Rekordowe rozmiary w świecie zwierząt od zawsze budziły sensację, podobnie jak ich ekstremalne zdolności. Media chętnie przykuwają uwagę widzów nagłówkami w stylu: najmniejszy, największy, najszybszy, najbardziej jadowity…
Rekordy w świecie zwierząt
Formalnie największym ze znanych organizmów jest odkryta w 1998 r. w Górach Błękitnych w Oregonie grzybnia opieńki ciemnej (Armillaria ostoyae) [1], która porasta powierzchnię około 10 km2. Wiek tego organizmu szacuje się na 2400 do 8650 lat [2]. Za największego przedstawiciela świata zwierząt, żyjącego w dowolnym okresie historii, uchodził płetwal błękitny (Balaenoptera musculus), który dorasta obecnie do 29,9 m długości i 199 t wagi. Był liderem aż do sierpnia zeszłego roku, kiedy to zespół paleontologów, pod kierownictwem Giovanniego Biannuciego, opublikował na łamach Nature szacunki dla żyjącego w eocenie (56-33,9 mln lat temu) Perucetus colossus, należącego do wymarłej rodziny bazylozaurydów (Basilosauridae) – najbardziej zaawansowanych genetycznie prawaleni, pierwszych prowadzących całkowicie wodny tryb życia.
O pochodzeniu wielorybów
Pochodzenie wielorybów było zagadką dla świata nauki przez stulecia. Dopiero na początku XXI w. ustalono ponad wszelką wątpliwość, że walenie (Cetacea) wyewoluowały pod koniec wczesnego eocenu od parzystokopytnych czworonogów (Artiodactyla) [3], żywiących się roślinnością wodną w strefie przybrzeżnej jezior, strumieni i rzek subkontynentu indyjskiego – odprysku Gondwany, który był w owym czasie wyspą, płynącą przez ocean Tetydy na spotkanie z Azją. To jeden z najcieplejszych okresów w dziejach Ziemi. Dzięki efektowi cieplarnianemu [4] panowały wtedy wręcz szklarniowe warunki. Poza tym poziom wody w oceanie sięgał nawet o 25 m wyżej – pustynna dziś Sahara była wtedy dnem oceanu Tetydy, a skamieliny palm z tego okresu znajdujemy dziś poza kręgiem polarnym [5].
Wiodąc na początku środkowego eocenu ziemnowodny tryb życia, prawalenie szybko rozprzestrzeniły się po strefach przybrzeżnych Afryki Północnej i Zachodniej oraz obu Ameryk. Następnie wykonały kolejny krok i przeszły na tryb w pełni wodny, wędrując w późnym eocenie po wszystkich oceanach Ziemi i zajmując nisze ekologiczne opuszczone przez gady morskie, wymarłe po uderzeniu meteoru Chicxulub. Zyskały wtedy zasięg występowania podobny do tego przypisywanego dzisiejszym wielorybom.
Ta ewolucja zajęła waleniom aż 12 mln lat – cztery razy dłużej niż ichtiozaurom opanowanie tych samych nisz ekologicznych, zwolnionych po wielkim wymieraniu kambryjskim. Większość prawaleni (Archaeoceti) padła następnie ofiarą wymierań eoceńsko-oligoceńskich [6], spowodowanych najprawdopodobniej oziębieniem klimatu w wyniku zmian prądów morskich [7]. Spadek temperatur położył kres cieplarnianej epoce wczesnego kenozoiku [8] i trwa do dziś, a jego skutkiem jest np. zlodowacenie Antarktydy. Świat eocenu przypieczętowany został wreszcie upadkiem kilku asteroid [9].
