniejszym drapieżcą, jaki kiedykolwiek żył na terenach naszego kraju?

Zdecydowanie tak! Odkryty pod Iłżą pliozaur był przedstawicielem rodzaju Pliosaurus, a był to największy z żyjących w późnej jurze pliozaurów. Szczątki przedstawicieli tego rodzaju odkryto również w Wielkiej Brytanii, czy na dalekim Archipelagu Svalbard. Polska jest zatem, trzecim miejscem gdzie około 150 milionów lat temu żyły olbrzymie pliozaury. Drapieżnik ten stał na szczycie ówczesnego łańcucha pokarmowego w ekosystemach morskich północnej części dzisiejszej Europy, która wówczas była archipelagiem mniejszych i większych wysp. Wielkie pliozaury preferowały nieco chłodniejsze wody tak zwanej prowincji borealnej (północna Europa). W morzach prowincji medyterańskiej/tetydzkiej (południowa Europa) raczej nie występowały. Tam ich nisze ekologiczne były zajęte przez inne morskie gady. Znalezisko z okolic Iłży pokazuje, że morza pokrywające w jurze obszar dzisiejszej Polski, miały kontakt ze zbiornikami w zachodniej Europie i Arktyce. To bardzo ważne znalezisko świadczące o relacjach paleogeograficznych sprzed 150 milionów lat. Wielki pliozaur siał postrach wśród innych gadów morskich, których skamieniałości występują w Krzyżanowicach, takich jak długoszyje plezjozaury czy żółwie.

Przejdźmy teraz do długoszyich plezjozaurów. Na początek obalmy pewien mit. Na artystycznych rekonstrukcjach często prezentuje się te gady wyginające szyje niczym łabędzie. Tymczasem w rzeczywistości taka scena była niemożliwa, prawda?

Prawda. Szyje plezjozaurów były niekiedy bardzo długie ale i stosunkowo giętkie. W rodzinie elasmozaurów (Elasmosauridae) występowały formy o szczególnie długich szyjach. Warto tutaj wspomnieć takie rodzaje jak Elasmosaurus, Albertonectesczy Thalassomedon. Ich szyje mogły mieć ponad 7 metrów długości! Jednak, przaśne wyginanie tej szyi niczym wspomniany łabędź możemy wsadzić między bajki. Ze względu na swoją długość, szyja taka była niezwykle ciężka. Zwierzęta te miały problem nawet z uniesieniem szyi ponad taflę wody. Najprawdopodobniej nigdy tego nie robiły. Ponad wodę mogła wystawać jedynie niewielka głowa w celu zaczerpnięcia powietrza do płuc. Formy o rekordowych szyjach wyewoluowały w tak zwanym Morzu Środkowego Zachodu, które w okresie kredowym pokrywało Amerykę Północną i łączyło Zatokę Meksykańską z Oceanem Arktycznym. Nie wiemy, co dokładnie sprawiło, że to właśnie tam pojawiły się gatunki o najdłuższych szyjach. Albo panowały tam jakieś specyficzne warunki środowiskowe albo w tamtejszych ekosystemach znajdowały się swego rodzaju specyficzne zasoby, z których korzystać mogły właśnie elasmozaury o niebywale wydłużonym szyjnym odcinku kręgosłupa.

Szkielet plezjozaura. Te długoszyje gady są obok ichtiozaurów najbardziej rozpoznawalnymi mieszkańcami mezozoicznych mórz. Swego wyglądu użyczyły słynnemu legendarnemu potworowi z Loch Ness/ Źródło: Wikimedia Commons, domena publiczna

Czy plezjozaury również były żyworodne? Ich ciała nie były aż tak ekstremalnie przystosowane do wodnego trybu życia jak u ichtiozaurów, więc można wyobrazić je sobie, jak wypełzają na plażę, by złożyć jaja na podobieństwo współczesnych żółwi morskich

