Vyšlo v Nakl. Lidové noviny 1995 recenze např

David M. Raup Extinctions: Bad Genes or Bad Luck?

O zániku druhů. Toto je rukopis překladu Vyšlo v Nakl. Lidové noviny 1995 recenze např. http://kazkamen.cz/index.php?clanek=d.-m.-raup:-o-zanikudruhu

1

Obsah Úvod ..................................................1 Předmluva (S.J.Gould).................................. Skoro všechny druhy už vyhynuly....................... Stručné dějiny života................................. Bankrot hazardního hráče a jiné problémy............... Hromadná vymírání..................................... Výběrovost vymírání................................... Hledání příčin......................................... Biologické příčiny vymírání........................... Fyzikální příčiny vymírání............................ Kameny z nebe......................................... Perspektivy vymírání................................. Epilog: Zvolili jsme si bezpečnou planetu?............ Literatura........................................... Přílohy: Texty k obrázkům Obrázky s českou legendou Tabulky

2

Předmluva Stephen Jay Gould Muzeum srovnávací zoologie Harvardské univerzity Příroda a Země bývají tradičně personifikovány jako ženská bytost. Všechny profese a instituce (poukazuji tím na naši osobní potřebu kontinuity i sexismus naší společnosti) mají naproti tomu své otce-zakladatele: Washington je otcem země, Kopernik je otcem moderní astronomie. Charles Lyell je takovým uznávaným "otcem" geologie hlavně proto, že kodifikoval současnou dobu ve své mnohasvazkové učebnici Základy geologie (Principles of Geology, 1830-1833). Lyell shrnul svoji filozofii do doktríny, která později dostala název geologický aktualismus. Jde o složitý soubor přesvědčení, které lze shrnout výrokem "Přítomnost je klíčem k minulosti". Lyell tvrdil, že současný rozsah přírodních procesů a jejich rychlost vpodstatě postačuje k vysvětlení celého souboru minulých příčin v dějinách Země a života. Lyell tento princip pokládal za metodologickou reformu, která měla vymýtit fantastické (a kvaziteologické) "katastrofické" příčiny a vysvětlit všechny minulé změny pomalým a postupným hromaděním malých změn (usazování a eroze zrnko po zrnku), probíhajících po velmi dlouhou dobu. Myšlenka vypadá rozumně. Vždyť i největší z posledních revolucí v geologii, teorie kontinentálního driftu a tektoniky pevninských desek, obsahuje tento aktualistický pohled, když působivě líčí pohyby kontinentů po několika centimetrech za rok a extrapoluje je na velkou kumulativní změnu přes obrovská geologická období. A přesto, hned ze dvou různých pohledů (teoretického a empirického) nedává Lyellovo krédo příliš velký smysl. Skutečnost, že se stalo dogmatem, pravděpodobně odráží jen naše sociální a psychologické preference. V první řadě, jaká je pravděpodobnost, že naše tenounká slupka pozorovatelného času bude zahrnovat celé spektrum všech možných procesů, které kdy mohly formovat Zemi? Co velké, zcela přirozené události, které nastávají tak zřídka, že máme jen nepatrnou šanci pozorovat co i jen jediný případ za celou historickou dobu? Za druhé, jak může Lyellův gradualismus vysvětlit dobře podložené paleontologické doklady o rozsáhlých a zřejmě rychlých zvratech ve fauně ("hromadná vymírání"), ke kterým došlo několikrát během dějin života? (Tradiční vysvětlení se pokoušejí "vyhladit" tyto velké doby vymírání tak, že je roztáhují na škálu alespoň několika milionů let a pak je označují jen jako intenzivnější projevy běžných příčin - například změny teploty nebo hladiny moří. Tato vysvětlení však odjakživa vypadaly poněkud přitažená za vlasy.) Teorie o hromadném vymírání vlivem dopadu mimozemského tělesa - snadno formovatelná, ale poprvé podložená dobrými daty až v osmdesátých letech - může zvrátit nejen náš pohled na dějiny života, ale i celou představu o historických změnách tím, že vrátí vážnost katastrofickým 3

teoriím. Jak poznamenává historik vědy William Glenn, teorie o účinku dopadů mohou být důležitější a mohou mít větší dosah než měla dokonce tektonika zemských desek. Ta sice zásadně pozměnila naše názory o mechanice planety, ponechala však Lyellovy gradualistické názory na průběh změn nedotčené. Model dopadu vesmírného tělesa je zatím dobře doložen jen pro katastrofu na konci doby křídy. Tato katastrofa nebyla zdaleka tou největší, přesto je zvlášť blízká našim srdcím, protože vyhladila dinosaury a dala šanci savcům, čímž umožnila i evoluci člověka. Rozšíření této teorie na jiná hromadná vymírání se stává vzrušující možností a předmětem intenzivního zkoumání. Fosilní záznamy jsou našim zdrojem dat pro tento výzkum, a kvantifikace událostí souvisejících s vymíráním je tou nejdůležitšjší a nejslibnější činností. A přesto až do nedávné doby se výzkumu vymírání dostávalo daleko menší pozornosti než by si jeho nepochybný význam zasloužil. V darwinovském světě adaptací, postupných změn a vylepšování se vymírání vymezovalo tak negativně! Jako naprosté selhání, obrácená strana "skutečné" práce evoluce, něco, o čem se ví, ale o čem se ve slušné společnosti příliš nediskutuje. Toto zvláštní přehlížení se za posledních deset let přesunulo do opačného extrému a v dnešní době nic nezajímá paleontology víc než právě vymírání. Důvodů je víc a odvíjejí se zejména od impaktové teorie hromadných vymírání. Hlavním strůjcem tohoto zvratu v myšlení je však můj učený kolega David M. Raup. Dave se asi cítí mnohem lépe u klávesnice počítače než u zaprášené zásuvky plné fosilií (a dostává za to co proto od tradicionalistů), je však uznávaným mistrem kvantitativních přístupů k fosilním záznamům. Pochopil význam impaktové teorie už v době, kdy se většina paleontologů jen vztekala nebo prohýbala smíchy a odmítala o celém nápadu vážně uvažovat. V této oblasti učinil ty nejdůležitější objevy a vyslovil nejzajímavější a nejneobvyklejší hypotézy včetně myšlenky, že hromadná vymírání se mohou opakovat s periodou asi 26 milionů let. V paleontologii také soustavně hraje roli zlobivého kluka, což po padesátce není vůbec snadné (já sám s ním často zápasím), ale jistě je to nejskvělejší ze všech postavení ve vědě. Pokud má Dave nějaké motto, může jím být jen "mysli nemyslitelné" (a potom sestroj matematický model, abys ukázal, že to může fungovat); vezmi neobvyklou myšlenku s omezenou platností a zkus, jestli by nemohla vysvětlit vše. Tato kniha je nádhernou ukázkou takového obrazoborectví, protože Dave nejen potvrzuje impaktovou teorii pro jedno z velkých vymírání, ale hned se ptá: Co když všechna vymírání, nejen ta hromadná, ale dokonce drobné úbytky místního významu, jsou způsobeny impakty různých velikostí? Jak budou pak vypadat dějiny života? Vypadají vůbec takto? I když v paleontologii neustále víří diskuse, tak charakteristické pro zajímavou vědu, je relativně přátelským zaměstnáním. Mám rád téměř všechny své kolegy, ponechávám si však zvláštní 4

vztah k těm několika, kteří mě inspirovali svým porozuměním věci a přinutili mě přemýšlet o neobvyklých novinkách. Dave Raup patří mezi nejlepší. Než jsme se poznali osobně, recenzoval první práci, kterou jsem kdy napsal. S maximem přátelského povzbuzení, adresovaného tenkrát ještě velmi nejistému doktorandovi, tehdy poukázal na výrazné chyby, a to nanejvýš konstruktivním způsobem. Pracovali jsme spolu v 70. a 80. letech na dlouhém seznamu prací (věnovaných roli náhodných procesů při vytváření řádu; řádu, který mnozí paleontologové interpretovali jako prima facie důkaz přítomnosti běžných příčinných vztahů). Dave si tenkrát pohrával s myšlenkou, že hromadná vymírání jsou artefakty, že rychlost vymírání se v čase nemění a že zdánlivé katastrofy se zakládají na nedokonalých fosilních záznamech. ("Ale Dave," křičíval jsem na něj, "to přece nemůžeš myslet vážně! Nejde o to, že 95% druhů vymře na konci permu, nejdůležitější je, že se tyto druhy v triasu už nikdy neobjeví, takže musely doopravdy vymřít". Myslím, že tento spor jsem vyhrál, ale výměny názorů Dave bere v úvahu a je schopen své názory změnit.) V dnešních dnech je běžné považovat žárlivost, intriky a podvody za normy vztahů mezi vědci. Toto pochybné chování však zdánlivě převládá jen proto, že špatné mravy jsou vždy víc na očích než laskavost, pomoc a kolegialita. Deset tisíc případů laskavosti, které nikdo nezaznamenal, víc než vyváží jediný křiklavý případ nevhodného chování. Tato kolegialita je tmelem vědy a zdrojem radosti a uspokojení v povolání jinak plném jednotvárnosti a nezdravých tlaků nejrůznějších povinností. Mám velkou radost, že mám kolem sebe kolegy jako je Dave, lidi obdařené neotřesitelnou poctivostí a zkoumavým důvtipem. S takovými přáteli člověku nehrozí, že se stane starým a cynickým.

