Życie na Ziemi. Najwspanialsza historia na świecie

David Attenborough jest najbardziej znanym popularyzatorem wiedzy przyrodniczej na świecie, twórcą filmów przyrodniczych, który z kamerą objechał świat, pokazał nam całe królestwo zwierząt i przeanalizował każdą większą grupę w kontekście roli, jaką odegrała w długim spektaklu życia, od jego początku aż po dzień dzisiejszy. Życie na Ziemi, czyli najwspanialsza historia na świecie to książka, która powstała w wyniku trwających trzy lata podróży i badań, które towarzyszyły realizacji tych filmów.

To wydanie „Życia na Ziemi” powstało, by uczcić 40. rocznicę pierwszej publikacji tej książki. David Attenborough zabiera czytelnika w niezapomnianą podróż, całkowicie aktualizując i uzupełniając oryginalny tekst, biorąc pod uwagę współczesne odkrycia naukowe z całego świata, a także uzupełniając je o wspaniałe fotografie, aby zilustrować książkę w znacznie lepszy sposób, niż było to możliwe czterdzieści lat temu.

Jak pisze autor, streszczenie trzech miliardów lat historii na ponad trzystu stronach, a także opisanie w obrębie każdego rozdziału grup zwierząt zawierających dziesiątki tysięcy gatunków, zmusza do znacznych uproszczeń. Jego metodą jest próba dostrzeżenia jednego, najbardziej znaczącego wątku w historii danej grupy, a następnie skoncentrowanie się na prześledzeniu go, ignorując inne kwestie, niezależnie od tego jak kuszące mogłyby się wydawać.

Aby ułatwić rozpoznawanie kolejnych bohaterów tej historii, zamiast naukowego, łacińskiego nazewnictwa, używał będę raczej zwyczajowych nazw zwierząt. Osoby, które chciałyby dowiedzieć się więcej na temat danego gatunku, w bardziej technicznej literaturze, znajdą jego nazwę naukową w indeksie. W przeważającej części, zamiast wykorzystywać nazwy okresów geologicznych, wiek będę wyrażał w wartościach bezwzględnych, a więc w milionach lat. Nie będę również wymieniał nazwisk naukowców, których praca dostarczyła faktów i teorii, na których oparta jest niniejsza książka. Zrobiłem to wyłączenie w celu zachowania przejrzystości narracji. Nie zamierzam umniejszać długu, jaki mamy wobec nich wszyscy my, którzy czerpiemy przyjemność z obserwowania i rozmyślania o zwierzętach. Naukowcy ci i ich badania dostarczyli nam najcenniejszej z obserwacji: umiejętności dostrzegania ciągłości natury we wszystkich jej formach, oraz uświadomienia sobie naszego miejsca w przyrodzie.
– David Attenborough

PROLOG

Wciąż bardzo wyraźnie pamiętam moją pierwszą podróż w tropiki. Gdy wysiadałem z samolotu w duszne, pełne zapachów powietrze Afryki Zachodniej, nasunęło mi się skojarzenie z łaźnią parową. Wilgoć unosząca się w powietrzu była tak intensywna, że moja skóra i koszula przesiąkły nią w ciągu kilku chwil. Budynki lotniska otoczone były żywopłotem z hibiskusa, wokół którego igrały nektarzyki, niewielkie ptaki połyskujące na zielono i niebiesko. Przeskakiwały z jednego czerwonego kwiatu na inny, zawisając na trzepoczących skrzydłach w trakcie poszukiwania nektaru. Dopiero po dłuższej chwili przyglądania się im, zauważyłem, że na gałęzi żywopłotu znajduje się kameleon, nieruchomy, za wyjątkiem swych wyłupiastych oczu, obracających się, by śledzić każdego przelatującego owada. Obok nadepnąłem na coś, co wydawało się trawą. Ku mojemu zdumieniu, listki natychmiast złożyły się płasko przy łodydze, przekształcając ją w pozornie nagą gałązkę. Była to mimoza wstydliwa. Z tyłu znajdował się rów pokryty pływającymi roślinami, pomiędzy którymi czarna woda falowała od ryb. Nad liśćmi przechadzał się ptak o kasztanowym ubarwieniu, unosząc swe stopy o długich palcach z przesadną ostrożnością człowieka w rakietach śnieżnych. Gdziekolwiek nie spojrzałem, widziałem bogactwo wzorów i kolorów, na jakie nie byłem przygotowany. Było to objawienie wspaniałości i obfitości świata przyrody, z którego to nigdy się nie otrząsnąłem.
Od tamtej pory wielokrotnie, w ten czy inny sposób, udawało mi się wracać do tropików. Zazwyczaj moim celem było kręcenie filmu o jakimś zakątku tego nieskończenie zróżnicowanego świata. Miałem zatem szczęście odnajdywać i filmować rzadkie stworzenia, które niewielu ludzi „z zewnątrz” widziało w naturze, oraz patrzeć na niektóre z najbardziej niesamowitych spektakli, jakie dzikie miejsca naszej planety mają do zaoferowania – drzewa pełne popisujących się rajskich ptaków w Nowej Gwinei, olbrzymie lemury skaczące po lesie na Madagaskarze, czy największe jaszczurki na świecie przemykające niczym smoki przez dżunglę maleńkiej wyspy w Indonezji.
Początkowo filmy, które robiliśmy, starały się dokumentować życie poszczególnych zwierząt, pokazując jak każde z nich znajduje swoje pożywienie, broni się i rozmnaża, oraz w jaki sposób wpasowuje się ono we wspólnotę zwierząt i roślin wokół niego. Ale potem w mojej głowie zrodził się pomysł, że nasz zespół mógłby przygotować serię filmów, która przedstawi zwierzęta w nieco inny sposób. Naszym tematem miała być nie tylko historia naturalna w tym sensie, w jakim te dwa słowa są zazwyczaj używane, ale rzeczywista historia przyrody. Staraliśmy się zbadać całe królestwo zwierząt i przeanalizować każdą większą grupę w kontekście roli, jaką odegrała w długim spektaklu życia, od jego początku aż po dzień dzisiejszy. Niniejsza książka powstała w wyniku trwających trzy lata podróży i badań, które towarzyszyły realizacji tych filmów.
Streszczenie trzech miliardów lat historii na około trzystu stronach, a także opisanie w obrębie każdego rozdziału grup zwierząt zawierających dziesiątki tysięcy gatunków, zmusza do znacznych uproszczeń. Moją metodą była próba dostrzeżenia jednego, najbardziej znaczącego wątku w historii danej grupy, a następnie skoncentrowanie się na prześledzeniu go, ignorując inne kwestie, niezależnie od tego jak kuszące mogłyby się wydawać.
Grozi to jednak zasugerowaniem pozornej celowości, która w królestwie zwierząt nie istnieje. Darwin wykazał, że siła napędowa ewolucji wywodzi się z zachodzącego na przestrzeni niezliczonych pokoleń nagromadzenia przypadkowych zmian genetycznych, przesiewanych przez sita doboru naturalnego. Opisując konsekwencje tego procesu zdecydowanie zbyt łatwo można używać sformułowań, które sugerują, że to same zwierzęta dążyły do wprowadzenia zmian w sposób celowy – że to ryby chciały wyjść na suchy ląd i dlatego przekształciły swoje płetwy w kończyny, albo że to gady chciały latać i starały się zmienić swoje łuski w pióra, aby w ten sposób ostatecznie stać się ptakami. Nie ma żadnych obiektywnych dowodów na nic podobnego, stąd opisując te procesy w możliwie zwięzły sposób, starałem się nie używać zwrotów, które mogłyby sugerować inaczej.
W zaskakującym stopniu, niemal wszystkie istotne wydarzenia w tej historii można opowiedzieć za pomocą dzisiaj żyjących zwierząt, które mogą reprezentować swoich przodków – rzeczywistych bohaterów opowieści. Dzisiejsza ryba dwudyszna pokazuje, jak mogły tworzyć się płuca, zaś kanczyl odpowiada pierwszym ssakom kopytnym, które buszowały w lasach przed 50 milionami lat. Aby uniknąć nieporozumień, musimy jednak wyjaśnić, jaka jest natura takiego „podstawienia aktorów”. W rzadkich przypadkach, dzisiaj żyjący gatunek może wydawać się identyczny z tym, którego szczątki znajdowane są w skałach liczących setki milionów lat. Zdarza się, że zajmuje on niszę w środowisku, która istnieje niezmieniona przez tak nadzwyczaj długi czas, i przystosował się do niej na tyle dobrze, że nie miał powodów do zmian. Jednak w większości przypadków, dzisiejsze gatunki, chociaż mogą dzielić wspólne kluczowe cechy ze swoimi przodkami, różnią się od nich na wiele sposobów. Ryba dwudyszna i kanczyl zasadniczo przypominają swoich przodków, ale bynajmniej nie są z nimi identyczne. Podkreślanie tej różnicy za każdym razem twierdzeniem w rodzaju „formy ancestralne, które bardzo przypominają gatunki nam współczesne” byłoby niezgrabne i nazbyt dosłowne, ale tak to właśnie należy rozumieć, gdy odnosił się będę do formy prehistorycznej za pomocą nazwy stworzenia żyjącego dzisiaj.