Zębowce, fiszbinowce i… bazylozaury
Wymieranie przetrwały dwa żyjące do dzisiaj klady waleni: zębowce (Odontoceti), jak współczesne orki i delfiny, oraz fiszbinowce (Mysticeti), do których należą dzisiejsze wieloryby. Walenie i syreny (manaty i diugonie) pozostają jedynymi grupami ssaków, które prowadzą w pełni wodny tryb życia, a więc rodzą się, śpią i rozmnażają w wodzie, w przeciwieństwie do fok, morsów oraz lwów morskich. Dzisiejsze walenie nie przypominają swoich eoceńskich przodków, które były przeważnie dużymi, pływającymi potworami, uzbrojonymi w śmiercionośne uzębienie w wydłużonej szczęce.
Wczesne prawalenie, jak chociażby ambulocet, budową ciała przypominały raczej krokodyle niż dzisiejsze delfiny. Nic dziwnego, że kiedy Richard Harlan natknął się na skamielinę pierwszego bazylozaura pomyślał, że ma do czynienia z olbrzymim gadem pływającym. I stąd właśnie nazwa z gadzią końcówką saurus [10].
Perucetus colossus – najcięższe zwierzę Ziemi?
Perucetus colossus, odkryty w peruwiańskim regionie Paracas, znany jest z 4 żeber, 13 kręgów i fragmentów kości płetwy. Wszystkie pozostałości należały do jednego osobnika, który nie doczekał się jeszcze przyjemniejszego imienia niźli MUSM 3248. Bianucci et alia, analizując skamieniałości wspomnianego bazylozaura, oszacowali, że miał on długość 17-20,1 m i mógł ważyć nawet 340 t, znacząco przyćmiewając płetwala błękitnego [11]. Budowę Perucetusa zrekonstruowano, bazując na porównaniach z innymi bazylozaurydami, które przemierzały wody oceanu Tetydy, jak: Cynthiacetus peruvianus [12], Basilosaurus isis [13], Pachycetus wardii [14] i Dorudon atrox [15]. Były to duże drapieżniki, często szczytowe w swoich ekosystemach, nieposiadające, kojarzonego z dzisiejszymi zębowcami, zmysłu echolokacji, choć prawdopodobnie potrafiły słyszeć kierunkowo [16].
Obliczanie masy ciała u wymarłych ssaków
Masa ciała u wymarłych ssaków bywa szacowana przy użyciu trzech podstawowych metod: 1) pomiaru wielkości zęba M1; 2) pomiaru długości kości kończyn; 3) pomiaru długości ciała [17]. Metod tych nie da się jednak zastosować bezpośrednio dla wymarłych waleni. Ich zęby policzkowe mają inne funkcje (zębowce) bądź też zostały utracone (fiszbinowce). Ich kończyny nie muszą utrzymywać ciężaru ciała. Przeszły również ewolucyjny proces zwiększenia liczby kręgów lędźwiowych i ogonowych w stosunku do ssaków lądowych, aby dostosować się lepiej do życia w wodzie. Oprócz wspomnianych metod predykcyjnych równań allometrycznych, wprowadzono zatem metody wolumetryczne oraz hybrydowe. Dla żyjących dziś wielorybów opracowano także metody szacowania masy ciała na podstawie fotogrametrii [18].
Kości Perucetusa są jednocześnie gęstsze i grubsze niż u jakiegokolwiek innego znanego nauce walenia (pachyosteoskleroza). Mają dwukrotnie większą objętość niż porównywalne kręgi płetwala błękitnego! Ich żebra są zbudowane jedynie z kości gęstej, nie posiadają szpiku. Waga szkieletu dwudziestometrowego Perucetusa byłaby zatem dwa albo trzy razy większa niż waga szkieletu dłuższego o pięć metrów płetwala błękitnego.
Zespół Bianucciego, rekonstruując tego bazylozaura, posłużył się zatem modelowaniem bazującym na syrenach (diugonie i manaty), które używają swych gęstych szkieletów jako systemów balastowych. To dało wagę od 85 do nawet 340 t, przy średniej masie 180 t. Paleobiolodzy uważają, że Perucetus colossus był dość wolno poruszającym się mieszkańcem strefy płytkich wód, któremu wielka masa pomagała utrzymywać stabilność pomimo mocnych fal przybojowych, a nawet sztormów. Wyniki badań stały się sensacją.