5

Úvod Předkládám čtenáři knihu o dějinách života na Zemi. O cestě plné kliček a zvratů, které posléze vedly až ke vzniku člověka. Je psána s přesvědčením, že naše biologické počátky jsou přinejmenším stejně důležité a stejně zajímavé jako fyzikální počátek našeho vesmíru. Soustředím se na vymírání - smrt druhů. Vlastnost evoluce života, která byla zatím kupodivu přehlížena. Hlavní otázkou, kterou si znova a znova budeme klást, bude, zda miliardy druhů, které vymřely v geologické minulosti, vymřely proto, že byly méně přizpůsobené (špatné geny), nebo prostě proto, že žily na špatném místě v nevhodnou dobu (nedostatek štěstí). Bojují druhy o své přežití, nebo o ně spíše hrají? Tak se dostaneme k otázce, která se týká přímo nás: Jsme tady, protože jsme přirozeně nadřazení (ruka, velký mozek, atd.), nebo proto, že jsme prostě měli štěstí? Jinými slovy, je evoluce života opravdu tou čistou hrou, kterou zdůrazňuje doktrína o přežití nejlepšího? Vedle důležitosti vymírání v minulosti se téma také týká současných problémů s ohroženými druhy, ztrátou biodiverzity a vymírání způsobených člověkem. Historie vymírání druhů může poskytnout cenné náledy pro globální ekologii dneška i budoucnosti. Je mi ctí poděkovat lidem a institucím, které mi pomohly při psaní této knihy. Program Exobiologie, který probíhal v NASA, a který subvencuje výzkum života ve vesmíru, podporoval po několik let i můj výzkum procesů vymírání. Jsem za tuto podporu velice vděčný. Universita v Chicagu poskytla intelektuální atmosféru a zvídavé studenty, tolik potřebné při snaze promýšlet staré problémy novým způsobem. Děkuji svému kolegovi Jackovi Sepkoskému za to, že mi zpřístupnil své obrovské soubory dat o vymírání. Děkuji jemu i našemu společnému kolegovi Davovi Jablonskému za nesčetné diskuse týkající se vymírání. Probírali jsme tyto problémy tolikrát, že je dnes už nemožné rozlišit původce jednotlivých myšlenek. Ani Jack ani Dave však nenesou zodpovědnost za některé bizarnější nápady předkládané na stránkách této knihy. Po stránce technické děkuji svojí manželce Judie Yamamoto za neustávající podporu a shovívavost a za opakované čtení rukopisu. Děkuji také Wesley Grayovi za to, že udržoval v chodu můj počítač. Clark Chapman, Marianne Fons, Kubet Luchterhand, Daniel McShea, Matthew Nitecki, Jack Sepkoski a Gene Shoemaker četli rukopis a přispěli spoustou dobrých připomínek, za což jim patří můj dík. Nakonec bych chtěl poděkovat Edu Barberovi z nakladatelství Norton, který celý projekt podporoval, za ediční práci. Chicago, listopad 1990 6

Kapitola 1

Skoro všechny druhy již vyhynuly Skoro všichni profesionální fotbalisté, kteří kdy žili, jsou dodnes naživu. Totéž pravděpodobně platí i o jaderných fyzicích, stavitelích a daňových poradcích. Tato statistika zčásti poplatná nedávnému vzniku profesionálního fotbalu, jaderné fyziky atd. Zčásti také odráží růst populace: na světě je mnohem víc lidí než kdykoliv předtím. Významný demograf Nathan Keyfitz odhadoval, že v roce 1966 žily na světě asi čtyři procenta všech lidí, kteří se kdy narodili. Opět to odráží růst populace v poslední době. Tohle však neplatí pro druhy! Na Zemi existují milióny různých rostlinných a živočišných druhů. Snad jich je až na čtyřicet miliónů. Přitom se však odhaduje, že v průběhu evoluce obývalo Zemi 5-50 miliard různých druhů. Jen asi tisícina z nich tedy žije v dnešní době. Opravdu neradostný výsledek: z 99.9% druhů selhalo a vyhynulo! Tato knížka zkoumá dvě hlavní otázky: "Proč tolik druhů vyhynulo?" a "Jak vymřely?" Je vymírání důležité? Domnívám se, že je. Všichni jsme získali soubor názorů o okolním světě, o jeho dějinách a budoucnosti. Tyto názory získáváme z tisíců pramenů - od kreslených seriálů přes školní lavice a televizní situační komedie. Všechny tyto zdroje představují kolektivní postoje naší kultury. Domnívám se, že většina z nás sdílí názor, že naše Země je zcela bezpečné a pro život přejné místo; pokud pravda neuvažujeme to, co lidé činí Zemi a jeden druhému. Může sice docházet k zemětřesením, hurikánům, či epidemiím, ale jako celek je naše planeta stabilní. Není ani příliš teplá, ani příliš chladná, roční období se dají předvídat a slunce pravidelně a předvidatelně vychází a zapadá. Většina našich pocitů spokojenosti pramení v jistotě, že život na planetě existuje bez přerušení už po tři a půl miliardy let. Učili nás také, že většina změn v přirozeném světě je pomalá a posloupná. Druhy se vyvíjejí nepatrnými krůčky po celé eony, eroze a zvětrávání sice krajinu mění, ale rychlostí téměř neměřitelnou. Kontinenty se pohybují, jako v případě současného vzdalování se Severní Ameriky od Evropy, ale tento pohyb se měří v centimetrech za rok a nemá žádný praktický vliv na život náš či našich dětí. Je to všechno pravda, nebo je to jen pohádka určená k našemu uklidnění? Lze k tomu něco dodat? Domnívám se, že ano. Existence téměr všech druhů skončila nezdarem. Pokud vymřely postupně a pokojně, nebo pokud si zasloužili vymřít kvůli nějakému nedostatku, pak svůj příznivý dojem o Zemi nemusíme měnit. Pokud však vymřely násilně a bez jakéhokoliv zavinění ze své strany, pak naše planeta nemusí být až tak bezpečným místem jak se nám zdá! 7