Od momentu, gdy ukazało się pierwsze wydanie tej książki, nauka, co oczywiste, dokonała nowych odkryć, rozjaśniających i poszerzających naszą wiedzę o historii przyrody. Odkryte zostały nowe gatunki – zarówno współczesne, jak i kopalne – łączące różne grupy. Niektóre z odkryć były naprawdę sensacyjne. Być może najbardziej spektakularne były te dokonane w Chinach – gdzie odnaleziono szczątki niewielkich dinozaurów z wyraźnie dostrzegalnymi pozostałościami piór bujnie pokrywających ich ciała. Skamieniałości te rozwiązały jeden z największych i najbardziej zażartych sporów wśród biologów ewolucyjnych, a dotyczący pochodzenia zarówno lotu, jak i samych ptaków. Inne odkrycia związane były z samym zagadnieniem pochodzenia życia. Odnaleziono skamieniałości w Australii, ale również w wielu innych częściach świata, w tym na półwyspie Avalon w północnej Kanadzie, gdzie z zadziwiającą dokładnością zachowało się liczące 565 milionów lat dno morskie usiane wszelkiego rodzaju nieznanymi dotąd organizmami. Wszystkie te i wiele innych postępów w wiedzy zostanie wspomnianych w odpowiednich miejscach w dalszej części niniejszej książki.
W ostatnich latach jedna, zupełnie nowa dziedzina nauki rzuciła wiele światła na historię życia – genetyka molekularna. Niemal sto lat po opublikowaniu przez Darwina książki o ewolucji drogą doboru naturalnego, O powstawaniu gatunków, Crick i Watson opisali strukturę kwasu deoksyrybonukleinowego – w skrócie DNA – cząsteczki, która przenosi genetyczny wzorzec, z którego powstać może kolejny osobnik danego organizmu. Wyjaśniło to mechanizm, za pomocą którego cechy fizyczne przekazywane są z pokolenia na pokolenie.
Pierwszym organizmem wielokomórkowym, którego genom udało się całkowicie rozszyfrować, był niewielki robak[1]. Gdy to nastąpiło, kolejnym dużym celem była analiza ludzkiego DNA. Wymagało to wielu lat zarówno międzynarodowej rywalizacji, jak i współpracy. Dziś jednak ustalenie tożsamości genetycznej gatunku zajmuje jedynie kilka godzin, a wykonywane jest za pomocą aparatury nie większej niż telefon komórkowy. Dzięki postępowi w wiedzy i technice, możemy wywnioskować wszelkiej maści szczegóły – jak wyglądają relacje między poszczególnymi gatunkami, w którym momencie ich historii ewolucyjnej pojawiła się konkretna cecha, a nawet w jaki dokładnie sposób doszło do jej wykształcenia. Możemy dziś określić relacje między różnymi grupami, które pojawią się w naszej historii, a także z prawdziwą pewnością sformułować stwierdzenia dotyczące ich pochodzenia. Tego typu spostrzeżenia zostaną opisane w odpowiednich miejscach na kolejnych stronach.
Aby ułatwić rozpoznawanie kolejnych bohaterów tej historii, zamiast naukowego, łacińskiego nazewnictwa, używał będę raczej zwyczajowych nazw zwierząt. Osoby, które chciałyby dowiedzieć się więcej na temat danego gatunku, w bardziej technicznej literaturze, znajdą jego nazwę naukową w indeksie. W przeważającej części, zamiast wykorzystywać nazwy okresów geologicznych, wiek będę wyrażał w wartościach bezwzględnych, a więc w milionach lat. Nie będę również wymieniał nazwisk naukowców, których praca dostarczyła faktów i teorii, na których oparta jest niniejsza książka. Zrobiłem to wyłączenie w celu zachowania przejrzystości narracji. Nie zamierzam umniejszać długu, jaki mamy wobec nich wszyscy my, którzy czerpiemy przyjemność z obserwowania i rozmyślania o zwierzętach. Naukowcy ci i ich badania dostarczyli nam najcenniejszej z obserwacji: umiejętności dostrzegania ciągłości natury we wszystkich jej formach, oraz uświadomienia sobie naszego miejsca w przyrodzie.

Odkrycie nieznanego zwierzęcia wcale nie jest takie trudne. Wystarczy spędzić jeden dzień w tropikalnym lesie Ameryki Południowej, przewracając kłody, zaglądając pod korę, przetrząsając wilgotną ściółkę liści, a wieczorem poświecić lampą rtęciową na biały ekran, a, w ten czy inny sposób, zbierze się setki niewielkich stworzeń różnego rodzaju. Ćmy, gąsienice, pająki, chrząszcze o długich ryjkach, świecące żuki, niegroźne motyle udające osy, osy przypominające mrówki, chodzące patyki, liście, które otwierają skrzydła i latają – różnorodność będzie ogromna, a istnieje całkiem duże prawdopodobieństwo, że któreś z tych stworzeń będzie nieznane nauce. Trudność stanowić będzie znalezienie specjalistów, znających te grupy na tyle dobrze, by móc wskazać, które zwierzę jest nowym gatunkiem.
Nikt nie jest w stanie powiedzieć, ile dokładnie gatunków zwierząt znajduje się w tych gorących, wilgotnych, słabo oświetlonych dżunglach. Zawierają one najbogatsze i najbardziej zróżnicowane zbiorowisko zwierząt i roślin, jakie można znaleźć na Ziemi. Występuje tu wiele głównych typów stworzeń – małpy, gryzonie, pająki, kolibry, motyle – a każde z nich reprezentowane jest przez różnorodne formy. Jest tu ponad 40 różnych gatunków papug, ponad 70 różnorakich małp, 300 gatunków kolibrów i dziesiątki tysięcy motyli. Nie zachowując wystarczającej ostrożności, można zostać pokąsanym przez sto różnych rodzajów komarów.
W 1832 roku młody Anglik, Karol Darwin, dwudziestotrzyletni przyrodnik pracujący na pokładzie HMS „Beagle”, statku wysłanego przez Admiralicję[2] w Londynie w podróż badawczą dookoła świata, trafił do takiego właśnie lasu w okolicach Rio de Janeiro. W ciągu jednego dnia na niewielkim obszarze zebrał 68 różnych gatunków małych chrząszczy. Zdumiało go istnienie tak wielkiej różnorodności jednego typu stworzeń. Nie szukał ich specjalnie, więc, jak napisał w swoim dzienniku, było to „wystarczające, by wyobrażenie o tym, jaki rozmiar osiągnie w przyszłości kompletny katalog, zakłóciło spokój umysłu entomologa”. Typowym poglądem w jego czasach było to, że wszystkie gatunki są niezmienne i że każdy z nich został stworzony przez Boga oddzielnie. W tamtym czasie Darwin był daleki od bycia ateistą – wszakże uzyskał stopień naukowy z teologii na Uniwersytecie w Cambridge – głęboko zastanawiała go jednak ta ogromna różnorodność form żywych.