A jednak nie…?
Dwójka paleobiologów, Ryosuke Motani i Nicholas D. Pyenson, zweryfikowała obliczenia zespołu Bianucciego przy użyciu własnego narzędzia bioinformatycznego [19] i w lutym 2024 roku opublikowała swoje przemyślenia na łamach Peer Journal. Uznali oni, że modelowanie Perucetusa w oparciu o manaty nie jest zasadne, ponieważ wieloryby to jedyna grupa ssaków, u której rozwinął się tak ekstremalny gigantyzm. Stwierdzili, że Perucetus, o 20 proc. krótszy od płetwala błękitnego, musiałby być od niego ponad trzy raz gęstszy lub blisko dwa razy tłustszy, by być od niego cięższym.
Nie zgadza się to z ogólnymi parametrami obliczonymi dla ziemskich kręgowców. Sceptyczni paleobiolodzy zdegradowali Perucetusa do kategorii wagowej 60-114 t, przy zakładanej długości 17-20 m. Koniecznie trzeba tu dodać, że średnio byłoby to jakieś 60-70 t, podobnie jak u współczesnych kaszalotów. Zwrócili uwagę, że produktywność oceanu nie utrzymałaby homeostazy zwierzęcia o masie 340 t. Dodali również, że dane zgromadzone na temat Perucetusów są obecnie zbyt skromne, aby dokładnie zweryfikować oszacowania. Ich obliczenia równocześnie sugerują, że największy płetwal błękitny mógłby być znacznie cięższy, niż dotychczas sądzono, i ważyć do 270 t. [20].
Czy będzie rewanż Perucetusa?
Zespół Bianucciego nie składa jednak broni i zapowiada potwierdzenie stosowanego przez siebie podejścia. A co z Perucetusem? Trwają dywagacje, co tak potężny bazylozaur miałby jeść. Nie dysponujemy, niestety, żadną zachowaną czaszką tego prawalenia. Odrzucono teorię, że był wegetarianinem. Żaden z prawaleni nim nie był, mimo roślinnej diety ich przodków… Bianucci z zespołem sugerują, że bazylozaur żywił się mięczakami, skorupiakami i innymi stworzeniami zamieszkującymi dno morskie. Pobierał je albo przez zasysanie, jak białucha (Delphinapterus leucas) albo przez filtrowanie, jak wal szary (Eschrichtius robustus).
Duża masa ciała może pomagać zoptymalizować efektywność metaboliczną i lokomocyjną. W oceanach Ziemi takie rozwiązanie wyewoluowało już kilkukrotnie, szczególnie pośród bezzębnych filtratorów, które wykorzystują gęste skupiska drobnego pożywienia, tak jak dzisiejsze fiszbinowce, manty czy niektóre rekiny: wielorybie (Rhincodon typus), długoszpary (Cetorhinus maximus) i wielkogębowe (Megachasma pelagios). Wszystkie te filtratory miały mniejszych, uzbrojonych w ostre zęby przodków, którzy polowali na duże, pojedyncze ofiary. Jako alternatywę Bianucci z zespołem sugerują, że ten największy z prehistorycznych waleni mógł być padlinożerny. Płetwal błękitny tymczasem nadal pływa na samym szczycie podium.