Przez lata niebyło bezpośrednich dowodów na żyworodność plezjozaurów, tak jak miało to miejsce w wypadku ichtiozaurów. Jednak fakt, którym jest pochodzenie plezjozaurów od całkowicie morskich pistozaurów sugeruje, że gady te również musiały rodzić w wodzie. Dodatkowo, analizy biomechaniczne szkieletów plezjozaurów, ze szczególnym uwzględnieniem ich długich i mało elastycznych płetw, które były bardzo słabo podwieszone do reszty ciała, kazały kierować myśli paleontologów w stronę plezjozaurów spędzających całe życie w wodzie. Dopiero w 2011 roku nastąpił przełom. Opisano wtedy, pochodzącą ze skał kredowych stanu Kansas skamieniałość plezjozaura z gatunku Polycotylus latippinus, we wnętrzu której znajdował się płód. Ów płód był niekompletnym nagromadzeniem słabo zmineralizowanych kości. Nie było tutaj żadnych dowodów, które świadczyłyby przeciwko temu, że były to kości młodego osobnika tego samego gatunku. Nienarodzony plezjozaur mierzył około 1,5 metra długości. Jego matka miała 4,7 metra długości. Płód był zatem duży. Stanowił 32 procent długości ciała matki. Znalezisko to pokazało, że plezjozaury nie wychodziły na ląd aby złożyć jaja, tak jak robią to dzisiejsze żółwie morskie. Młode przychodziło na świat w pełni uformowane w toni wodnej.

Plezjozaury były w większości drapieżnikami. A czy istniały wśród nich też i takie, które podobnie jak dzisiejsze wieloryby żywiły się planktonem?

Tak. W późnej kredzie w ekosystemach antarktycznych pojawiły się planktonożerne plezjozaury. Należał do nich rodzaj Morturneria, którego skamieniałości opisano w 2017 roku. Plezjozaur ten posiadał specyficzny aparat gębowy. W jego szerokich szczękach znajdowały się drobne ząbki, które kształtem przypominały igły. Co ciekawe, ząbki te wystawały za życia zwierzęcia na zewnątrz szczęk. Gad wpływał w ławicę planktonu, po czym otwierał szeroko pysk, nabierał do środka chmurę pokarmu razem z wodą, a następnie gwałtownie zamykał szczęki. W następnej kolejności woda była wypłukiwana przez nieszczelną paszczę, a plankton gromadził się na delikatnych ząbkach. Szeregi drobnych zębów stanowiły sito, na którym odcedzany był pokarm. Jest to zatem, przykład konwergencji ewolucyjnej z dzisiejszymi fiszbinowcami. Większość plezjozaurów uchodzi za mezozoiczne odpowiedniki dzisiejszych dużych ssaków płetwonogich, takich jak słonie morskie. Te dwie grupy łączy zamiłowanie do ryb. Prawdopodobnie, za unikatową wśród plezjozaurów adaptację pokarmową u Morturneria odpowiadały specyficzne warunki środowiska, które panowały w morzach okalających Antarktydę w okresie kredowym. Należy jednak pamiętać, że niektóre dzisiejsze fiszbinowce również polują na ryby ławicowe. Zatem, być może ofiarą Morturneria padały również drobne ryby.

W drugiej połowie kredy po wymarciu ichtiozaurów i pliozaurów ich niszę ekologiczną zajęły mozazaury. Czym dokładnie one były?