W ciągu następnych trzech lat, „Beagle” opłynął wschodnie wybrzeże Ameryki Południowej, okrążył przylądek Horn i ponownie ruszył w kierunku północnym wzdłuż wybrzeża Chile. Ekspedycja wypłynęła następnie na Pacyfik, aż w odległości tysiąca kilometrów od kontynentu dotarła do samotnego archipelagu Galapagos. Pytania Darwina dotyczące stworzenia gatunków powróciły, jako że na tych wyspach zobaczył całkiem nową ich różnorodność. Był zafascynowany odkryciem, że zwierzęta z Galapagos były ogólnie rzecz biorąc podobne do tych, które widział na kontynencie, ale różniły się od nich szczegółami. Żyły tu kormorany, czarne, długoszyje ptaki nurkujące, podobne do tych latających nisko nad brazylijskimi rzekami, ale na Galapagos ich skrzydła były tak małe, a pióra tak skarłowaciałe, że utraciły one zdolność lotu. Były tu legwany, duże jaszczurki z grzebieniem łusek biegnących wzdłuż grzbietu. Te na kontynencie wspinały się na drzewa i jadły liście. Tutaj, na wyspach, gdzie roślinność jest ograniczona, żywiły się wodorostami, chwytając się podwodnych skał za pomocą nadzwyczaj długich i mocnych pazurów. Żółwie również były bardzo podobne do form znanych ze stałego lądu, ale te z wysp były wielokrotnie większe, osiągając tak gigantyczne rozmiary, że mogłyby być ujeżdżane przez człowieka. Brytyjski wicegubernator Galapagos powiedział Darwinowi, że nawet w obrębie archipelagu istnieje pewne zróżnicowanie: żółwie na każdej z wysp były nieco inne, tak że można było odróżnić, z której wyspy pochodzą. Te, które żyły na względnie dobrze nawodnionych wyspach, gdzie mogły żywić się nisko rosnącą roślinnością, miały delikatnie wygiętą krawędź skorupy tuż nad szyją. Ale te, które pochodziły z bardziej suchych wysp, gdzie musiały unosić swe głowy, by sięgać gałęzi kaktusów lub liści drzew, miały znacznie dłuższe szyje i mocno wygięty pancerz, co umożliwiało im wyciągnięcie jej niemal pionowo w górę.
W umyśle Darwina zaczęło kiełkować podejrzenie, że gatunki nie były ustalone raz na zawsze. Być może jedne mogły przekształcić się w inne. Być może ptaki i gady z kontynentalnej Ameryki Południowej dotarły na Galapagos tysiące lat temu, jako pasażerowie na gapę na roślinnych tratwach, które spływały rzekami do morza. Gdy już tam przybyły, zmieniały się, wraz z każdym kolejnym pokoleniem dostosowując się do swych nowych domów, aż stały się dzisiejszymi gatunkami.
Różnice między nimi a ich kuzynami ze stałego lądu były niewielkie. Skoro jednak takie zmiany miały miejsce, czyż nie było możliwe, że efekt kumulacji trwającej wiele milionów lat byłby tak wielki, że mógłby doprowadzić do poważniejszych przeobrażeń w królestwie zwierząt? Może ryby wykształciły umięśnione płetwy i wypełzły na ląd, by stać się płazami; może płazy z kolei rozwinęły wodoszczelną skórę i stały się gadami; a może nawet niektóre małpokształtne stworzenia przyjęły postawę wyprostowaną i stały się przodkami człowieka.
W istocie pomysł ten nie był całkowicie nowy. Wielu przed Darwinem sugerowało, że całe życie na Ziemi jest ze sobą powiązane. Rewolucyjnością myśli Darwina było dostrzeżenie mechanizmu, który powodował te zmiany. W ten sposób zastąpił on filozoficzną spekulację szczegółowym opisem procesu, popartym przez liczne dowody, który można było testować i weryfikować. Dzięki temu nie sposób było już dłużej zaprzeczać prawdziwości procesu ewolucji.
Pokrótce jego argument był następujący: osobniki tego samego gatunku nie są identyczne. Z jaj jednego lęgu, przykładowo żółwia słoniowego, wyklują się młode, u których, w wyniku różnic genetycznych, rozwiną się nieco dłuższe szyje niż u innych. W czasie suszy będą one w stanie dosięgać liści i przetrwać. Ich bracia i siostry z krótszymi szyjami będą głodować i zginą. Tak więc osobniki lepiej dostosowane do otoczenia zostaną wyselekcjonowane i będą w stanie przekazać swoje cechy potomstwu. Po wielu pokoleniach żółwie na suchych wyspach będą miały dłuższe szyje niż te na wyspach nawodnionych – jeden gatunek da początek drugiemu.
Koncepcja ta stała się wyraźna w umyśle Darwina dopiero długie lata po tym, jak już opuścił Galapagos. Przez 25 lat żmudnie gromadził on dowody na jej poparcie. Opublikował ją dopiero w 1859 roku, w wieku 50 lat. A i tak jego główną motywacją było to, że inny, młodszy przyrodnik, pracujący w południowo-wschodniej Azji Alfred Wallace, sformułował bardzo podobny pomysł. Książkę, w której Darwin szczegółowo przedstawił swoją teorię, nazwał O powstawaniu gatunków drogą doboru naturalnego, czyli o utrzymywaniu się doskonalszych ras w walce o byt.
Od tego czasu teoria doboru naturalnego była debatowana, testowana, udoskonalana, weryfikowana i rozwijana. Późniejsze odkrycia dotyczące genetyki, biologii molekularnej, dynamiki populacji oraz badań behawioru, nadały jej nowego wymiaru. Pozostaje ona kluczem do naszego pojmowania świata przyrody i uświadamia, że życie ma długą i nieprzerwaną historię, w trakcie której organizmy roślinne i zwierzęce zmieniały się, pokolenie po pokoleniu, w miarę jak zdobywały wszystkie zakątki świata.
Obecnie istnieją dwa bezpośrednie źródła dostarczające dowodów dla tej historii. Jedno może być znalezione w materiale genetycznym w komórkach każdego żyjącego organizmu. Drugie leży w archiwach naszej planety – w skałach osadowych. Zdecydowana większość zwierząt nie pozostawia po śmierci najmniejszego śladu swojego istnienia. Ich ciało rozkłada się, skorupki i kości ulegają rozsypaniu i zamieniają się w proch. Ale, bardzo sporadycznie, jeden lub dwa osobniki z wielotysięcznej populacji czeka inny los. Jakiś gad utknie w bagnie i umrze. Jego ciało gnije, ale kości pogrążają się w mule. Martwa roślinność dryfuje na dno bagna i przykrywa je. W miarę upływających setek lat gromadzi się tam więcej roślinności, a złoże zamienia się w torf. Zmiany poziomu morza mogą sprawić, że bagno zostanie zalane, a torf przykryty warstwą piasku. Po długim czasie warstwy torfu zostaną sprasowane i zmienią się w węgiel; gadzie kości wciąż w nim jednak pozostaną. Wskutek ogromnego ciśnienia wywieranego przez nadlegające osady oraz dzięki krążącym w nich roztworom bogatym w minerały dochodzi do zmian chemicznych w fosforanie wapnia znajdującym się w kościach. Ostatecznie zamieniają się one w kamień, zachowując zewnętrzną formę, jaką miały za życia zwierzęcia, nierzadko jednak zniekształconą. Czasami nawet szczegółowa struktura komórkowa kości jest zachowana w taki sposób, że można przyjrzeć się jej przekrojom pod mikroskopem i obserwować kształty naczyń krwionośnych i nerwów, które znajdowały się niegdyś w jej wnętrzu. W bardzo rzadkich przypadkach, można ustalić nawet kolor skóry lub piór.
Najbardziej sprzyjającym miejscem dla powstawania skamieniałości (procesu zwanego fosylizacją) są morza i jeziora, gdzie powoli gromadzące się osady staną się z czasem piaskowcami i wapieniami. Na lądzie, gdzie w większości przypadków skały nie tworzą się, ale raczej są niszczone przez wietrzenie (erozję), osady, takie jak wydmy piaskowe, powstają i zachowują się bardzo rzadko. W wyniku tego, jedynymi organizmami żyjącymi na lądzie, które mają szansę stać się skamieniałościami są te, które przypadkowo wpadły do wody. Dla większości z tych stworzeń jest to los dosyć wyjątkowy, zatem z zapisu kopalnego raczej nigdy nie wyłoni nam się obraz nawet zbliżony do ukazania pełnego zakresu zwierząt i roślin lądowych, jakie istniały w przeszłości. Zwierzęta żyjące w wodzie, takie jak ryby, mięczaki, jeżowce i koralowce, są znacznie bardziej obiecującymi kandydatami do zachowania się w stanie kopalnym. Mimo to niewiele z nich zginęło w warunkach fizycznych i chemicznych niezbędnych do fosylizacji. A spośród nich tylko niewielka część znalazła się w skałach, które są obecnie odsłonięte na powierzchni Ziemi. Z tej garstki większość i tak ulegnie erozji i zniszczeniu, zanim zostaną odkryte przez poszukiwaczy kopalnych szczątków. Zadziwiające jest więc to, że w obliczu tak mizernego prawdopodobieństwa, zebrane skamieniałości są tak liczne, a zapis, którego dostarczają, tak szczegółowy i spójny.