W artykule korzystałem m.in. z prac:
[1] Craig L. Schmitt i Michael L. Tatum (2008) The Malheur National Forest: Location of the World’s Largest Living Organism. Forest Service, United States Department of Agriculture
[2] Brennan A. Ferguson, Tina A. Dreisbach, C.G. Parks; Gregory M. Filip, C.L. Schmitt (2003) Coarse-scale population structure of pathogenic Armillaria species in a mixed-conifer forest in the Blue Mountains of northeast Oregon. „Canadian Journal of Forest Research” 33: 612-623
[3] W 1787 roku John Hunter, słynny chirurg i naukowiec swojej epoki zauważył podobieństwo niektórych rozwiązań anatomicznych waleni i… przeżuwaczy. Nie mając w arsenale teorii ewolucji nie odważył się jednak na formułowanie wypływających z tego wniosków. Niemal stulecie później William H. Flower (1883) opierając się na badaniach Huntera zasugerował pochodzenie wielorybów od jakiejś wczesnej formy prymitywnego ssaka kopytnego. Ogłosił to na wykładzie dla Royal Institution of Great Britain zatytułowanym O wielorybach, dawnych i obecnych, oraz ich prawdopodobnym pochodzeniu. Jego hipoteza nie spotkała się jednak w tamtych czasach z życzliwym przyjęciem. Dopiero w 1950 roku Boyden i Gemeroy przeprowadzili serię testów reaktywności immunologicznej, porównując białka waleni z kilkoma współczesnymi rzędami ssaków. Ich wyniki potwierdziły hipotezę Flowera, choć nadal forsowano inne rozwiązania. Na rzecz pochodzenia waleni od parzystokopytnych przemówiły odkrycia skamielin nowych gatunków pakicetydów na początku XXI w.: J. G. M. Thewissen, E. M. Williams, L. J., Roe, S. T. Hussain (2001) Skeletons of terrestrial cetaceans and the relationship of whales to artiodactyls. „Nature” 413(6853): 277–281. doi:10.1038/35095005, a ostatecznie badania molekularne parzystokopytnego Indohyusa w 2007 roku: Felix G. Marx, Olivier Lambert, Mark D. Uhen (2016) Cetacean Paleobiology, John Wiley & Sons Ltd.
[4] Poziom dwutlenku węgla (CO2) w eocenie sięgał 800-1000 ppm w porównaniu z obecnym poziomem 421,35 ppm i 385 ppm, kiedy Peter Ward pisał te słowa w: (2010) The Flooded Earth: Our Future in a World without Ice Caps. Basic Books.
[5] O działaniu efektu cieplarnianego w eocenie, ale i różnicach np. w poziomie natlenia wody w oceanie na różnych głębokościach: Peter Ward (2007) Under a Green Sky: Global Warming, Mass Extinctions of the Past, and What They Can Tell Us about Our Future. Harper-Collins.
[6] Zdarzenie to nazywane jest w Europie Grande Coupure – wielką przerwą, zaś w Azji przemodelowaniem mongolskim. W ciągu zaledwie miliona lat wymarła połowa znanych rodzajów ssaków: Simone Fattorini (2021) Eocene–Oligocene Mass Extinction w: Encyclopedia of Geology (second edition) vol. 5.
[7] Donald Prothero wskazuje, że szczyt wymierania miał miejsce jeszcze w środkowym eocenie, a ochłodzenie klimatu na skutek zmiany cyrkulacji prądów morskich wywołane było ruchami płyt tektonicznych i oderwaniem Australii od Antarktydy: (2013) Bringing Fossils to Live: An Introduction to Paleobiology (third edition), Columbia University Press.
