Artykuł w wersji audio
Wystraszył się pana – powiedział prof. Jarosław Stolarski z Instytutu Paleobiologii PAN w Warszawie. Cofnąłem rękę i schowałem ją ze wstydem za plecami. Bo i rzeczywiście, zachowałem się jak niedouczony turysta. Gdy tylko zobaczyłem żywe koralowce w akwarium, natychmiast zapukałem w szybę. W odpowiedzi jeden z morskich polipów zwinął swe parzące czułki.
Miałem, po prawdzie, parę argumentów na swoją obronę. Pracownicy Instytutu Paleobiologii PAN zajmują się przecież badaniem organizmów wymarłych. Gabinety tutejszych naukowców, ich szafy, szuflady i piwnice są przepełnione dziesiątkami tysięcy skamieniałości. Gdy więc prof. Stolarski zapytał mnie: – To co? Chce pan zobaczyć moje koralowce?, spodziewałem się kolekcji fantastycznych szkieletów. Tymczasem ujrzałem akwarium z żywymi zwierzętami. Zapukałem w szybę odruchowo. By upewnić się, czy mnie wzrok nie myli.
– Wkrótce będę rozdzielał koralowce po innych akwariach, a potem zamierzam zmieniać w poszczególnych zbiornikach kwasowość oraz skład chemiczny wody morskiej, przede wszystkim stosunek ilości wapnia do magnezu – wyjaśnił naukowiec. – Chcę sprawdzić, jak zareagują na te zmiany i co stanie się z ich szkieletem.
Życie z katastrofy
Prof. Jarosław Stolarski już od ponad dwudziestu lat zajmuje się koralowcami. Wypracował nowatorskie, interdyscyplinarne podejście, zgodnie z którym bada się skamieniałości oraz żywe zwierzęta – ich anatomię, mikrostrukturę oraz skład chemiczny szkieletu. Zaowocowało to głośnymi publikacjami w najlepszych czasopismach naukowych świata, takich jak „Science”. A wreszcie połączyło wiedzę o sięgającej ponad 400 mln lat wstecz ewolucji koralowców z pytaniami o ich przyszłość.
Bo właśnie to najbardziej martwi przyrodników na całym świecie. Rafy koralowe, miejsce największej różnorodności biologicznej w oceanach, przeżywają dziś gigantyczny kryzys. Niszczą je śmieci, ścieki, zmętnienie wody i turyści-wandale. Jednak najgroźniejsze ciosy zadaje koralowcom globalne ocieplenie klimatyczne. W wodzie o zbyt dużej temperaturze koralowce przerywają współpracę z symbiotycznymi glonami i wyrzucają je z komórek swego ciała. To prowadzi do blednięcia tych zwierząt, ich głodowania, a potem śmierci. Wzrost ilości dwutlenku węgla – głównego sprawcy ocieplenia – zwiększa zaś kwasowość oceanu. A to powoduje rozpuszczanie węglanowych szkieletów koralowców. Ocenia się, że już połowa raf koralowych na świecie uległa uszkodzeniu. Jeśli nic tego procesu nie powstrzyma, to do 2050 r. obumrze ich 90 proc.
W tej masie złych informacji są jednak iskierki nadziei. – Na północy Morza Czerwonego, w zatoce Akaba, żyją koralowce, które wytrzymują najwyższe możliwe temperatury na Ziemi – mówi prof. Stolarski. – Stoi za tym tamtejsza historia geologiczna.
W czasie ostatniego zlodowacenia – gdy poziom wód oceanicznych był dużo niższy niż dzisiaj – Morze Czerwone praktycznie straciło połączenie z oceanami i zaczęło wysychać. Zwiększające się w efekcie tego zasolenie spowodowało wymarcie miejscowych raf. Gdy lodowiec ustąpił, podniósł się poziom oceanów na Ziemi i Morze Czerwone odzyskało połączenie z nimi. – Larwy koralowców, które zaczęły je ponownie zasiedlać, musiały jednak pokonać wąską jak ucho igielne cieśninę Bab al-Mandab łączącą Morze Czerwone z oceanem. Jej wody były bardzo ogrzane – opowiada uczony. – Z tego względu koralowce z Morza Czerwonego mają największą na świecie wytrzymałość na stres termiczny. Dziś intensywnie się je bada, by zrozumieć, jak im się to udaje.