Špatné geny nebo smůla? Tak zněl titulek článku, který mi vyšel před pár lety ve Španělsku. Tenkrát jsem se zabýval vyhynutím trilobitů v paleozoiku. Tyto složité, krabům podobné organismy vévodily životu na dně oceánů počínaje dobou před 570 miliony let - alespoň fosilie z této doby tomu nasvědčují. Během 325 milionů let paleozoika ubývali trilobiti co do počtu i rozmanitosti, aby nakonec úplně vymizeli během hromadného vymírání, kterým bylo toto období asi před 245 miliony let završeno. Pokud je známo, nezanechali trilobiti žádné potomky. Moje otázka tenkrát, stejně jako nyní, zněla: Proč? Dělali trilobiti něco špatně? Byli z podstaty podřadnými organismy? Byli hloupí? Nebo měli prostě smůlu, že se octli na špatném místě ve špatný čas? První alternativa, špatné geny, se mohla projevit sníženou odolností k nemocem, nedostatečností smyslových orgánů, či špatnou rozmnožovací schopností. Druhou alternativou, nedostatek štěstí, mohla být katastrofa, která zlikvidovala veškerý život v místech, kde trilobiti žili. Jde v podstatě o odpověď na otázku, zda rozhodujícími pro přežití jsou zděděné vlohy nebo zda je to vliv prostředí. Je náchylnost k vyhynutí vnitřní vlastností druhu, tedy slabostí, nebo vše závisí na zlomyslnosti náhody ve světě plném nástrah? Pochopitelně je tento problém složitější než jak jsem ho nastínil. Všechno se točí kolem otázky, zda větší roli v lidském chování hraji geny nebo výchova. V obou situacích hrají roli jak genetika i tak prostředí a my se budeme ptát, který z obou faktorů převládá a zda se jejich vzájemný poměr bude měnit v čase či prostoru. Povaha vymírání Problému vymírání, a tím i této knize, bychom se mohli vyhnout tak, že bychom existenci problému prostě popřeli. Mohli bychom si všimnout, že průměrný rostlinný nebo živočišný druh přetrvává pouze po čtyři miliony let, zatímco život je starý stovky milionů let. Z toho bychom mohli vyvodit, že krátká doba života je pro existenci druhů typická. Will Cuppy ve své nádherné sbírce esejů Jak vyhynout (How to become extinct) napsal: "Doba plazů skončila, protože trvala příliš dlouho, navíc byla celá omylem." Pokud přijmeme názor, že obměna druhů je přirozená věc, srovnatelná s omezenou dobou života každého člověka, potom na vymírání druhů není nic podivuhodného. Pro takové srovnávání se životem jedinců však neexistuje žádný důvod. Nemáme žádný důkaz pro to, že by druhy stárly. Neznáme žádnou příčinu, která by jim bránila, aby žily věčně. Vskutku, takzvané živé fosilie (např. švábi nebo žraloci) byly prohlášeny za prakticky nesmrtelné. Problému bychom se také vyhli tvrzením, že druhy nevymírají, pouze se promění v druhy jiné, patrně lépe přizpůsobené svému prostředí, procesem přírodního výběru. Podstatou Darwinova díla o původu druhů je právě myšlenka, že druhy se postupně proměňují v druhy jiné. Pokud 8

nový druh vzniká tímto způsobem, původní druh nevyhynul: prostě se transformoval v druh jiný. Vyhynul jen zdánlivě, na rozdíl od skutečné záhuby. I když ke zdánlivému vymírání v přírodě určitě dochází, víme také, že nespočetně druhů bylo eliminováno doslova. Mnoho velkých skupin rostlin a živočichů, které kdysi představovaly důležité a dominující složky globálních společenstev, dnes už neexistují a nezanechaly ani žádné potomky. Velká část diskusí evolučních biologů kolem teorie "přerušovaných rovnováh" (vytvořené S.J. Gouldem) se soustředila právě na otázku, jaká je role pravého a zdánlivého vymírání ve vývoji života. Uvádí se ještě další příklad nepravého vymírání. Tvrdí se, že dinosauři nevyhynuli, prostě jim narostla křídla a začali létat. Do určité míry je tato argumentace správná. Ptáci se opravdu vyvinuli v době jurské (asi před 150 mil. let) z dinosaurů žijících v té době (obr. 1.1). Fosilie prvních ptáků jsou sotva rozeznatelné od pozůstatků menších jurských dinosaurů. Ptáci jako skupina tedy jsou potomky dinosaurů a lze to dokázat pomocí mnoha anatomických znaků. Každý z 8600 ptačích druhů, které dnes obývají planetu, nese znaky svých plazích předků. Linie ptáků se však odštěpila miliony let předtím, co dinosauři zmizeli při masovém vymírání na konci období křídy. Křídoví dinosauři vyhynuli bez potomků a jejich vymizení bylo konečné. Nemůžeme se vyhnout konstatování, že pravé vymírání postihlo velkou část životních forem, i když se přesně neví jak velká je tato část. Kdo studuje vymírání Je zvláštní, že problému vymírání se příliš moc badatelů nevěnuje, ani toto studium nemá žádný vědní obor. Přesto se nedá říci, že o věci nic nevíme. Už v počátcích 19. století zjistili geologové, že krátké trvání fosilních druhů poskytuje ten nejlepší prostředek k uspořádání geologických událostí v čase. A naopak, geolog je schopen datovat horninu s velkou přesností tak, že určí fosílie v ní obsazené. I dnes je většina světového průzkumu ložisek ropy a zemního plynu založena na chronologii spočívající ve fosilním záznamu, tedy posloupnosti různých druhů. O vymírání jako takové však ani geologové, ani jejich kolegové paleontologové, kteří vykonali většinu této náročné práce, nikdy neprojevili příliš velký zájem. Snad je to proto, že tito vědci jsou příliš spjati s fosilním záznamem a proto ztratili schopnost žasnout. Protože prakticky všechny druhy známé ze zkamenělin jsou vymřelé, otázkou pro tyto badatele není proč, ale pouze kdy. Snad proto se také velmi málo geologů a paleontologů aktivně účastní dnešních diskusí kolem ohrožených druhů a edpovědí budoucích vymírání. Když jsem byl doktorandem paleontologie, příliš toho o vymírání známo nebylo. Dozvěděl jsem se, že druhy neustále mezi sebou soutěží o prostor a zdroje a vzdorují svému fyzikálnímu prostředí. Dozvěděl jsem se také, že neodmyslitelnou součástí historie života je stálá úroveň vymírání, příležitostně přerušovaná velkými katastrofami. Do větší hloubky se však nezacházelo. 9

I když učebnice a přednášky určitou pozornost hromadným vymíráním věnovaly, líčily tyto události jako příliš složité, aby kdy mohly být pochopeny. Našim úkolem ve škole bylo pouze naučit se určovat nejdůležitější fosilie a rozsah jejich výskytu v geologickém čase. Biologové, narozdíl od geologů a paleontologů, vymírání pozornost věnují. Evoluce života je uzlovým bodem téměř všech oblastí biologie. Molekulární a populační genetika, taxonomie a mnohá odvětví ekologie a biogeografie se snaží mapovat evoluci nebo zkoumat procesy, které evoluci umožňují. Co pochází z čeho, kdy, proč, jak? Kupodivu se však typický biolog vymírání v průběhu evoluce věnuje jen nepatrně. Důležitým tématem biologie posledních desetiletí byl jev zvaný speciace - vznik nových druhů štěpením či větvením evoluční linie. Ironií zůstává, že tento způsob vzniku druhů není tím procesem, na který se soustředil Charles Darwin. Hlavním principem darwinovské změny je postupná transformace jednoho druhu v jiný, takže počet koexistujících druhů zůstává nezměněn. Darwinovský způsob vzniku druhů není dokonce většinou biologů považován za speciaci, ale označují ho poněkud těžkopádným názvem fyletická transformace. Rozdíl mezi speciací a fyletickou transformací ilustruje schema na Obr.1.2. Symboly v obou posloupnostech znázorňují vývoj nějakého imaginárního druhu v čase. Anatomie jednoho z druhů je znázorněna kroužky. S časem se kroužky (v průměru) zmenšují, čímž je naznačena evoluce k menší tělní velikosti. Tato změna probíhá fyletickou transformací. Uprostřed této fyletické posloupnosti dochází k větvení: některé "kulaté" organismy se oddělují a zakládají linii "čtvercových" organismů. Čtverce se pak opět vyvíjejí fyletickou transformací; v tomto případě je anatomickou změnou zvětšování těla. Povšimněte si, že jsem nechal původní druh (kroužky) vyhynout a dceřiný druh (čtverce) pokračovat ve vývoji. Jestliže 99.9% všech druhů, které kdy obývaly Zemi, vyhynulo, znamená to, že množství událostí vedoucích ke vzniku druhů je vpodstatě stejné s množstvím událostí vedoucích k vymírání. I když současná biodiverzita - miliony dnes žijících druhů - se nám zdá být vysoká, dnešní společenstva tak vděčí za svou existenci jen nepatrné (i když stálé) převaze speciací nad vymíráním. Ve světle těchto údajů je zarážející, že dokonce ani evoluční biologové nevěnovali vymírání téměř žádnou pozornost. O speciaci byly napsány velké monografie a učebnice a byly na ní vybudovány mnohé kariéry, problému vymírání se však sotvakdo dotkl. Přitom to trochu připomíná situaci demografa, který by studoval růst populace aniž by bral v úvahu úmrtnost, nebo situace účetního, který by se zajímal jen o příjmy a ignoroval by výdaje. Učebnice evoluční biologie sotva obsahují o vymírání víc než několik banalit a tautologií typu "druhy vymírají když nejsou schopny čelit změně" nebo "vymírání je pravděpodobné, když se velikost populace blíží 10