Jak możemy określić ich wiek? Od czasu odkrycia promieniotwórczości, naukowcy zdali sobie sprawę, że skały mają zawarty w sobie zegar geologiczny. Część pierwiastków chemicznych rozpada się wraz z upływem czasu, wytwarzając w tym procesie promieniowanie. Potas zamienia się w argon, uran przekształca się w ołów, a rubid w stront. Możliwe jest oszacowanie szybkości, z jaką to następuje. Jeśli zatem zmierzymy proporcje pierwiastka potomnego do pierwiastka pierwotnego w danej skale, możemy obliczyć czas, w którym powstał oryginalny minerał. Jako że istnieje kilka takich par pierwiastków, rozpadających się z różną prędkością, możliwe jest przeprowadzenie kontroli krzyżowej.
Technika ta, która wymaga niezwykle wyrafinowanych metod badawczych, na zawsze pozostanie jednak domeną specjalistów. Ale każdy z nas może określić względny wiek wielu skał, stosując prostą logikę. Jeżeli skała leży w warstwach, które nie są w znacznym stopniu naruszone, wówczas dolna warstwa musi być starsza niż górna. W ten sposób możemy prześledzić historię życia poprzez warstwy skał i, wchodząc coraz bardziej w głąb skorupy ziemskiej, podążać liniami rodowymi zwierząt aż do ich początku.
Największą rozpadliną, jaka istnieje na powierzchni Ziemi, jest Wielki Kanion w zachodnich Stanach Zjednoczonych. Skały, przez które rzeka Kolorado wycięła sobie drogę, wciąż leżą mniej więcej poziomo, warstwa po warstwie – czerwone, brązowe i żółte, czasem różowe w świetle poranka, a czasem niebieskie w cienistej dali. Ziemia tu jest tak sucha, że tylko pojedyncze drzewa jałowca i niskie zarośla pienią się po powierzchni klifów, a warstwy skalne, jedne miękkie, inne twarde, są niezarośnięte i wyraźnie widoczne. Większość z nich stanowią piaskowce lub wapienie, które zostały złożone na dnie płytkich mórz, swego czasu pokrywających tę część Ameryki Północnej. Przy dokładniejszych oględzinach, można wykryć przerwy w następstwie warstw. Reprezentują one momenty, w których doszło do wyniesienia tego obszaru nad powierzchnię wycofującego się morza, wskutek czego skały wyschniętego dna morskiego ulegały erozji. Następnie ląd ponownie obniżał się, morza znowu go zalewały, a depozycja osadów rozpoczynała się na nowo. Pomimo tych luk, historia pisana przez zawarte w skałach skamieniałości pozostaje przejrzysta.
Na grzbiecie muła z łatwością można przejechać z obrzeża Kanionu aż na samo jego dno w ciągu jednego dnia. Pierwsze mijane w trakcie takiej podróży skały mają już około 200 milionów lat. Nie ma w nich szczątków ssaków ani ptaków, ale są ślady gadów. Niedaleko od szlaku obserwować można ścieżkę tropów przecinających powierzchnię piaskowcowego głazu. Zostały one pozostawione przez biegnące przez plażę niewielkie, czworonożne stworzenia, niemal z pewnością jaszczurkopodobne gady. W innych miejscach skały znajdujące się na tym samym poziomie zawierają odciski liści paproci i skrzydeł owadów.
W połowie drogi w dół Kanionu docieramy do wapieni liczących 400 milionów lat. Nie ma tu śladów gadów, ale są kości przedziwnych, opancerzonych ryb. Po godzinie dalszej podróży skały starsze o kolejne 100 milionów lat nie zawierają już żadnych śladów zwierząt kręgowych. Jest tu nieco muszli i robaków, które pozostawiły po sobie ślady na tym, co niegdyś było mulistym dnem morskim. Trzy czwarte drogi w dół, nadal schodzimy przez kolejne warstwy wapienia, ale nie dostrzegamy już żadnych śladów prehistorycznego życia. Późnym popołudniem, docieramy w końcu do dolnej części wąwozu, gdzie rzeka Kolorado płynie zielonym strumieniem między wysokimi ścianami skalnymi. Znajdujemy się teraz ponad kilometr poniżej krawędzi Kanionu, a otaczające nas skały liczą sobie niewyobrażalne dwa miliardy lat. Można by mieć nadzieję, że znajdziemy tutaj dowody na same początki życia. Nie ma tu jednak żadnych pozostałości organicznych. Ciemne, drobnoziarniste skały leżą nie w poziomych warstwach, jak te powyżej, ale są poskręcane, powyginane i poprzecinane żyłkami różowego granitu.
Czy brak śladów życia oznacza, że zarówno te skały, jak i wapienie leżące bezpośrednio nad nimi, są tak niezwykle stare, że jakiekolwiek szczątki zostały z nich wykruszone? Czy może pierwsze stworzenia, które pozostawiły jakikolwiek ślad swojego istnienia, były już tak złożone jak robaki i mięczaki? Przez wiele lat pytania te nie dawały geologom spokoju. Niezwykle starannie przeglądano równie stare skały na całym świecie w poszukiwaniu jakichkolwiek szczątków organicznych. Znaleziono kilka podejrzanych kształtów, ale większość badaczy uznała je za artefakty powstałe w wyniku procesów fizycznych formowania się skał, niemające nic wspólnego z organizmami żywymi. Dopiero w latach 50. XX wieku, naukowcy zaczęli wykorzystywać mikroskopy o dużej mocy do przeglądania niektórych, szczególnie enigmatycznych skał.
Około 1600 kilometrów na północny wschód od Wielkiego Kanionu, prehistoryczne skały o podobnym wieku jak te leżące przy rzece Kolorado odsłaniają się na brzegu Jeziora Górnego[3]. Niektóre z nich zawierały pokłady czertu, drobnoziarnistej skały, podobnej do krzemienia. Czert z Gunflint był dobrze znany w XIX wieku, ponieważ amerykańscy pionierzy używali go w swoich pistoletach z zamkiem skałkowym. Tu i ówdzie w skale można znaleźć dziwne, białe, koncentryczne pierścienie o średnicy sięgającej około metra. Czy były to tylko zawirowania w mule powstałe na dnie antycznych mórz, czy może zostały utworzone przez żywe organizmy? Nikt nie wiedział tego z całą pewnością, a strukturom tym nadano nazwę stromatolitów, co z greckiego oznacza dokładnie „kamienny dywan”. Kiedy jednak badacze przecięli te pierścienie, zeszlifowali je na cienkie, przejrzyste plastry i zbadali w świetle mikroskopu, odkryli kształty prostych organizmów znajdujących się w czercie, o średnicy nie większej niż jedna lub dwie setne milimetra każdy. Niektóre z nich wyglądały jak włókna glonów; inne, choć niewątpliwie były organicznego pochodzenia, nie przypominały żadnego z dzisiaj żyjących organizmów; jeszcze inne wydawały się identyczne z najprostszymi dziś istniejącymi formami życia – bakteriami.
Dla wielu wydawało się to wręcz niemożliwe, żeby tak drobne istoty jak mikroorganizmy uległy skamienieniu. Jeszcze trudniej było uwierzyć w to, że ich pozostałości przetrwały tak długi czas. Roztwór krzemionki, którym nasycone zostały martwe organizmy i który zestalił się w formie czertu, był najwyraźniej wystarczająco drobnoziarnistym i trwałym środkiem konserwującym. Odkrycie skamieniałości w czertach z Gunflint zachęciło do kolejnych poszukiwań, nie tylko w Ameryce Północnej, ale i na całym świecie. Niebawem odkryto inne mikroskamieniałości w czertach z Afryki i Australii. Co zadziwiające, niektóre z nich były nawet o miliard lat starsze niż okazy z Gunflint. Część badaczy twierdzi obecnie, że najstarsze z nich liczą około czterech miliardów lat, czyli niedługo po uformowaniu się Ziemi. Jeśli jednak chcemy przyjrzeć się temu jak powstało życie, skamieniałości nie mogą nam pomóc – powstanie życia wiązało się z interakcjami cząsteczek, które nie pozostawiają śladów w zapisie kopalnym. Aby zrozumieć, co według naukowców się wydarzyło, musimy zajrzeć jeszcze bardziej w głąb czasu, przed nawet najstarszymi mikroskamieniałościami, aż do momentu, gdy Ziemia była całkowicie pozbawiona życia.