Mozazaury to linia ewolucyjna morskich gadów łuskonośnych, która jest blisko spokrewniona z dzisiejszymi waranami. Rzeczywiście, kiedy popatrzymy na szkielet wybranego mozazaura to przypomina on układ kostny dzisiejszych waranów. Szkielety mozazaurów wyglądają jakby ktoś wziął szkielet warana i go rozciągnął w kierunku czaszki i ogona. Czaszki mozazaurów przypominają mocno wyciągnięte czaszki waranów. Mozazaury bardzo szybko opanowały oceany po zniknięciu ichtiozaurów i pliozaurów. Większość gatunków mozazaurów to duże albo bardzo duże drapieżniki szczytowe, choć pierwotne formy były niewielkie. Wydłużony pokrój ich ciała sprawiał, że gady te pływały niczym węże, wyginając ciało z boku na bok. W morzach późnej kredy istniało wiele gatunków mozazaurów, które mimo powierzchownych podobieństw zajmowały różne nisze pokarmowe. Przykładowo rodzaj Globidens reprezentowany był przez mozazaury przystosowane do durofagii. Jego zdobyczą były oskorupione głowonogi – amonity. Zęby przedstawicieli tego rodzaju miały niskie i okrągłe korony, które umożliwiały im zgniatanie i miażdżenie twardych muszli morskich mięczaków. Na ten typ uzębienia mówi się niekiedy, że jest to uzębienie brukowe. Rodzaj Prognathodon to z kolei myśliwi zajmujący nisze ekologiczne zbliżone do dzisiejszych dużych zębowców, takich jak orki oceaniczne. Te mozazaury polowały na inne duże kręgowce morskie. Ich zęby były mocne i lekko zakrzywione ku tyłowi. Przypominały zęby żyjących wcześniej pliozaurów. Istniały również mozazaury, które odżywiały się wyłącznie miękkim pokarmem. Dobrym przykładem jest rodzaj Pluridens, którego zęby były delikatne i esowato wygięte – przypominały zęby dzisiejszych węży. Tego typu uzębienie służyło do chwytania miękkociałych głowonogów, takich jak kałamarnice. Opisany niedawno rodzaj Gavialimimus to natomiast przykład rybożernego mozazaura. Posiadał on mocno wydłużone szczęki i stożkowate, ostre zęby. Zatem, mimo faktu, że mozazaury dominowały w oceanach niecałe 30 milionów lat, to bardzo szybko wykształciły ogromną bioróżnorodność form i zdążyły zająć rozmaite nisze ekologiczne Powtórzyły w pewien sposób to, co miliony lat wcześniej zrobiły ichtiozaury.

Mozazaury zapanowały nad morzami w drugiej połowie kredy pod koniec epoki dinozaurów. Ci krewni waranów potrafili osiągać olbrzymie rozmiary a jeden z nich Mosasaurus hoffmanni (na zdjęciu) był najstraszliwszą bestią ówczesnych oceanów/ Źródło: Wikimedia Commons, domena publiczna.

Mozazaury stały  szybko drapieżnikami szczytowymi. Który ze znanych gatunków można uznać za najgroźniejszego potwora terroryzującego morza u schyłku ery dinozaurów?

Kandydatów na miano „superdrapieżnika” wśród mozazaurów było kilku. Myślę, że tytuł ten należy się gatunkowi Mosasaurus hoffmanni. Najwięksi przedstawiciele tego gatunku osiągali ponad 17 metrów długości. W ogóle rodzaj Mosasaurus zawiera duże drapieżniki, których paleoekologia była zbliżona do dużych zębowców, takich jak orki czy kaszaloty. Chociaż oczywiście nie wszystkie gatunki tego rodzaju były aż tak gigantyczne co gatunek M. hoffmanni. Przedstawiciele tego rodzaju występowali na niemal całej kuli ziemskiej. Ich skamieniałości znaleziono w USA, Japonii, Nowej Zelandii, Afryce, Belgii, Holandii, Szwecji, a nawet w Polsce. Był to zatem, rodzaj niezwykle dobrze przystosowany do rozmaitych warunków środowiskowych i mógł zasiedlać zbiorniki morskie niemal całej Ziemi. Prawdopodobnie stał za tym swego rodzaju oportunizm pokarmowy. Mosasaurus polował na ryby, żółwie morskie, plezjozaury, oraz inne mozazaury. Tak szerokie spektrum pokarmowe czyni go drapieżcą doskonałym.

Mezozoiczne oceany były domem nie tylko dla wymienionych wyżej stworzeń. Żyły w nich także żółwie morskie, których skamieniałości znajdujemy m.in. w Polsce. Czym różniły się od tych dzisiejszych i czy są w jakiś sposób z nimi spokrewnione?