nule". Britská encyklopedie (1987) uvádí, že "k vymírání dochází, když se druh nemůže rozmnožovat natolik, aby nahrazoval ztráty". Taková tvrzení jsou téměř bezobsažná. Pozornost vědců však podléhá změnám, a k tomu došlo i v případě vymírání. Když nositel Nobelovy ceny Louis Alvarez a jeho kolegové z Berkeley náhle přišli s teorií vyhlazení dinosaurů v důsledku dopadu (impaktu) meteoritu, vyvolali vášnivou diskusi. K tomu se připojila obava o ohrožené druhy v současné biosféře, a tak se víc lidí začalo zabývat jevem vymírání a jeho rolí ve vývoji života. Vznikající oblast studia vymírání snad dokonce jednou dostane pojmenování s koncovkou -ologie. Mým posláním v této knize je sdílet s vámi cestu, kterou jsem se já i moji kologové ubírali ve snaze prozkoumat jev vymírání do větší hloubky. Musím zdůraznit, že tato oblast výzkumu přesto zůstává na okraji pozornosti. Postrádá kulisu velké vědy - nelze ji srovnávat s programy jako Supercollider (obří urychlovač elementárních částic), Lidský genom či Hubbleův teleskop. Přesto kladené otázky jsou stejně základní a zajímavé pro naše nikdy nekončící úsilí o pochopení našeho místa ve vesmíru a pro zodpovězení základní otázky: Proč jsme tady? O slovu Slovo vyhynout má pasivní kvalitu naznačující postupné vymizení... Rostliny a živočichové provádějí spoustu aktivních činností: bojují, přijímají potravu, migrují, rozmnožují se a dokonce se vyvíjejí v jiné druhy. Když však druh umírá, tak se mu to prostě přihodí, stane se vymřelým. Možná je vymírání znamenající smrt druhu tak trochu děsivé a my se podvědomě bráníme aktivnímu způsobu vyjadřování. Nebo snad pasivní užití slova má zdůraznit, že druh podléhající vymírání činí tak vlivem vnějšího vlivu, kterému nemůže vzdorovat. Předpokládám, že je to rozumný názor, protože nemáme žádný důvod podezírat kterýkoliv druh z aktivní sebevraždy, jakkoliv jednotliví příslušníci druhů sebevraždu páchat mohou. Digby McLaren, význačný kanadský paleontolog a odborník na vymírání, prosazuje místo hromadného vymírání výraz hromadné zabíjení. Činí tak proto, aby odlišil smrt jednotlivých živočichů od smrti druhu. Je totiž přesvědčen, že nejdramatičtější otázkou hromadného vymírání je právě náhlé usmrcení velkého množství jedinců. Vyhynutí celého druhu je pro něj pouhým vedlejším produktem případu, kdy je takové zabíjení absolutní. McLaren tedy nenavrhuje změnu jazyka, pouze posun důrazu od druhu k jedincům. V několika svých posledních článcích jsem zašel ještě dál a užívám v nich slova zabít a zabíjení místo vymřít a vymírání. Uličnicky teď pozoruji, jak a zda si mí kolegové toto používání osvojí. V každém případě očekávám, že to povede k plodné konverzaci s Digby McLarenem. Definice druhu

11

Než budeme pokračovat, měl bych vyjasnit co rozumím pod pojmem druh. Druh je tradiční účetní položkou ve většině prací zabývajících se vymíráním, práce McLarenovy nevyjímaje. Druh je druhem, jestliže ho za takový prohlásí kompetentní taxonom. Tato operační definice, i když poněkud cynická, je široce používána v biologii i v paelontologii. Definice platí, protože biologický svět je skutečně rozdělen do přirozených jednotek. Profesionální taxonomové pak věnují spoustu času a energie klasifikaci organického světa do těchto základních jednotek skupin organismů, rozeznatelných od jiných skupin. Kritériem rozlišování mohou být anatomie, biochemie, barva, způsob rozmnožování a někdy i cho vání. Taxonom používá své zkušenosti k tomu, aby vybral charakteristiky umožňující smysluplné třídění. Je možná i přesnější definice: Druh je skupina jedinců sdílejících společnou genetickou zásobárnu (genom). Všichni lidé patří do jediného druhu, protože se mohou navzájem křížit. Když ponecháme stranou pohlaví, jedinými překážkami v mísení mezi jedinci našeho rodu jsou překážky geografické a kulturní. Biologický svět je spektrem oddělených a nezávislých genomů, které se mění v čase, ale nemíchají se s ostatními. Protože druhy jsou takto reproduktivně izolované, mohou mezi nimi vznikat rozdíly v anatomii a chování. Úkolem taxonomů je rozpoznat a odlišit přirozené druhy. Bohužel, pokusy s křížením za účelem vymezení reproduktivní izolace jsou obvykle nepraktické. Mohou být dokonce nemožné, pokud organismy žijí v různých oblastech a v zajetí se nechovají přirozeně. Takže taxonom nakonec obvykle musí spoléhat na zástupnou informaci - vzhled, chování, životní cyklus atd. Obtíže taxonoma tkví v tom, že existují rozdíly nejen mezidruhové, ale i vnitrodruhové. Populace téhož druhu, žijící v jedné oblasti, se mohou lišit často velmi výrazně od populací v oblastech jiných. Rozdíly mohou být zapříčiněny drobnými adaptacemi k místním podmínkám nebo jednoduše z náhodných rozdílů mezi populacemi, které se nemohou za normálních okolností mísit. Geografické varianty druhu se nazývají poddruhy, variety nebo rasy a mohly by se křížit, kdyby žily ve stejné oblasti (a měly by k tomu chuť). Poddruhy jsou jakési druhy v zárodku, představují původní druh v procesu speciace. Poddruhy se stávají nezávislými druhy, jestliže geografická separace přetrvává dostatečně dlouho. Příležitostně dochází k úspěšnému křížení i mezi různými druhy, zejména u rostlin (např. duby), což rozmazává mezidruhové hranice. Kříženci mají často přechodné vlastnosti. Kdyby křížení v našem světě převládalo, celá systematika organismů by se zhroutila. Naštěstí pro taxonomy, a pravděpodobně i pro evoluci, k tomu nedošlo. Ve zpětném pohledu jsou to právě nezávisle se vyvíjející genomy, které umožňují, aby tak rozdílné adaptace jako létání nebo plavání vznikly a přetrvávaly. Bez těchto bariér by náš svět vypadal jinak a pravděpodobně bychom zde nebyli.

12

Živým organismům by dominovaly organismy, které by dokázaly ode všeho trochu, ale neuměly by nic pořádně. Protože je tedy málokdy možné nebo praktické testovat schopnosti organismů ke křížení, taxonomové musí hranice druhů určit kvalifikovaným odhadem. Úspěšnost tohoto přístupu se dá ověřit srovnáním systémů pořízených různými taxonomy. Zvlášť výmluvné bylo srovnání systémů ptáků z odlehlých oblastí Nové Guineje, pořízeného nezávisle západními ornitology a místními domorodci. Oba systémy jsou téměř totožné. Paleontologové klasifikují fosilie podobně jak to biologové dělají se živými organismy. Samozřejmě, nelze provádět pokusy s křížením ani se nenabízí příliš informací o chování nebo fyziologii. Když si však uvědomíme, že většina rozhodnutí taxonomů je také založena na vzhledu organismů, nejsou paleontologové až v takové nevýhodě. Má vymírání nějaký účel? Je vymírání dobrá věc, nebo je pouze zlořádem, kterému taktak čelí konstruktivní síly evoluce? Je to zajímavá a obtížná otázka bez jednoznačné odpovědi. Běžný názor se dá formulovat takto: "Samozřejmě, vymírání je dobrá věc, protože slouží k vymýcení méně přizpůsobivých druhů". Toto hluboce zakořeněné poselství se táhne Darwinovým dílem O původu druhů navzdory tomu, že hlavní důraz byl v něm kladen na něco úplně jiného - na rozdíly v způsobilosti jedinců v rámci jednotlivých druhů. Pro některé lidi je myšlenka, že vymírání je samo o sobě dobré tak samozřejmou, že nepotřebuje žádné ověřování: lépe přizpůsobené druhy lze od těch méně přizpůsobivých odlišit prostě na základě samotného faktu, že přežily. Znepokojujícím faktem však je, že pro žádné z tisíců dobře doložených vymírání v geologické minulosti nemáme jednoznačné vysvětlení; nevíme proč k nim vlastně došlo. Ve specifických případech jsou samozřejmě nabízena vysvětlení: trilobiti vyhynuli v soutěži s nově vzniklou skupinou ryb; dinosauři byli příliš velcí a příliš hloupí; parohy irského losa byly příliš na obtíž. Jsou to všechno rozumné domněnky, přesto je nelze jen tak, bez otazníků, prohlásit za pravdivé. Snadno lze vymyslet jiné stejně smysluplné příčiny oněch vymírání. Všechny však mají jeden společný nedostatek: žádná nemá schopnost předvídat v tom smyslu, že by mohla a priori ukázat, že daný druh nebo daná anatomie byly předem odsouzeny k zániku. Je to smutné, ale jediným důkazem podřadnosti obětí vymírání je samotný fakt, že vymřeli tedy důkaz kruhem. Slabiny argumentace samozřejmě neznamenají, že vymírání neodráží rozdíly ve způsobilosti: mohou být jenom odrazem naší nevědomosti. Savci pozdní křídy mohli být kupříkladu skutečně lépe přizpůsobeni k podmínkám prostředí než dinosauři, a jen naše omezemé vědomosti o těchto zvířatech však nám nedovolují tuto jejich nadřazenost poznat.