Pod wieloma względami ówczesna planeta była radykalnie odmienna od tej, na której żyjemy obecnie. Były tam morza, ale rozmieszczenie lądów nie przypominało wcale zarysów ani układu dzisiejszych kontynentów. Powszechne były wulkany, które wypluwały z siebie trujące gazy, popiół i lawę. Atmosfera składała się z wirujących obłoków wodoru, tlenku węgla, amoniaku i metanu. Tlenu było niewiele, o ile w ogóle był obecny. Ta niezdatna do życia mieszanina pozwalała pochodzącemu ze Słońca promieniowaniu ultrafioletowemu docierać do powierzchni Ziemi z intensywnością, która byłaby zabójcza dla dzisiejszych zwierząt. Wyładowania elektryczne szalały w chmurach, bombardując błyskawicami ląd i morze.
W latach 50. XX wieku przeprowadzono eksperymenty laboratoryjne mające na celu ustalić, co może dziać się z tymi konkretnymi składnikami chemicznymi w takich, a nie innych warunkach środowiska. Gazy te, wymieszane z parą wodną, poddawano wyładowaniom elektrycznym i działaniu światła ultrafioletowego. Już po tygodniu eksperymentu okazało się, że w mieszaninie powstały złożone cząsteczki, w tym cukry, kwasy nukleinowe i aminokwasy – elementy budulcowe białek. Obecnie wiemy, że takie cząsteczki organiczne można znaleźć w całym wszechświecie, nawet w ciałach międzygwiezdnych, takich jak komety. Ale aminokwasy nie są żywe ani nawet nie są dla zaistnienia życia niezbędne. Jak się okazało, eksperyment ten dowiódł niewiele na temat początków świata ożywionego.
Wszystkie istniejące dziś formy żywe dzielą wspólny sposób przekazywania informacji genetycznej, mówiącej komórkom, co mają robić. Jest to cząsteczka zwana kwasem deoksyrybonukleinowym, w skrócie DNA. Posiada on dwie kluczowe właściwości, wynikające z jego struktury: może działać jako wzorzec dla produkcji aminokwasów oraz ma zdolność do powielania się. Dzięki tej substancji cząsteczki osiągnęły zupełnie nowy poziom. Te dwie cechy DNA charakteryzują nawet najprostsze z organizmów żywych, takie jak bakterie, które należą jednocześnie do najstarszych skamieniałości, jakie odkryliśmy.
Zdolność DNA do replikacji jest konsekwencją jego unikalnej budowy. Ma ono kształt dwóch splecionych ze sobą spirali. Podczas podziału komórki, rozsuwają się one, rozdzielając cząsteczkę wzdłuż jej długości na dwie oddzielne nici. Każda z nich działa wówczas jak szablon, do którego przyłączają się inne, prostsze cząsteczki, tak długo, aż stanie się ponownie podwójną spiralą.
DNA zbudowane jest z czterech rodzajów prostych molekuł, które są zgrupowane w trójki i ułożone w określonym porządku na ogromnie długiej cząsteczce kwasu deoksyrybonukleinowego. Porządek ten określa, w jaki sposób dwadzieścia kilka różnych aminokwasów jest ułożonych w białku, jak dużo ma go powstać oraz w jakiej tkance i kiedy. Odcinek DNA zawierający taką informację o budowie białka lub jak powinno być ono wytwarzane, nazywany jest genem.
Czasem proces kopiowania DNA, powiązany z reprodukcją, może przebiec w niepoprawny sposób. W jakimś miejscu może powstać błąd albo odcinek DNA zostanie przesunięty i włączony w niewłaściwym miejscu. Kopia jest wtedy niedokładna, a białko, które stworzy, może być zupełnie inne. Zmiany w sekwencji DNA mogą być również wywołane przez substancje chemiczne lub promieniowanie. Gdy doszło do tego u pierwszych organizmów na Ziemi, rozpoczęła się ewolucja – dziedziczone modyfikacje, wywołane przez mutacje i błędy replikacji, są źródłem zmienności, z której dobór naturalny może wytworzyć zmiany ewolucyjne.
Ponieważ wszystkie formy życia dzielą ze sobą kwas deoksyrybonukleinowy jako materiał genetyczny, możliwe jest porównywanie sekwencji DNA u różnych organizmów, w celu sprawdzenia, w jaki sposób są ze sobą spokrewnione. Postęp technologiczny umożliwia obecnie sekwencjonowanie całego DNA organizmu w ciągu kilku godzin, przy wykorzystaniu urządzenia wielkości telefonu komórkowego. Przechowywane w bazach danych i porównywane ze sobą miliony wyznaczonych sekwencji DNA pokazują nam jednoznacznie, że całe życie na Ziemi ma wspólnego przodka, dokładnie tak jak to przewidział Darwin. Ponieważ części naszego DNA gromadzą mutacje w stałym tempie, możemy wykorzystać sekwencje DNA niczym zegar molekularny do oszacowania, w którym momencie dwa gatunki rozdzieliły się od siebie. Ogólnie rzecz biorąc, dane genetyczne i dane z zapisu kopalnego zgadzają się ze sobą, chociaż niejednokrotnie te pierwsze dają zaskakujące wyniki. Przy wykorzystaniu tej metody, oszacować możemy, że ostatni wspólny przodek wszystkich organizmów na Ziemi – powszechnie znany jako LUCA[4], którym w zasadzie była populacja prostych bakterii – żył około czterech miliardów lat temu. Możemy prześledzić pochodzenie wszystkiego, co widzimy wokół nas, docierając aż do tej grupy komórek.
Tak ogromne przedziały czasu przerastają wyobraźnię człowieka. Możemy jednak wyrobić sobie pewne pojęcie dotyczące względnego czasu trwania głównych etapów historii życia, jeśli porównamy cały ten okres, od samego początku aż po dzisiaj, do jednego roku kalendarzowego. Oznacza to, że, w przybliżeniu, każdy dzień odpowiada 10 milionom lat. W takim kalendarzu, skamieniałości glonopodobnych organizmów z Gunflint, które wydawały się tak archaiczne w momencie ich odkrycia, będą dosyć późnymi gośćmi w historii życia, pojawiając się dopiero w drugim tygodniu sierpnia. Najstarsze ślady robaków w Wielkim Kanionie zostały wydrążone w błocie na początku drugiego tygodnia listopada, a pierwsze ryby pojawią się w wapiennych morzach tydzień później. Wspomniana niewielka jaszczurka przejdzie po plaży w połowie grudnia, a ludzie pojawią się dopiero późnym wieczorem 31 grudnia.
Ale wróćmy do stycznia. Początkowo bakterie żywiły się różnymi związkami węgla, gromadzącymi się w pierwotnych morzach przez wiele milionów lat, i wytwarzały metan jako produkt uboczny. Podobne bakterie istnieją również dzisiaj na całej planecie. Przez pierwsze pięć czy sześć miesięcy naszego kalendarza życia to wszystko, co istniało na Ziemi. Wtem, jakieś dwa miliardy lat temu, wczesnym latem w naszej metaforze, bakterie rozwinęły niezwykłą biochemiczną sztuczkę. Zamiast pobierać gotowe pożywienie z otoczenia, zaczęły wytwarzać własne, w obrębie swoich ścian komórkowych, czerpiąc niezbędną do tego energię ze Słońca. Proces ten zwany jest fotosyntezą i jego najwcześniejsze formy wymagały obecności wodoru, gazu, który produkowany jest w wielkich ilościach podczas erupcji wulkanów.