Prof. Stolarski nie jest jednak zaskoczony tym, że tak odporne na stres koralowce w ogóle istnieją. Jego badania skamieniałości wykazały, że w swej historii ewolucyjnej przeszły one niejedną katastrofę. I że żyją na naszej planecie dłużej niż wcześniej przyjmowano.
Dom ze współpracy
Koralowce madreporowe (Scleractinia), które budują dzisiejsze rafy koralowe, pojawiają się w zapisie kopalnym około 240 mln lat temu (środkowy trias). I to od razu bogate w gatunki i w pełni uformowane. Tyle że w osadach sprzed 460 mln lat (środkowy ordowik) – szczególnie na terenie dzisiejszej Szkocji – znajduje się skamieniałości zdumiewająco podobne do korali madreporowych. – Uważano je jednak za coś w rodzaju pierwszych eksperymentów ewolucji – mówi prof. Stolarski.
By wyjaśnić ich zagadkę, paleontolog sprzymierzył się z biologami molekularnymi. Podstawą wspólnej pracy stała się gigantyczna baza danych genetycznych żyjących dziś koralowców – i to zarówno tych budujących rafy, czyli płytkowodnych i kolonijnych, jak i gatunków głębokowodnych, prowadzących raczej samotniczy tryb życia. Połączono ją z informacjami o skamieniałościach. Efektem było drzewo rodowe wszystkich koralowców madreporowych. I jego początek uplasował się ponad 400 mln lat temu. – Jasno z tego wynikało, że te ordowickie koralowce są prawdziwymi koralowcami madreporowymi – wyjaśnia prof. Stolarski. – Historia tej grupy jest więc 200 mln lat dłuższa niż wcześniej przypuszczano.
Co się w takim razie z nimi działo przez pierwsze 200 mln lat ich istnienia? Dlaczego nie ma ich skamieniałości przez tak długi czas? – Musi pan pamiętać, że w tym czasie rafy tworzyły odrębne grupy koralowców: Rugosa i Tabulata – odpowiada paleontolog. – Koralowce madreporowe albo przeniosły się do oceanicznych głębin, których osady nie zachowały się lub nie zostały jeszcze odnalezione, albo przestały tworzyć szkielet i tym samym zniknęły z zapisu kopalnego.
Nie da się wykluczyć, że doszło do obu zdarzeń jednocześnie. Koralowce madreporowe tkwiły w głębinach, bez szkieletu, bez możliwości tworzenia raf, czekając na okazję. Ich cierpliwość się opłaciła. – 200 mln lat temu doszło do wybuchu ich różnorodności – mówi prof. Stolarski. – Nagle, ni stąd, ni zowąd, pojawiła się cała masa koralowców madreporowych, setki gatunków, tworzących zarówno pojedyncze, jak i bardzo złożone, masywne szkielety. Zaczęliśmy mieć do czynienia z fauną koralowcową prawie że współczesną.
Z pewnością drogę do tego sukcesu utorowało im wielkie wymieranie sprzed 252 mln lat. Katastrofa, która wyniszczyła 90 proc. ówczesnych organizmów, wybiła też wcześniej dominujące koralowce z grup Rugosa i Tabulata. Ale to było za mało. 240 mln lat temu rafy koralowe pojawiły się w wodach ubogich w związki odżywcze. Niewiele zwierząt jest tam w stanie przetrwać. Chyba że znajdą jakiś trik.
W pracy, która ukazała się w 2017 r. w „Science Advances”, prof. Jarosław Stolarski i jego współpracownicy przeanalizowali skład chemiczny szkieletów skamieniałości korali sprzed 200 mln lat. Szczególną uwagę zwrócili na proporcje izotopów węgla, azotu i tlenu. – Wszystkie zbadane koralowce, co do joty, wykazują takie proporcje izotopów jak te dzisiejsze gatunki, które żyją w symbiozie z glonami – mówi paleontolog. – Niespodzianką okazała się powszechność tej symbiozy. To sugeruje, że właśnie ona stała się impulsem do tej triasowej rewolucji koralowców.
Jednokomórkowe glony z grupy bruzdnic zasiedliły więc wtedy wnętrza koralowców. Korzystając ze światła, produkowały związki organiczne, które w dużej mierze przekazywały swym zwierzęcym gospodarzom. Koralowiec w zamian oferował im niezbędny do fotosyntezy dwutlenek węgla i zapewniał ochronę. Tak powstały organizm, efekt współpracy, mógł zasiedlić ubogie w związki odżywcze, ciepłe, płytkie i nasłonecznione obszary morskie. Wytworzył środowisko, które stało się domem dla tysięcy gatunków ryb, skorupiaków czy mięczaków.