13

Dopřejme si myšlenkový experiment a představme si evoluci, která by se obešla bez vymírání. Na obr. 1.3 jsou znázorněny dva hypotetické evoluční stromy. V obou případech časová osa postupuje zdola nahoru a každá úsečka na časové ose představuje interval trvání, vývojovou linii jednoho druhu. Přítomnost je znázorněna horizontální čarou, takže dnešní druhy jsou ty, jejichž linie dosáhly k této čáře. Oba diagramy se větví jako keře bez hlavního kmene. Každé větvení znamená jednu speciační událost. Evoluční strom vlevo znázorňuje evoluci tak, jak skutečně probíhala. Když postupujeme odspodu, linie nedosahující do současnosti jsou ty, které vymřely. Počet současně existujících druhů (biodiverzita) se mění v čase tak, jak nové druhy vznikají a jiné vymírají. Strom vpravo se vyvíjí podle stejných pravidel s tou výjimkou, že žádný druh nevymře. Víme, že levý z obou stromů je lepším popisem skutečné evoluce života, protože máme dostatek důkazů o vymírání. Mohla by však existovat i evoluce bez vymírání? Pravděpodobně ano, ale nepříliš úspěšně. Vynořilo by se několik problémů. Nejdůležitější je ten, že by exponenciálně vzrůstala biodiverzita. Čím více druhů by vznikalo, tím více linií by se nabízelo ke vzniku druhů dalších. Záhy by se systém nasytil a speciace by se musela zastavit, protože by jednoduše pro nové druhy nezbývalo místo. Přírodní výběr v takovém světě by pokračoval ve vylepšování a dolaďování existujících druhů a dosažená kvalita adaptací by mohla být dokonce vyšší než než ve scénáři shrnujícím vymírání; druhy by měly k adaptacím víc času a organismy by si proto mohly vytvořit mnohem kvalitnější struktury než ty, které pozorujeme dnes. Můžeme si tedy představit evoluci i bez vymírání, a možná někde ve vesmíru taková evoluce i existuje. Vytvořila by se však v takovém světě tak velká biologická rozmanitost jak ji známe ze Země - organismy tak rozdílné jako jsou trilobiti, ryby, ptakoještěři, velryby, lidé? Asi ne, s jistotou to však říci nelze. Vymírání odstraňuje slibné linie - často záhy po jejich vzniku - ale právě to vytváří prostor pro evoluční inovace. Vymírání, alespoň v našem světě, neustále poskytuje nové možnosti různým organismům, které tak mohou pronikat do nových prostředí a způsobů života. Tento proces udržuje dynamiku evoluce a může být dokonce nutný pro dosažení různosti dávných i dnešních forem života. Z řečeného plyne, že vymírání může být nutnou součástí evoluce, ale v žádném případě se to nedá tvrdit s jistotou. K otázce se vrátíme v dalších kapitolách, kde uvidíme, že hodně záleží na tom, zda vymírání je náhodné nebo selektivní ve svém výběru obětí.

14

Kapitola 2

Stručné dějiny života Můj přehled dějin života bude nutně výběrový, protože jinak by v kapitole o 5000 slovech bych muselo jediné slovo pokrýt 700 000 let. Budu se proto věnovat je několika intervalům důležitým ve vztahu k vymírání, a některým vlastnostem fosilních záznamů, které budeme potřebovat jako podklad pro následující diskusi. Vznik života Na začátku byly bakterie. Nejstarší záznam života na Zemi pochází z australských hornin starých 3.5 miliardy let, jen o půl miliardy mladších než nejstarší známé horniny. Jsou to fosilie jednobuněčných, anaerobních, nefotosyntetizujících bakterií; tyto buňky nemají jádra a další parametry pokročilejších forem života. I když jsou označovány za primitivní, byly tyto organismy neuvěřitelně úspěšné a dodnes prospívají v nejrůznějších prostředích. Australské fosilie jsou pokládány za jedny z prvních stop života na Zemi. Předpokládá se, že život sám vznikl z neživých součástí jako výsledek spontánních chemických reakcí, a že tento proces také proběhl na Zemi. Tyto předpoklady (lepším slovem by mohlo být články víry) nelze dokázat a existuje spousta alternativních teorií. Tak kupříkladu není nemožné, že první chemické kroky vedoucí ke vzniku života se odehrály někde jinde a život dorazil na Zemi z kosmického prostoru. Pro většinu badatelů zabývajících se problémem však je nejjednodušší předpokládat, že život vznikl na Zemi. Výzkum vzniku života je aktivní (i když malá) oblast vědy. Část tohoto výzkumu je čistě teoretická, část zahrnuje laboratorní pokusy ve snaze dokázat rozumnost předpokladu vzniku života na Zemi a další část je věnována hledání složitých organických molekul ve vesmírném prostoru. Dalším téměř obecně sdíleným předpokladem je, že všechen život se odvíjel od oněch raných forem nepřetržitým řetězem předků a potomků. Tento předpoklad vypadá rozumně, protože všechny živé organismy mají podobné biochemické vlastnosti. Lze si však pochopitelně představit i takový scénář, ve kterém život vznikl více než jedenkrát, všechny formy kromě jediné však záhy vymřely a tato linie dala vznik všem formám života, jak ho známe dnes. Pokud tomu bylo tak, šlo o první příklad důležitého vymírání. Před pár lety jsem spolupracoval s Jimem Valentinem, paleobiologem Kalifornské university v Berkeley. Testovali jsme předpoklad, že život mohl vzniknout víc než jednou. Používali jsme model bankrotu hráče (viz příští kapitolu) a ptali jsme se: Pokud existovalo mnoho nezávisle vzniklých forem života, jaká je pravděpodobnost, že by vyhynuly všechny až na jedinou? Naše analýza ukázala, že i kdyby život vznikl desetkrát, je pravděpodobné, čistě na základě hry 15