[8] Na skutek oziębienia klimatu na początku oligocenu czapy lodowe na obydwu biegunach były o około 25% większe niż obecnie, zaś poziom wody w oceanie Ziemi znajdował się o ponad sto metrów niżej: Miriam E. Katz, Kenneth G. Miller, James D. Wright, Bridget S. Wade, James V. Browning, Benjamin S. Cramer, Yair Rosenthal (2008) Stepwise transition from the Eocene greenhouse to the Oligocene icehouse. „Nature Geoscience” 1:329–334 https://doi.org/10.1038/ngeo179
[9] Na wiek około 35 mln lat datowane są aż trzy kratery pouderzeniowe oraz będące dowodem wzmożonej aktywności wulkanicznej trapy etiopskie. Pierwszy, to krater Chesapeake Bay w stanie Wirginia, USA. Ma on 38 km wewnętrznej i około 85 km zewnętrznej średnicy: J. W. Horton, J. Ormö, D. S. Powars, G. S. Gohn (2006) Chesapeake Bay impact structure: Morphology, crater fill, and relevance for impact structures on Mars. „Meteoritics & Planetary Science” 41(10):1613–1624. doi:10.1111/j.1945-5100.2006.tb00439.x. Drugi to 100 km średnicy krater Popigai na Syberii: Richard Bottomley, Richard Grieve, Derek York, Victor Masaitis (1997) The age of the Popigai impact event and its relation to events at the Eocene/Oligocene boundary. „Nature” 388:365–368. https://doi.org/10.1038/41073. Trzeci to Toms Canyon w New Jersey, o średnicy 22 km: Steven M. Stanley i John Luczaj (2015) Earth System History (fourth edition). W. H. Freeman and Company, Nowy Jork. Badania geologiczne wykazały, że meteoryty nie pochodziły z jednej asteroridy, choć mogły uderzyć w Ziemię w efekcie jednego zaburzenia grawitacyjnego w Pasie Asteroid: Birger Schmitz, Samuele Boschi, Anders Cronholm, Philipp R. Heck, Simonetta Monechi, Alessandro Montanari, Fredrik Terfelt (2015) Fragments of Late Eocene Earth-impacting asteroids linked to disturbance of asteroid belt. „Earth and Planetary Science Letters” 425:77-83.
[10] Pomyłkę Harlana wyprostował kilka lat później Sir Richard Owen, porównując zęby bazylozaura z różnymi gatunkami współczesnych zwierząt: Mark D. Uhen (1998) Middle to Late Eocene Basilosaurines and Dorudontines (in:) J. G. M. Thewissen (ed.) The Emergence of Whales: Evolutionary Patterns in the Origin of Cetacea. s. Advances in Vertebrate Paleobiology, vol 1. Springer. https://doi.org/10.1007/978-1-4899-0159-0_2
[11] Rewelacje odnośnie wagi Perucetusa opublikował zespół: Giovanni Bianucci, Olivier Lambert, Mario Urbina, Marco Merella, Alberto Collareta, Rebecca Bennion, Rodolfo Salas-Gismondi, Aldo Benites-Palomino, Klaas Post, Christian de Muizon, Giulia Bosio, Claudio Di Celma, Elisa Malinverno, Pietro Paolo Pierantoni, Igor Maria Villa, Eli Amson (2023) A heavyweight early whale pushes the boundaries of vertebrate morphology. „Nature” 620: 824–829 https://doi.org/10.1038/s41586-023-06381-1
[12] Potężny drapieżnik o najbardziej skompletowanym szkielecie pośród wszystkich bazulozaurydów: Manuel Martínez-Cáceres, Olivier Lambert, Christian de Muizon (2017) The anatomy and phylogenetic affinities of Cynthiacetus peruvianus, a large Dorudon-like basilosaurid (Cetacea, Mammalia) from the late Eocene of Peru. „Geodiversitas 39(1):7-163. https://doi.org/10.5252/g2017n1a1
[13] Iyad S. Zalmout, Hakam A. Mustafa, Philip D. Gingerich (2000) Priabonian Basilosaurus isis (Cetacea) from the Wadi Esh-Shallala Formation: first marine mammal from the Eocene of Jordan. „Journal of Vertebrate Paleontology” 20:201–204
[14] Stworzenia z rodzajów Pachycetus i Anthaceuts miały znacznie gęstsze kości niż inne bazylozaurydy: Philip D. Gingerich, Ayoub Amane, Samir Zouhri (2022) Skull and partial skeleton of a new pachycetine genus (Cetacea, Basilosauridae) from the Aridal Formation, Bartonian middle Eocene, of southwestern Morocco. „PLoS One” doi: 10.1371/journal.pone.0276110
[15] Podrodzina Dorudontinae uznawana jest za najbardziej prawdopodobnych przodków dzisiejszych waleni, mając z nimi wiele cech wspólnych, a jednocześnie nie posiadając niektórych cech oddzielających współczesne walenie od dawnych bazylozaurydów: Mark D. Uhen (2004) Form, Function, and Anatomy of Dorudon atrox (Mammalia, Cetacea): An Archaeocete from the Middle to Late Eocene of Egypt. „Papers on Paleontology” 34, Museum of Paleontology, The University of Michigan.