Żółwie wielokrotnie przystosowywały się do morskiego trybu życia. W ciągu całej ery mezozoicznej zrobiło to kilka niezależnych linii ewolucyjnych tych gadów. Dzisiejsze morskie żółwie, to też zupełnie oddzielna historia w obrębie żółwich dziejów. Warto tutaj przytoczyć najstarszego żółwia, który był przystosowany do odżywiania się wyłącznie morskim pokarmem. Był to rodzaj Owadowia, którego skamieniałości odkopałem razem z moim zespołem w kamieniołomie Owadów-Brzezinki w województwie łódzkim, nieopodal Tomaszowa Mazowieckiego. Szczęki tego żyjącego 148 milionów lat temu żółwia były uzbrojone w szeroki i masywny dziób, którym gad ten miażdżył muszle ostryg i pancerze skorupiaków. Był on zatem durofagiem. Dzisiejsze żółwie morskie na pierwszy rzut oka przypominają formy wymarłe, jednak generalnie w obrębie żółwi możemy spotkać raczej gatunki o podobnej budowie i morfologii. Na uwagę zasługują tu duże żółwie kredowe z rodziny Protostegidae, których pancerze były wypełnione licznymi komorami powietrznymi, które sprawiały, że ich szkielet był znacznie bardziej ażurowy niż u innych morskich żółwi. Żyjące współcześnie morskie żółwie to po prostu „kolejny desant” na środowiska morskie, którego dopuszcza się ta grupa gadów.

Oprócz żółwi w ciepłych wodach pluskały się też tzw. krokodylomorfy. Jakie zwierzęta kryją się pod tą nazwą?

To kolejna, bardzo różnorodna grupa gadów morskich. Byli to żyjący w morzach krewniacy dzisiejszych krokodyli. Niektóre formy, takie jak teleozaury (Teleosauridae) przypominały dzisiejsze duże krokodyle. Rodzaj Machimosaurus przywodzi na myśl wielkiego gawiala. Gady należące do teleozaurów miały ciągle kończyny zakończone palcami i były w stanie wychodzić na ląd, jednak to morze stało się głównym miejscem ich bytowania. Ich ofiarą padały żyjące w tych samych środowiskach morskie żółwie i ryby. Niektóre krokodylomorfy były całkowicie przystosowane do życia w morzu. Ich kończyny były przekształcone w płetwy, a ogon wieńczyła pionowo zorientowana płetwa ogonowa. U całkowicie morskich form, charakteryzujący krokodyle pancerz kostny zupełnie znikł. Morskie krokodylomorfy osiągnęły szczyt zróżnicowania w okresie jurajskim, choć niektóre przetrwały aż do kredy.

Na koniec zróbmy mały eksperyment myślowy. W okresie jurajskim tereny dzisiejszej Polski pokrywało płytkie  morze. Gdybyśmy się cofnęli w czasie o 150 mln lat i zanurkowali w jego wodach, to jakie konkretnie zwierzęta mielibyśmy szansę spotkać? I co szczególnie ważne, których z nich powinniśmy się wystrzegać?

Byłby to nietuzinkowy widok. Toń wodną patrolowałyby rybokształtne ichtiozaury, które mogły w tym czasie osiągać długość 7 metrów. Tu i ówdzie towarzyszyłyby im długoszyje plezjozaury. Przedstawiciele obu grup wypatrywaliby rybich ławic lub smakowitych głowonogów. W przybrzeżnych partiach zbiornika moglibyśmy spotkać prymitywne żółwie morskie oraz krokodylomorfy, które na rzeczone żółwie ostrzyły swoje zęby. Z głębszych partii zbiornika raz na jakiś czas pokazałby nam się majestatyczny olbrzymi pliozaur. Myślę, że większość tych zwierząt mogłaby stanowić dla człowieka zagrożenie, tak jak współczesne nam duże kręgowce morskie. Tak samo jak obawiamy się samca słonia morskiego, tak samo należałoby czuć respekt przed dorodnym plezjozaurem. Nie zmienia to jednak faktu, że byłby to niezapomniany widok.

Dziękuję za rozmowę.