náhody, že by přežila jen forma jediná. Při více než deseti počátcích model ukazoval na vyšší pravděpodobnost, že bychom se dnes setkávali alespoň se dvěma formami života. Jestliže tedy začínal život několikrát a všechny formy kromě jedné vymřely, stojíme opět před otázkou: Špatné geny nebo smůla? Jinými slovy: Vyhrála boj o existenci ta nejlepší forma života nebo přeživající linie měla prostě víc štěstí? "Vyšší" formy života Dlouhý geologický interval mezi nejstaršími bakteriemi (3.5 mld. let) a prvními složitými mnohobuněčnými organismy (asi 600 mil. let) se označuje jako prekambrium, tedy předchůdce období kambria. Fosilní záznamy z tohoto období jsou řídké, přesto poukazují na některé evoluční změny. Tak kupříkladu existuje solidní důkaz pro to, že fotosyntéza se objevila asi před dvěma miliardami let a že eukaryotní organismy (s buňkami obsahujícícmi jádro) se objevily asi před 1.9 mld. let. Z lidkého pohledu bylo prekambrium velmi dlouhým intervalem s velmi pomalými změnami s globální biodiverzitou tvořenou několika anatomicky jednoduchými organismy. Během této doby však došlo k zásadním změnám v chemismu atmosféry a schopnosti života využívat svoje prostředí, změnám pravděpodobně životně důležitým pro celou další evoluci. Asi nejdůležitější byl vznik kyslíkaté atmosféry jako výsledek rané fotosyntézy, což posléze umožnilo vývoj živočichů dýchajících kyslík. Naše kyslíkatá atmosféra je tedy současně příčinou i důsledkem diverzifikace života. Asi jste si všimli, jak často užívám slov "pravděpodobně" a "snad". Studium raného života a podmínek té doby je totiž oblast dosti riziková. Vyžaduje hodně dohadů a příležitostní spekulace, ale zase ne víc než v mnoha jiných oblastech vědy. Přibližně před 600 miliony let došlo k "výbuchu" v evoluci života. Geologický záznam z ničeho nic obsahuje velké množství ostatků složitých a bohatě rozrůzněných organismů. Jeden z nejstarších souborů se nazývá fauna Ediacara a byla objevena v roce 1946 R.C. Spriggem, báňským inženýrem australské vlády. Je v tom kus ironie, ale žádný profesionální paleontolog by nikdy nehledal fosilie v místech, kde je našel Sprigg - v pískovcích z čistého křemene, které obsahují fosilie jen velmi zřídka. Vědělo se také, že tyto horniny jsou starší než kambrické soubory trilobitů a jiných známých fosilií. Sprigg se živil průzkumem starých olověných dolů, byl však zaníceným amatérským sběratelem fosilií a měl oči otevřené i tam, kde by se žádný paleontolog neobtěžovat hledat. Fauna Ediacara je dnes známa z mnoha míst celého světa. Jsou to fosilie zvláštních měkkých vodních organismů. Některé snad patří do skupin, které přežily dodnes, většina z nich je však pro 16

nás záhadou. Oblíbeným názorem paleontologů je, že tyto organismy představují první velké a zaniklé evoluční větvení - tedy jakýsi neúspěšný začátek. V tomto ohledu lze faunu Ediacara přirovnat k živočichům o něco mladší Burgessovy vrstvy (střední kambrium Britské Kolumbie), kterou tak nádherně popsal a interpretoval ve své knížce Wonderful life Stephen Jay Gould. Ať už je vznik a osud této zvláštní fauny jakýkoliv, byly to živočichové obývající mnoho oblastí během posledního období prekambria. Jejich výskyt se tak úzce váže k tomuto jedinému období, že interval jejich výskytu ani nelze s určitostí odhadnout: byl pravděpodobně velmi krátký. Počátek období kambria asi před 570 mil. let se vyznačuje nástupem mnohem vyšší diverzity. Od této doby až dodnes se fosilie vyskytují ve většině hornin, které mohou fosilie obsahovat. Co bylo příčinou toho, že po tak dlouhém období velmi pomalé evoluce se najednou začal život na Zemi rozrůzňovat, a to tak dramaticky, že se mluví o tzv. kambrické explozi? Podle jedné teorie došlo ke změně fyzikálního prostředí - snad změna ve složení oceánu nebo atmosféry - což podnítilo vývoj k vyšší různorodosti organismů. Snad náhlé zvýšení obsahu uhličitanu vápenatého v oceánech podnítilo evoluci organismů, které používají tuto sloučeninu k tvorbě svých koster a schránek. Diverzifikace mohla mít i biologické příčiny: mohly se objevit organismy, které spásaly dna mělkých moří pokryté jednoduchými společenstvy řas. To mohlo podnítit vznik nových forem podle ekologického principu nazvaného vyžírání (cropping), prosazovaného Stevenem Stanleym z Case Western Reserve University. Podle tohoto principu přítomnost konzumenta, ať už živočicha, který jiné organismy prostě spásá, nebo dravce, ústí ve větší rozrůzněnost života v takto postižené oblasti. Jiné pozoruhodné vysvětlení kambrické exploze přirovnává tuto událost k epidemii. Mnohé choroboplodné organismy přetrvávají po léta v nízkých počtech a potom se bez zjevné příčiny rozmnoží do velkých počtů. Šíření nemocí je exponenciální (podobně jako úroky z úroků): čím více choroboplodných organismů existuje, o to větší množství jich přibývá v krátkém čase. Pokud je přítomno jen několik jedinců, růst populace je pomalý; s rostoucí populací však přibývá v každém reprodukčním cyklu víc a víc jedinců a nemoc přerůstá v epidemii. Evoluce se opravdu dá přirovnat k šíření nemoci, pokud budeme speciaci přirovnávat k rozmnožování původce nemoci a vymírání k jeho smrti. Dokud rychlost speciace převyšuje rychlost vymírání, počet druhů (biodiverzita) musí exponenciálně vzrůstat. Čím víc druhů, tím víc možností pro další speciaci. Dlouhé období prekambria se svým šnečím tempem evoluce může tedy být analogií patogenního organismu, který ještě nedospěl ke strmé fázi svého exponenciálního růstu. Pokud tato analogie platí, nemá smysl se pídit po nějaké speciální události, ať už fyzikální nebo biologické, která kambrickou explozi spustila. 17

Kvalita fosilního záznamu Fosilní záznam má zvláštní vlastnost: je současně zoufale neúplný i neuvěřitelně podrobný. Na jedné straně jen nepatrná část minulého života byla fosilizována (a nalezena paleontology). Na druhé straně máme k dispozici desítky milionů perfektně zachovalých fosilií. Bylo jich popsáno, pojmenováno a umístěno se značnou spolehlivostí v prostoru i čase asi 250 000 druhů. I když tedy je vzorek minulého života jen nepatrnou částí celku, je dost veliký k tomu, aby poskytoval dostatek informací. Víc problémů přináší jiná skutečnost: kvalita fosilních vzorků se neuvěřitelně liší od jednoho organismu k druhému a od jednoho prostředí k druhému. Vodní organismy se obvykle uchovají s mnohem vyšší pravděpodobností než organismy suchozemské, protože v jezerech i oceánech se ukládají sedimenty. Živočichové s tvrdými, mineralizovanými skelety fosilizují snadněji než organismy měkké. Máme tedy mnohem lepší záznam o evoluci mořských měkkýšů či korýšů než o evoluci suchozemského hmyzu. Zvláštností na fosilizaci je i to, že rostlina nebo živočich budou s vyšší pravděpodobností zachovány v případě, že se dostanou do prostředí odlišného od toho, ve kterém normálně žijí. Přirozené prostředí většiny druhů je biologicky aktivní a obsahuje mnoho mrchožroutů a hnilobných bakterií. Pokud rostlina nebo živočich v takovém prostředí zahyne, tělo je záhy rozloženo. Jestliže je ovšem mrtvé tělo rychle přemístěno do biologicky neaktivního prostředí, šance pro uchování se zvyšují. Takto vznikly naše nejlepší naleziště fosilií, například asfaltové jámy v La Brea. Toto místo je nalezištěm pleistocenních zvířat, která zapadla do řídkého asfaltu. V několika málo případech byla zvířata udušena deštěm vulkanického popela. Naleziště tohoto druhu jsou pro nás nejcennějšími okny do minulosti. Šest set milionů let zmatků Do konce období kambria se globální ekologie diverzifikovala do složitých a rozrůzněných společenstev, a to zejména v oceánech. Souš sice už existovala, ale nebyla ještě obydlena: žádné stromy, žádný hmyz, žádné létající organismy. Jacques Cousteau by měl v té době snadnou práci s natáčením zajímavých a vzrušujících televizních seiálů, i když by se musel obejít bez žraloků a většiny ryb. Daly by se však filmovat tropické útesy a některé zajímavé plovoucí i po dně lezoucí organismy. Cousteau by se pravděpodobně soustředil na trilobity vzhledem k jejich velikosti a rozrůzněnosti. Šest set milionů let od forem fauny Ediacara až po dnešek, interval známý jako fanerozoikum, poskytuje bohatý fosilní záznam a většinu toho, co víme o evoluci (a o vymírání). Ve škole se fanerozoikum často vyučuje jako posloupnost dobře vymezených období - věk ryb, věk plazů atd. až k věku savců a člověka. Jak přesvědčivě ukázal Stephen Jay Gould, ve skutečnosti 18