Warunki bardzo podobne do tych, w których żyły wczesne bakterie fotosyntetyzujące, można dziś znaleźć w takich obszarach wulkanicznych jak Yellowstone w stanie Wyoming. Wielka masa stopionej skały, leżąca tu jedynie około kilometra poniżej skorupy ziemskiej, podgrzewa te znajdujące się na powierzchni. Temperatura wody gruntowej miejscami przekracza temperaturę wrzenia. Pod wpływem malejącego ciśnienia woda wznosi się kanałami przez skały i gwałtownie zamienia się w parę wodną, tryskając wysoko w powietrze w postaci gejzerów. W innych miejscach woda zbiera się w parujących sadzawkach. W miarę jak spływa i stygnie, sole, które zebrała ze skał w drodze ku powierzchni oraz te pochodzące z roztopionej masy położonej głębiej, odkładają się, tworząc niecki z obrzeżami i skarpami, otoczone piętrami tarasów. W tych gorących, pełnych minerałów wodach, kwitną bakterie. Niektóre z nich wytwarzają splątane włókna i skrzepy, inne tworzą grube, skórzaste płachty. Wiele z nich jest jaskrawo zabarwionych, a intensywność ich barw zmienia się w ciągu roku, gdy kolonie naprzemiennie rosną i maleją. Nazwy nadane tym zbiornikom wskazują na zróżnicowanie bakterii i przepych efektów, jakie wytwarzają – Emerald Pool (Szmaragdowy Staw), Sulphur Cauldron (Siarkowy Kocioł), Beryl Spring (Berylowe Źródło), Firehole Falls (Ognisty Wodospad), Morning Glory Pool (Sadzawka Porannej Świetności) oraz – szczególnie bogate w kilka gatunków bakterii – Artists’ Paintpots (Puszki Farb Artystów).
Wędrówkom przez ten niesamowity krajobraz towarzyszy woń siarkowodoru, niemożliwego do pomylenia z niczym innym zapachu gnijących jaj, produkowanego w wyniku reakcji wody gruntowej z roztopioną skałą głęboko pod ziemią. Jest to źródło wodoru dla wiele tutejszych bakterii. Dopóki były one uzależnione od aktywności wulkanicznej, nie mogły rozprzestrzenić się na większe odległości. Ale w końcu pojawiły się inne formy, które były w stanie pozyskiwać wodór ze źródła o wiele bardziej powszechnego – wody. Ten postęp miał mieć głęboki wpływ na całe przyszłe życie, jako że pierwiastkiem powstającym podczas ekstrakcji wodoru z wody jest tlen. Organizmy, które tego dokonały, były niewiele bardziej złożone w budowie od bakterii. Są one nazywane sinicami, lub niebiesko-zielonymi glonami – niegdyś wydawały się bliskimi krewnymi glonów zielonych, występujących powszechnie w zbiornikach wodnych. Obecnie wiemy, że podobne są raczej do przodków tych glonów i określane są nazwą cyjanobakterii. Wykorzystanie wody w procesie fotosyntezy było możliwe dzięki chlorofilowi, związkowi chemicznemu obecnemu zarówno u glonów właściwych, jak i u roślin.
Sinice występują wszędzie tam, gdzie jest stała wilgoć. Często na dnie stawów można zobaczyć całe ich maty, złożone z koralików ze srebrnymi pęcherzykami tlenu. W Zatoce Rekina (Shark Bay) na północno-zachodnim wybrzeżu tropikalnej Australii, rozwinęły się one w spektakularne formy. Basen Hamelin, niewielkie odgałęzienie tej ogromnej zatoki, ma swój dopływ zablokowany przez pas piachu pokryty trawą morską. Przepływ z i do basenu jest tak ograniczony, że wody w jego obrębie stały się niezwykle słone wskutek postępującego parowania. W konsekwencji wysokiego zasolenia nie mogą tu przetrwać stworzenia morskie takie jak mięczaki, które zazwyczaj żerują na sinicach, trzymając w ryzach ich populacje. Sinice kwitną więc bez ograniczeń, tak samo jak wtedy, gdy żadne zaawansowane formy życia nie istniały jeszcze nigdzie na świecie. Wydzielają wapień, tworząc nieopodal brzegów basenu kamienne poduszki, a na większych głębokościach wysokie kolumny. Oto właśnie wyjaśnienie tajemniczych kształtów z przekrojonych czertów z Gunflint. Sinice z Basenu Hamelin są współczesnymi stromatolitami. Widok całych ich grup, stojących na oświetlonym słońcem dnie morza, jest tak bliski scenerii ze świata sprzed dwóch miliardów lat, jak to tylko możliwe.
Pojawienie się sinic wyznaczyło punkt zwrotny w historii życia na Ziemi. W sposób, którego wciąż nie do końca rozumiemy, wydzielany przez nie tlen skumulował się przez tysiąclecia w atmosferze, upodabniając ją do dzisiejszej. Życie nasze i wszystkich innych zwierząt jest od niego zależne – potrzebujemy go nie tylko do oddychania, ale także dla ochrony. Tlen tworzy w atmosferze warstwę ozonową, osłonę, która odcina dostęp większości promieniowania ultrafioletowego pochodzącego ze Słońca.
Życie pozostawało na tym etapie rozwoju przez nadzwyczaj długi czas. Nagle, około dwóch miliardów lat temu, pojedyncza jednokomórkowa forma życia znalazła się w środku innej, całkowicie przypadkowo. Organizmy, jakie wytworzyły, można znaleźć obecnie w niemal każdej kropli słodkiej wody.
Oglądana pod mikroskopem kropla wody ze stawu będzie roić się od maleńkich organizmów. Niektóre z nich wirują, niektóre pełzają, niektóre przemykają przez pole widzenia niczym rakiety. Jako grupa są one często nazywane pierwotniakami lub protistami. Nazwa oznacza „pierwsze zwierzęta”, chociaż obecnie są one raczej postrzegane jako bardzo zróżnicowana grupa, z której tylko część przedstawicieli ma jakiekolwiek bliższe pokrewieństwo ze zwierzętami. Wszystkie są pojedynczymi komórkami, ale wewnątrz ich ścian komórkowych znajdują się struktury bardziej skomplikowane niż te, które posiada jakakolwiek bakteria. Jądro, pojedynczy centralny pakiet pełen DNA, wydaje się centrum organizacyjnym komórki. Wydłużone struktury, mitochondria, zapewniają energię dzięki spalaniu tlenu, w sposób dosyć podobny do tego, jak robi to wiele bakterii. Wiele komórek ma wirujący ogon, który przypomina nitkowate bakterie zwane krętkami. Niektóre zawierają również chloroplasty, pakiety chlorofilu, które, podobnie jak sinice, wykorzystują energię światła słonecznego do tworzenia złożonych cząsteczek jako pożywienia dla komórki. Każdy z tych maleńkich organizmów wydaje się więc zbiorowiskiem prostszych. I w rzeczy samej tym właśnie są. Mitochondria są potomkami jednokomórkowych organizmów, które zostały zamknięte w innej komórce około dwóch miliardów lat temu, a więc w czerwcu naszego kalendarza życia, podczas gdy chloroplasty wywodzą się z uwięzionych sinic.
Pierwotniaki rozmnażają się przez podział na dwie komórki, podobnie jak bakterie, ale ich struktura wewnętrzna jest o wiele bardziej złożona, a i ich podział, co nie dziwi, jest w konsekwencji dosyć skomplikowanym przedsięwzięciem. Większość oddzielnych struktur wchodzących w skład tego zbiorowiska dzieli się samodzielnie. Mitochondria i chloroplasty, każde z własnym DNA, często robią to niezależnie od podziału głównej komórki, jak przystało na organelle pochodzące od oddzielnych organizmów. DNA w obrębie jądra replikuje się w szczególnie złożony sposób, zapewniający skopiowanie wszystkich jego genów i rozdzielenie kompletnego zestawu kopii do każdej z komórek potomnych. Istnieje jednak kilka nieco odmiennych metod reprodukcji, praktykowanych przez różne pierwotniaki w zależności od sytuacji. Podstawową cechą wszystkich tych technik jest to, że w grę wchodzi przetasowanie genów. W niektórych sytuacjach ma to miejsce wtedy, gdy dwie komórki łączą się i wymieniają genami, po czym rozdzielają się i jakiś czas później przechodzą podział komórkowy. W innych przypadkach komórki normalnie zawierające dwa pełne zestawy genów dzielą się po przetasowaniu, tworząc nowe komórki z jednym tylko zestawem. Te komórki są dwojakiego rodzaju – duże, względnie nieruchome, oraz mniejsze, aktywne, napędzane przez wić. Pierwsze nazywane są jajami, a drugie plemnikami – oto właśnie początki płci. Gdy te dwie komórki łączą się w nową, ponownie obecne są dwa zestawy genów, ale już w nowych kombinacjach, pochodzących od dwojga rodziców. Może to być kombinacja unikalna, która wytworzy nieco inny organizm, z nowymi cechami. Ponieważ zjawisko płci zwiększyło możliwości zmienności genetycznej, znacznie przyspieszyło również tempo, w jakim ewolucja może postępować, gdy organizmy natrafiają na nowe środowiska.