[16] Ze względu na szybszą prędkość rozchodzenia się dźwięku w wodzie człowiek nie jest w stanie stwierdzić kierunku pochodzenia dźwięku, który zdaje się docierać ze wszystkich stron – zjawisko znane nurkom. By zniwelować efekt, wystarczy zwiększyć odległość między miejscami pomiaru dźwięku np. poprzez włożenie sobie w uszy znalezionych pod wodą plastikowych słomek do drinków.
[17] Legendre skorelował naturalny logarytm obszaru zęba M1 z masą ciała wielu grup współczesnych ssaków: (1986) Analysis of mammalian communities from the late Eocene and Oligocene of southern France. „Paleovertebrata”, Montpellier, 16(4):191-212. Gingerich znalazł zależności między długością kończyn a rozmiarami ciała: (1990) Prediction of body mass in mammalian species from long bone lengths and diameters. „Contributions from the Museum of Paleontology, University of Michigan” 28(4):79-92. Jerison użył długości ciała współczesnych mięsożernych i przeżuwaczy do oszacowania ich masy: (1973) Evolution of the Brain and Intelligence. Academic Press, Nowy Jork. Porównania bazują na subiektywnie wybranej grupie współczesnych zwierząt, dając sporą niepewność wyników. Dla przykładu szacunki masy ciała olbrzymiego leniwca Megatherium americanum wahają się od 0,5 do 97 ton, przy zastosowaniu tych samych algorytmów i zestawu danych kalibracyjnych, w zależności czy wybierze się średnicę jego poprzecznej kości promieniowej i czy też kości udowej: Charlotte A. Brassey (2016) Body-Mass Estimation in Paleontology: A Review of Volumetric Techniques. „The Paleontological Society Papers” 22:133–156. doi:10.1017/scs.2017.12
[18] Płynącego olbrzyma trudno byłoby zważyć: Fredrik Christiansen, Mariano Sironi, Michael J. Moore, Matías Di Martino, Marcos Ricciardi, Hunter A. Warick, Duncan J. Irschick, Robert Gutierrez, Marcela M. Uhart (2019) Estimating body mass of free-living whales using aerial photogrammetry and 3D volumetrics. „Methods in Ecology and Evolution” 10: 2034–2044. https://doi.org/10.1111/2041-210X.13298
[19] Paleomass to narzędzie do szacowania masy ciała kręgowców morskich na podstawie ich ortogonalnych sylwetek za pomocą algorytmu otaczania. Generuje on zestaw dwóch modeli 3D, przy założeniu supereliptycznych przekrojów ciała z różnymi wartościami wykładników. Oprogramowanie umożliwia wyznaczenie objętości zwierzęcia pomiędzy objętościami obu modeli, poprzez odpowiedni dobór parametrów: Ryosuke Motani (2023) Paleomass for R—bracketing body volume of marine vertebrates with 3D models. „Peer Journal” 11:e15957. https://doi.org/10.7717/peerj.15957
[20] Ryosuke Motani, Nicholas D. Pyenson (2024) Downsizing a heavyweight: factors and methods that revise weight estimates of the giant fossil whale Perucetus colossus. „Peer Journal” 12:e16978 https://doi.org/10.7717/peerj.16978