fanerozoikum takto vůbec nevypadalo. Není to v žádném případě posloupnost globálních dynastií stále dokonalejších organismů. Jistěže během fanerozoika docházelo k početným a důležitým obohacením biologického repertoáru. Mnohá z nich přežívají a vyvíjejí se dodnes. V devonu obsadily souš rostliny a téměř současně je následoval hmyz (časová škála viz obr. 2.1). V karbonu existovaly všude tam, kde to podmínky dovolovaly, bohaté deštné pralesy a záhy poté se objevili suchozemští obratlovci. Fosilní soubory deštních pralesů období karbonu naznačují, že druhová bohatost hmyzu byla místy srovnatelná s dnešní. Počínaje permem obývají Zemi větší i menší obratlovci. Často se říká, že v juře a křídě vládli světu na zemi i v oceánech velcí plazi. To je však tvrzení velmi přehnané. Jistěže, někteří plazi, např. velcí dinosauři na souši a ichtyosauři a mosasauři v oceánech patřili mezi největší zvířata své doby. V hodnotách celkové biomasy byli však v menšině, protože nikdy neměli mnoho druhů a nevytvořili velké populace, na rozdíl od milionů organismů menších. Zdá se, že současně nikdy nežilo víc než padesát druhů dinosaurů. Srovnejte to s pětinásobným množstvím různých druhů veverek, které žijí dnes. Po vymření dinosaurů a velkých mořských plazů na konci období křídy se rychle diverzifikovali savci. Tento vývoj vedl i k našemu vlastnímu druhu, Homo sapiens. Protože během fanerozoika došlo k tolika důležitým inovacím, včetně těch, které jsme zmínili výše, někteří paleontologové nahlížejí toto období jako dobu spořádaného postupu od jednoduchého ke složitému, od primitivního k pokročilému, od malého k velkému. Taková zobecnění však neobstojí při bližším zkoumání. Ve skutečnosti během evoluce života ve fanerozoiku převládaly nejrůznější ústupy, záplatování a spousta obecného zmatku. Objevily se velké evoluční skupiny, vzkvétaly po nějakou dobu a opět vyhynuly. Organismy, které je nahradily, byly sice jiné, ale nikterak prokazatelně složitější, pokročilejší, nebo větší. Analogie burzy Představu průběhu evoluce ve faneozoiku získáme když srovnáme seznamy společností obchodovaných na burze za několik posledních desetiletí. Ve dvacátých letech používala newyorská burza cenných papírů v podstatě stejný formát dokumentů jako dnes - obsahují abecední seznam názvů společností, ceny, zisky atd. Celkový počet společností byl poněkud nižší než dnes, podobně jako biodiversita v devonu byla o něco nižší než ta dnešní. V průběhu let se společnosti objevovaly a zase mizely ze seznamů. Když jednou zmizely, už se nevrátily. I celé skupiny odvětví přicházejí a mizí. Ve dvacátých a třicátých letech bylo hodně akcií železničních společností, zatímco akcie leteckých společností, i když existovaly, tvořily zanedbatelnou položku. Čas od času se objevila nová odvětví a pokud přežívala, procházela obdobími rozmachu 19

a stabilizace. O tom všem si můžeme utvořit obraz prostým sčítáním společností zahrnutých v jednotlivých odvětvích. Každý týden se ceny akcií chaoticky mění. Někdy skoro všechny hodnoty míří jedním směrem, zatímco jindy některé společnosti jdou nahoru a jiné podléhají poklesu, zdánlivě nezávisle na sobě. Průměrná cena všech akcií na konci týdne je výsledkem četných vnitřních i vnějších faktorů, které ceny ovlivňují. Když cena akcie poklesne na nulu, společnost zaniká. Co je však důležité, ceny akcií i složení celého trhu jsou prakticky nepředvídatelné z týdne na týden nebo z jednoho desetiletí na druhé. Tak nějak se to má i s biologickou evolucí ve fanerozoiku. I když burza je překvapivě dobrým modelem evoluce ve fanerozoiku, z některých hledisek analogie selhává. Tak například poslední záplava fúzí společností by měla biologický protiklad v procesu křížení - hybridizace evolučních linií vedoucím k jejich splývání. Takový proces však, pokud víme, není v evoluci běžný. Když srovnáme seznamy společností obchodovaných na burze v průběhu posledních padesáti nebo pětasedmdesáti let, objevíme jasné, i když nepravidelné posuny směrem ke společnostem, které nesou punc modernosti. Přetrvávají odvětví plastických hmot a aerolinie a objevují se známá jména jako Xerox nebo Apple Computer. Postupně se seznam stále víc a víc podobá dnešnímu. Totéž lze říct o fosilních záznamech. S každou změnou fauny a flóry se světová společenstva víc a víc podobají těm dnešním. Protože pozorujeme ze samého konce tohoto řetězce, vyvolává to dojem, že jde o řízenou posloupnost, vedoucí až k nám. Jinými slovy, že jde o pokrok. Tento dojem bychom však získali i kdyby evoluce byla naprosto chaotická. Protože vnímání trendů a uspořádání závisí tolik na perspektivě pozorovatele, je nesnadné získat objektivní pohled na evoluci. Obzvlášť to platí, zabýváme-li se evolucí suchozemských obratlovců: obojživelníků, plazů, ptáků a savců. Je téměř nemožné zbavit se dojmu, že lidský druh je vyvrcholením progresivního vývoje - ať už pokrokem myslíme cokoliv. Představa pokroku vnucuje názor, že savci jsou jaksi lepšími organismy než plazi nebo obojživelníci a lidé že jsou jaksi lepší než ostatní savci. Z toho pak vyplývá, že minulá vymírání byla způsobena selháním obětí - jinými slovy špatnými geny. Několika pohledy do fanerozoického života si teď přiblížíme krásu i zmatek evolučního záznamu. Oči trilobitů Zrak se v živočišném světě vyvinul několikrát nezávisle na sobě. V některých případech jde jen o světlocitlivou tkáň, kterou, i když je pochopitelně pro zvíře velice důležitá, jen těžko budeme považovat za oko. Jednoduchá schopnost rozlišovat světlo a tmu je rozšířena u ježovek, hvězdic a mnoha dalších bezobratlých. Pravé oči se vyvinuly u tak různorodých skupin jakými jsou 20

hmyz, měkkýši, ptáci a savci. I když tyto skupiny sdílejí společného předka, pokud půjdeme dost hluboko do minulosti, je prokázáno, že jejich oči jsou nezávislými evolučními vynálezy. Prvohorní trilobiti (570-245 mil. let před dneškem) měli složené oči podobné očím dnešních krabů, hmyzu a jiných členovců. V tomto případě je asi podobnost důsledkem společného původu těchto skupin, i když to z fosilních záznamů nemůžeme dokázat. Složené oko je konglomerátem mnoha oddělených jednotek, každý se svojí vlastní čočkou a všechny spolupracující na tvorbě obrazu. Příležitostně lze najít fosilie trilobitů s téměř nepoškozenou strukturou oka. Před několika lety zaujaly čočky trilobita fyzika a současně sběratele fosilií Riccarda LeviSettiho z univerzity v Chicagu. Ve spolupráci se specialistou na trilobity Euanem Clarksonem z edinburské univerzity dospěl k ohromujícímu objevu: v dobře zachovalých fosiliích má každé oko trilobita dvě čočky nad sebou! Při pohledu shora přechod mezi oběma čočkami vytváří centrální prohloubeninu s prstencovitým okrajem. Systém dvou čoček zvaný dublet je běžný v moderních optických přístrojích. Tvar horní čočky u trilobitů je však naprosto odlišný od současných čoček, ať už v očích živočichů nebo v optických přístrojích. Levi-Setti se svými zkušenostmi v optice však poznal, že tvar horní čočky trilobitího oka je shodný s nákresy, které v 17. století nezávisle publikovali Huygens a Descartes. Tímto tvarem minimalizovali tzv. sférickou aberaci přístroje. Návrhy Huygense a Descarta nebyly pravděpodobně nikdy použity, protože k témuž účelu lze použít i jiné uspořádání. Spodní čočka byla vynálezem trilobitů. Levi-Settimu se podařilo ukázat, že je potřebná k potlačení sférické aberace pod vodou - tímto problémem se v 17. století konstruktéři nezabývali. Chci tímto příkladem ukázat, že už v raných stadiích fanerozoika si organismy vyvinuly vysoce komplikované orgány - z lidského pohledu vyžadující školeného optického inženýra s velkou představivostí. Byly oči trilobitů lepší než oči dnešních krabů a garnátů? Odpověď neznáme, protože nemůžeme studovat živé trilobity. Můžeme jenom konstatovat, že neexistuje žádný důkaz ani pro skutečnost, že by oči dnešních krabů byly lepší než oči vymřelých trilobitů. Tropické útesy Dnešní tropické oceány jsou lemovány obrovskými a krásnými korálovými útesy s velmi složitými společenstvy živočichů a rostlin. Ční téměř až k hladině, odolávají působení vln a často vytvářejí chráněné laguny, ve kterých prospívají jiná různorodá společenstva. Masa většiny dnešních útesů je tvořena skelety koloniotvorných korálů řádu Scleractinia. Velká část současné mořské biodiverzity se váže právě na tropické útesy. Výskyt útesů se většinou omezuje na tropické oceány. To částečně souvisí s klimatem (teplota) a částečně s úhlem dopadu slunečního záření v těchto oblastech, protože život korálů závisí na 21