Dalsze badania prof. Stolarskiego i jego współpracowników pokazały jeszcze jedną, niespodziewaną cechę koralowców. Ponieważ mają one stosunkowo prostą budowę, powszechnie uważa się, że na ich czynności życiowe przemożny wpływ mają zmiany środowiska, takie jak skład wody morskiej. Na przykład ok. 100 mln lat temu (w kredzie, u schyłku ery dinozaurów) oceany znacznie różniły się składem od dzisiejszych – proporcja magnezu do wapnia była wyrównana, a w obecnych wynosi pięć do jednego. Zbliżona ilość wapnia i magnezu utrudnia jednak koralowcom budowę szkieletu z takiej postaci węglanu wapnia, do jakiej są najlepiej przystosowane. Ale okazało się, że choć niektóre koralowce rzeczywiście przystosowywały się do nowych warunków i budowały szkielet z innej postaci węglanu wapnia, to zdecydowana większość uparcie trwała przy swych przyzwyczajeniach. To oznacza, że koralowce potrafią iść niejako pod prąd dyktatowi środowiska.
Tę niezwykłą umiejętność koralowców paleontolog udowodnił szczegółowo na przykładzie grupy zwanej Acropora. – To jeden z najbardziej rozpowszechnionych obecnie koralowców, znany z ponad 150 dzisiejszych gatunków. Z tego względu, że należy do najszybciej rosnących koralowców, tworzy podstawę większości raf świata – tłumaczy paleontolog.
Zapis kopalny pokazuje, że Acropora pojawiła się co najmniej 40 mln lat temu. – Wszystkie kopalne gatunki, począwszy od najstarszych, są niemal identyczne z dzisiejszymi, nawet na poziomie mikrostruktury szkieletu – mówi prof. Stolarski. – A przecież przez te 40 mln lat zmieniały się drastycznie proporcje magnezu do wapnia w wodzie morskiej, zaś w początkowym okresie ich ewolucji ilość dwutlenku węgla znacznie przekraczała rysowane obecnie „czarne scenariusze” wzrostu emisji CO2 na koniec wieku. Dane te niewątpliwie pokazują ogromny potencjał przystosowania się koralowców do zmian środowiska.
Nadzieja z głębin
Te pozornie optymistyczne wnioski zaburzają jednak wyniki badań dzisiejszych koralowców. Praca zespołu amerykańskich i australijskich naukowców, ogłoszona 20 lipca w „Science”, wykazała, że nawet koralowce symbiotyczne, żyjące znacznie poniżej strefy płytkich i rozgrzanych wód, bo docierające do 150 m głębokości, giną w wyniku ocieplenia i zakwaszenia oceanów. Czyżby więc mimo wszystko nie było dla dzisiejszych koralowców ratunku?
– Koralowce są grupą starą i wiele z ich form skolonizowało dużo głębsze wody, sięgające nawet kilku tysięcy metrów poniżej powierzchni oceanu – odpowiada prof. Stolarski. – W zasadzie mamy tyle samo gatunków żyjących w wodach płytkich i tworzących rafy co tych zamieszkujących wody głębokie.
Ponieważ tam już nie dociera światło, korale głębokowodne nie współpracują z glonami. Zazwyczaj też nie tworzą większych kolonii, lecz prowadzą samotnicze życie, żywiąc się planktonem lub resztkami materii organicznej. I to w tych koralowcach paleontolog dopatruje się źródła odrodzenia, gdyby skutki globalnego ocieplenia zniszczyły rafy. Dlatego właśnie założył ich hodowlę w Instytucie Paleobiologii i będzie sprawdzać, jak zareagują na zakwaszenie wody oraz zmianę proporcji wapnia do magnezu.
– Załóżmy, że wszystkie koralowce budujące dzisiejsze rafy wyginą, nawet te z Morza Czerwonego. Ile czasu zajęłoby tym, które pan hoduje, nawiązanie symbiozy z glonami, podbój ubogich w związki odżywcze wód płytkich i budowa nowych raf? – pytam na koniec. – W skali geologicznej zapewne dość szybko – odpowiada prof. Stolarski. – Czyli ile? – Jakieś kilkaset tysięcy, może kilka milionów lat.