Istnieją dziesiątki tysięcy gatunków pierwotniaków. Niektóre z nich pokryte są płaszczem wirujących nici lub rzęsek, które w skoordynowanym rytmie napędzają stworzenie przez wodę. Inne, jak ameba, poruszają się przez wybałuszanie nibynóżek z ciała, a następnie przelewanie się w nie całe. Wiele z tych, które żyją w morzu, wydzielają muszle o niezwykle skomplikowanej strukturze, złożone z krzemionki lub węglanu wapnia. Są to jedne z najbardziej wyrafinowanych obiektów, jakie dane jest zobaczyć badaczowi siedzącemu przed mikroskopem. Niektóre przypominają maleńkie muszle ślimaków, inne ozdobne wazy i flakony. Najdelikatniejsze z nich to błyszczące, przezroczyste krzemionki, koncentryczne sfery zakończone igłami, gotyckie hełmy, rokokowe dzwonnice i kolczaste kapsuły kosmiczne. Mieszkańcy tych muszli wypuszczają przez pory długie nitki, którymi łapią cząsteczki pożywienia.
Inne protisty odżywiają się w odmienny sposób, fotosyntetyzując za pomocą swoich pakietów chlorofilu. Można je uznać za rośliny, a te, które się nimi żywią, za zwierzęta. Rozróżnienie to jednak nie ma za dużego znaczenia, istnieje bowiem wiele gatunków, które w różnym momencie swojego życia korzystają z jednej albo drugiej formy odżywiania.
Niektóre protisty są wystarczająco duże, by zobaczyć je nieuzbrojonym okiem. Przy odrobinie praktyki, pełzająca szara drobina galaretki, którą jest ameba, może zostać wyłowiona z kropli wody ze stawu. Istnieje jednak granica wzrostu jednokomórkowego organizmu, jako że wraz ze zwiększeniem rozmiarów, procesy chemiczne w środku komórki stają się coraz trudniejsze i mniej wydajne. Duże rozmiary można jednak osiągnąć w inny sposób – poprzez zgrupowanie komórek w zorganizowaną kolonię.
Jednym z gatunków, który tego dokonał, jest toczek (Volvox), pusta w środku kulka wielkości główki od szpilki, zbudowana z dużej liczby komórek wyposażonych w wici. Uderzające jest podobieństwo każdej z nich do samodzielnie pływających organizmów jednokomórkowych. Komórki wchodzące w skład toczka są jednak skoordynowane, ponieważ wszystkie wici dookoła kuli poruszają się w zorganizowany sposób, napędzając niewielką kulkę w określonym kierunku.
Ten rodzaj koordynacji między komórkami budującymi kolonię został posunięty o krok dalej w momencie pojawienia się gąbek. Nastąpiło to prawdopodobnie w okolicach jednego miliarda do 800 milionów lat temu – czyli mniej więcej w październiku naszego kalendarza. Zwierzęta te mogą rosnąć do bardzo dużych rozmiarów, niektóre gatunki na dnie morza tworzą bezkształtne bryły osiągające 2 metry średnicy. Ich powierzchnie są pokryte niewielkimi porami, przez które za pomocą wici woda jest zasysana do ciała gąbki, a następnie wydalana przez większe kanały. Gąbka odżywia się, filtrując cząstki z przepływającego przez jej ciało strumienia wody. Powiązania między elementami kolonii są bardzo luźne. Poszczególne komórki mogą pełzać po powierzchni gąbki niczym ameby. Jeśli dwie gąbki tego samego gatunku rosną obok siebie, w miarę wzrostu mogą się ze sobą zetknąć i ostatecznie połączyć w jeden duży organizm. Jeśli gąbka zostanie przepuszczona przez sito z drobnymi oczkami, tak że zostanie rozbita na osobne komórki, te będą w stanie zorganizować się z powrotem w nową gąbkę, a każdy rodzaj komórek odnajdzie swoje odpowiednie miejsce w organizmie. Co najciekawsze, jeśli weźmie się dwie gąbki tego samego gatunku i potraktuje się je w ten sam, dosyć drastyczny sposób, a następnie wymiesza się komórki z obu gąbek, wytworzą one jedną jednostkę o mieszanym pochodzeniu.
Niektóre gąbki wytwarzają wokół swoich komórek miękką, elastyczną substancję, która wspiera cały organizm. To właśnie ona była niegdyś wykorzystywana w kąpieli jako gąbka naturalna, po uprzednim wygotowaniu i wypłukaniu komórek. Inne gąbki wydzielają maleńkie igły, zwane spikulami, składające się z węglanu wapnia lub krzemionki, które łączą się z sobą, tworząc rusztowanie, na którym osadzone są komórki. Tajemnicą pozostaje to, w jaki sposób pojedyncza komórka orientuje się i wytwarza swoją igłę w taki sposób, aby idealnie pasowała do ogólnego projektu. Spojrzenie na skomplikowany szkielet gąbki zbudowany z krzemionkowych igieł, taki jak u gatunku zwanego koszyczkiem Wenery, zbija z tropu ludzką wyobraźnię. W jaki sposób te niemal niezależne, mikroskopijne komórki współpracują ze sobą, aby wydzielić miliony krzemionkowych drzazg i skonstruować tak misterną i piękną siatkę? Nie wiemy. Jednak mimo tego, że gąbki są w stanie wytworzyć tak cudowne złożoności jak ta, nie są one podobne do innych zwierząt. Nie mają układu nerwowego ani włókien mięśniowych. Najprostszymi stworzeniami, które posiadają te cechy, są parzydełkowce – krążkopławy i ich krewni.
Typowy krążkopław w formie meduzy wygląda jak spodek obrzeżony mackami z parzydełkami. Ta forma nazwę swą zawdzięcza nieszczęsnej bohaterce greckiego mitu, która była kochana przez boga morza, ale inna zazdrosna bogini zamieniła jej włosy w węże. Krążkopławy zbudowane są z dwóch warstw komórek. Galaretowata substancja, która je oddziela, nadaje organizmowi sztywności, niezbędnej do przetrwania w burzliwym środowisku morskim. Są to dosyć skomplikowane stworzenia. Ich komórki nie są zdolne do samodzielnego przetrwania, w przeciwieństwie do tych u gąbek. Niektóre z nich są zmodyfikowane w celu przekazywania impulsów elektrycznych, będąc połączonymi w sieć, która stanowi prymitywny układ nerwowy. Inne, zdolne do kurczenia się, mogą być uznane za proste mięśnie. Istnieją również typowe tylko dla tej grupy komórki parzydełkowe zawierające w środku zwinięte nici. Gdy w pobliżu przepływa ofiara lub napastnik, komórka wypuszcza uzbrojoną w kolec nić niczym miniaturowy harpun. Najczęściej zawiera ona w sobie truciznę – to właśnie te komórki mogą oparzyć człowieka, jeśli niefortunnie dotknie meduzy w trakcie pływania.
Parzydełkowce rozmnażają się wypuszczając jaja i plemniki do morza. Zapłodnione jajo nie przekształca się bezpośrednio w inną meduzę, ale staje się swobodnie pływającym stworzeniem, dosyć odmiennym od swoich rodziców. Ostatecznie osiada ono na dnie morza i przekształca się w niewielki, podobny do kwiatu organizm zwany polipem. U niektórych gatunków rozgałęzia się i kiełkuje w inne polipy. Odżywia się, filtrując pokarm z wody za pomocą niewielkich tętniących rzęsek. W końcu polip pączkuje w odmienny sposób i produkuje miniaturowe meduzy, które odrywają się i odpływają, by ponownie podjąć życie w toni wodnej.
Taka przemiana form między kolejnymi pokoleniami pozwoliła na spore zróżnicowanie w obrębie parzydełkowców. Krążkopławy spędzają większość czasu jako swobodnie pływające formy, meduzy, z okresem życia osiadłego ograniczonym do minimum. Inne, takie jak ukwiały, postąpiły w sposób odwrotny. Przez całe swoje dorosłe życie są samotnymi, przytwierdzonymi do skały polipami, a ich macki falują w wodzie, gotowe do pochwycenia każdej ofiary, jakiej dotkną. Jeszcze trzeci rodzaj, to rurkopławy, kolonie polipów, które porzuciły osiadły tryb życia i pływają swobodnie, niczym meduzy. Żeglarz portugalski jest jednym z nich. Łańcuchy polipów zwisają z pęcherza wypełnionego gazem. Każdy łańcuch ma swoją specjalną funkcję: jeden produkuje komórki rozrodcze, inny pochłania substancje z pochwyconej ofiary, a jeszcze inny, uzbrojony w szczególnie bolesne komórki parzydełkowe, ciągnie się za kolonią, nawet na długość 50 metrów, paraliżując każdą rybę, która nieopatrznie na niego wpadnie.
Wydaje się oczywiste, że te stosunkowo proste organizmy pojawiły się bardzo wcześnie w historii życia zwierzęcego, jednak przez długi czas nie było na to dowodów. Niepodważalne dane mogły zostać znalezione jedynie w skałach. Nawet mimo tego, że mikroorganizmy mogą zachować się w czertach, trudno było uwierzyć, żeby stworzenia tak duże, ale jednocześnie tak delikatne jak meduzy, mogły zachować swój kształt na tyle długo, by ulec skamienieniu. Jednak w latach 40. XX wieku, geolodzy zauważyli bardzo dziwne kształty w starych piaskowcach Ediacara w Górach Flindersa w południowej Australii. Początkowo sądzono, że skały te, obecnie uznawane za liczące około 650 milionów lat, były całkowicie pozbawione skamieniałości. Wnioskując po wielkości budujących je ziaren piasku oraz obecności zmarszczek falowych na ich powierzchni, można stwierdzić, że niegdyś tworzyły piaszczystą plażę. Bardzo rzadko odnajdywano na nich różnej wielkości odciski o kształcie podobnym do kwiatów, niektóre wielkości jaskra, inne tak duże jak kwiaty róży. Czy mogły to być ślady pozostawione przez wyrzucone na brzeg plaży meduzy, usmażone w słońcu, a następnie przykryte warstwą drobnego piasku w trakcie kolejnego przypływu? Po zebraniu i przebadaniu wystarczającej liczby tego typu okazów udało się bezsprzecznie ustalić, że dokładnie tym są.
Od tamtej pory nagromadzenia organizmów podobnego wieku zostały odkryte w innych częściach świata – w lesie Charnwood w sercu Anglii, na pustyni Namib w południowo-zachodniej Afryce, na zboczach Uralu i na brzegach Morza Białego w Rosji. Ale najbardziej imponujące i najbogatsze z nich wszystkich zostało odkryte na półwyspie Avalon w Nowej Fundlandii. Tamtejsze skały, liczące około 565 milionów lat, odsłonięte są w formie imponujących klifów. Warstwy te zostały przechylone i sfałdowane, co nie dziwi, biorąc pod uwagę jak bardzo są stare. Jednocześnie nie uległy tak dużym zniekształcaniem, które mogłyby zniszczyć lub uszkodzić zawarte w nich skamieniałości. Są one tak bardzo powszechne, że miejscami nie da się przejść po ich powierzchni bez nadepnięcia na okazy, które każde muzeum na świecie uznałoby za jedne ze swoich największych skarbów. Zachowały się one w niezwykle dokładny sposób, najpewniej dzięki opadom popiołu wulkanicznego z pobliskich wulkanów, który zasypał je niemal natychmiast, tworząc coś, co badacze nazwali maskami pośmiertnymi. Znaleźć tu można bogate zróżnicowanie kształtów – wrzeciona, liście, dyski, maty, pióropusze i grzebienie – stanowiące zdecydowanie najbogatszy zapis kopalny spośród wszystkich zespołów organizmów rozwijających się wówczas w morzach świata. Wiele z nich wydaje się niespokrewnione z niczym, co żyje dzisiaj, i można byłoby je uznać za nieudane eksperymenty ewolucji. Pojedyncze formy wykazują jednak powierzchowne podobieństwo do wciąż żyjących stworzeń zwanych piórami morskimi.
Nazwa tych zwierząt została nadana w czasach, gdy ludzie wciąż pisali prawdziwymi piórami, i musiała wydawać się im niezwykle trafna – zwierzęta te nie tylko przypominają pióra z wygląda, ale również ich szkielet jest jednocześnie elastyczny i zrogowaciały. Rosną pionowo na piaszczystych dnach morskich, osiągając rozmiary od zaledwie kilku centymetrów długości, aż do takich wysokości połowy dorosłego człowieka. Są one szczególnie efektowne w nocy, gdy mienią się jasną, fioletową luminescencją, a po dotknięciu pulsują światłem wzdłuż swoich powoli wijących się ramion.
Pióra morskie bywają nazywane również koralowcami miękkimi. Ich krewniacy, korale kamienne, również będące stworzeniami kolonialnymi, często rosną tuż obok nich. Nie mają tak długiej historii jak pióra morskie, ale gdy już się pojawiły, rozkwitły w ogromnej liczebności. Organizm, który wytwarza kamienny szkielet i żyje w środowisku, w którym osadzają się pokłady mułu i piasku, jest idealnym wręcz obiektem dla fosylizacji. W wielu częściach świata ogromne miąższości wapieni składają się prawie w całości ze szczątków koralowców, stanowiąc szczegółową kronikę historii tej grupy.
Polipy koralowców wydzielają szkielet u swojej podstawy. Każdy z nich połączony jest z sąsiadami za pomocą bocznie rozchodzących się pasm. W miarę rozwoju kolonii powstają nowe polipy, często na tych właśnie odcinkach łączących, a ich szkielety przygniatają wcześniejsze, znajdujące się niżej. Wapień, który buduje kolonia, jest więc pełen niewielkich kanałów, w których niegdyś żyły polipy – te żywe tworzą jedynie cienką warstwę na samej powierzchni. Każdy gatunek koralowca ma swój specyficzny wzór pączkowania, wznosząc w ten sposób charakterystyczną dla siebie budowlę.
Koralowce mają ściśle określone wymagania środowiskowe. Zabija je zarówno zamulona, jak i słodka woda. Większość z nich nie będzie rosła na głębokościach poniżej zasięgu światła słonecznego, gdyż uzależnione są od żyjących w ich wnętrzu jednokomórkowych glonów. Glony fotosyntetyzują pożywienie dla samych siebie, ale w tym procesie pochłaniają dwutlenek węgla z wody, co pomaga koralowcom w budowie szkieletów, oraz uwalniają tlen niezbędny im do oddychania.
Pierwsze nurkowanie na rafie koralowej jest przeżyciem, którego nie zapomina się nigdy. Uczucie swobodnego poruszania się w czystej, oświetlonej słońcem wodzie, warunkach preferowanych przez koralowce, jest oczarowujące i nieporównywalne z niczym innym na tym świecie. Nic, co istnieje na lądzie, nie jest w stanie przygotować nurka na czekające tam bogactwo kształtów i kolorów samych koralowców. Są tu kopuły, gałęzie, wachlarze, poroża zwieńczone subtelnym błękitem czy skupiska krwistoczerwonych rurek. Niektóre wydają się przypominać kwiaty, ale dotknięcie ich udowadnia, że są twarde jak kamień. Często różne gatunki koralowców rosną obok siebie, wymieszane z pochylającymi się nad nimi piórami morskimi i pokładami ukwiałów, które poruszają długimi mackami w nurcie wody. Czasami płynie się przez rozległe łąki, które składają się wyłącznie z jednego rodzaju koralowców, a czasem w głębszej wodzie odkryć można koralową wieżę obwieszoną wachlarzami i gąbkami, która rozciąga się daleko w głąb najciemniejszego błękitu, poza zasięgiem wzroku.
Ale pływając tylko w ciągu dnia, niemal nigdy nie zaobserwuje się organizmów, które stworzyły tę zadziwiającą scenerię. Nocą, z latarką w ręku, można zorientować się, że koralowce zmieniają się nie do poznania. Ostre kontury kolonii są teraz zamglone delikatnym połyskiem. Miliony maleńkich polipów wynurzyło się ze swych wapiennych rurek, aby wyciągnąć swoje malutkie ramiona i szukać pożywienia.
Polipy korali mają zaledwie kilka milimetrów średnicy, ale pracując wspólnie w koloniach, stworzyły największe konstrukcje zwierzęce, jakie widział świat, na długo przed pojawieniem się ludzi. Wielka Rafa Koralowa, rozciągająca się przez ponad 1600 kilometrów wzdłuż wschodniego wybrzeża Australii, jest widoczna z Księżyca. Jeśli 500 milionów lat temu astronauci z innej planety przelatywali w pobliżu Ziemi, mogli łatwo zauważyć w jej błękitnych morzach kilka nowych i tajemniczych turkusowych kształtów – i na ich podstawie domyśliliby się, że złożone życie na Ziemi rozpoczęło się na dobre.