intenzivní fotosyntéze symbiotických řas. Během posledních desítek milionů let se proto útesy, v závislosti na podmínkách, vyskytovaly v širším či užším pásu kolem rovníku. Ve vzdálenější geologické minulosti se v tropických oceánech dobře vyvinuté útesy někdy vyskytovaly a někdy ne. Jejich výskyt shrnuje Obr.2.2, ze kterého jsou patrná období, kdy útesy byly dobře vyvinuty, podobně jako dnes, proložená obdobími, kdy útesy chyběly a poměrně dlouhými obdobími nedokonale vyvinutých útesů. Nedokonalostí míním omezení jejich výskytu do několika izolovaných lokalit, bez robustní celosvětově propojené struktury útesových bariér. Střídání mezi společenstvy útesů a společenstvy bez útesů závisela částečně na změnách geografie a klimatu: kontinenty se přesouvaly a charakter počasí se měnil. Nejdůležitější příčina přítomnosti nebo nepřítomnosti útesů je však biologická: musí být k dispozici organismy schopné útes postavit. Všechna údobí bez útesů v obr. 2.2 následují bezprostředně po velkých hromadných vymíráních. Bezesporu masové vymírání vyhubilo nepostradatelné organismy útesu a s jedinou výjimkou posledního vymírání na konci období křídy pak trvalo mnoho milionů let, než se společenstva útesů opět vyvinula. Pokaždé, když se útes vyvinul znovu, byl vytvořen společenstvem druhů odlišným od společenstva útesů starších. Dnešní koráli (Scleractinia) jsou výsledkem poměrně nedávného vývoje. Ve fosiliích se objevují až ve středním triasu, před 240 miliony let. Přesto útesy stejného složení a se stejnou ekologií lze najít i v samých počátcích fanerozoika. Tyto útesy byly postaveny neuvěřitelnou paletou nejrůznějších organismů. Mnohé z raných útesů byly tvořeny řasami s vápenitou stěnou. Později tvořily útesy houby. Po nich přišlo několik skupin dnes už vyhynulých korálů s anatomií odlišnou od těch dnešních. Dokonce i jeden druh mlžů (rudisti - Hippuritidae) vytvářel útesy. Tyto útesy byly zvlášť hojné v době křídy, ale kompletně vyhynuly v období masového vymírání koncem křídy nebo těsně předtím. Rudisti patřili k velmi zvláštní skupině mlžů a převzali morfologii korálů natolik, že si je studenti často s korály pletou. Historie tropických útesů je typická pro jakýkoliv jiný ekosystém. Všechno to vypadá dost bezcílně - jako náhlé posuny od jednoho systému k druhému, přičemž tyto změny jsou často způsobeny vymíráním dosavadních držitelů žezla... Ptákoještěři Jak krásné by bylo pozorovat okřídlené ještěry s osmnáctimetrovým rozpětím křídel, plachtící nad dnešním pobřežím... Let, podobně jako zrak, se vyvinul mnohokrát. Podobně jako v případě zraku byl někdy elegantní jako u ptakoještěrů a někdy velmi jednoduchý jako například dosti těžkopádné pokusy létajících veverek nebo létajících ryb.

22

Létající ještěři, známí jako pterosauři, žili v době od 200 mil. let před dneškem až do konce křídy před 65 mil. let. Obrovský Pteranodon byl značně větší než jakýkoli dnešní pták, a dokonce větší než leckteré letadlo. Jeho křídla bez peří byla tvořena velkými plochami kůže napnuté mezi ohromně prodlouženými kostmi prstů, podobně jako u netopýra. I když někteří větší pterosauři záviseli pravděpodobně většinou na plachtění, mohli vzlétat i z roviny a byli schopni aktivního letu. Modely pterosaurů byly podrobeny rozsáhlému teoretickému i experimentálnímu zkoumání, včetně pokusů v aerodynamických tunelech, a z těchto pokusů je jasné, že pterosauři byli schopnými letci. Není ovšem v našich možnostech zjistit, nakolik schopnými. Tato obrovská zvířata po většinu doby svého výskytu koexistovala s ptáky. Nevíme ovšem ani to, jak dobrými letci byli ptáci v té době. Ptakoještěři nezanechali žádné potomky. Byli prostě jednou z úspěšných skupin, která se objevila, nějakou dobu prospívala a pak zmizela. Abyste nenabyli představu, že jejich výskyt byl efemerní, povšimněte si, že obývali Zemi po dobu třicetkrát delší než jí zatím obýváme my! Evoluce člověka Lidé se v evoluci objevili až poměrně pozdě a studovat jejich vývoj je těžké, protože fosilní záznamy jsou neuvěřitelně špatně zachovalé. Většina našich předků obývala planiny, na kterých se fosilie málokdy zachovají. Kromě toho je časová škála krátká a lidské populace byly malé. Vymírání pravděpodobně nehrálo u našich předků velkou roli, i když zlomkovitý charakter fosilií může ještě skrývat hodně informací. V kontextu vývoje života se však v souvislosti s lidskou evolucí musíme zmínit o jedné důležité věci. Obvykle si myslíme, že inteligence humanoidů byla nejvýznačnější vlastností našeho druhu a asi je to i pravda. Vysoká inteligence se však během fanerozoika mohla vyvinout prakticky kdykoliv a u téměř kterékoliv skupiny - u plazů, ryb, hmyzu, ba dokonce i u trilobitů. Tvrzení, že se u hmyzu mohla vyvinout inteligence podobná naší, vypadá poněkud přehnaně; koneckonců mají tito tvorové malý mozek a jsou nepochybně hloupí. Navzdory tomu neznám žádný neurologický nebo jiný důvod proč by se inteligence u hmyzu vyvinout nemohla, samozřejmě doprovázena změnami anatomie a embryologie. Stejně dobře nemuselo dojít k vývoji inteligentního života na Zemi vůbec. Úvahy tohoto typu nabývají na důležitosti, když se zvažuje pravděpodobnost humanoidní inteligence u mimozemských organismů, pokud existují. Probíhající výzkumné projekty jako napříklat SETI (Search for Extraterestrial Intelligence - Hledání mimozemské inteligence), který probíhá v NASA, berou tuto otázku vážně. Je běžným názorem, že jakýkoliv vyvíjející se biologický systém by měl projít prakticky stejným sledem evolučních stadií, vedoucích k inteligenci, technologické civilizaci a ke komunikaci pomocí radiových vln. I když zastánci 23

tohoto názoru netrvají na tom, že mimozemšťané musí mít lidský vzhled, očekávají, že jejich chování a inteligence budou podobné naší. Tento názor ovšem není příliš populární mezi paleontology a biology, protože záznamy z fanerozoika vůbec neopravňují k podobným předpovědím ucelenosti a předvidatelnosti vývoje. I když souhlasím s těmito výhradami, pevně stojím za snažením SETI. Teprve když objevíme biologické systémy někde jinde ve vesmíru, budeme mít možnost poznat, zda náš vlastní biologický systém má zatím neznámé vlastnosti, které lze předpovědět. Živé fosilie Všichni jsme slyšeli o druzích, které přežívají nezměněny po stovky milionů let. Běžné se jako příklady uvádějí šváby, ostrorep, žraloci, lalokoploutvé ryby, ginko nebo přesličky. Předpokládá se, že tyto druhy jsou vítězi v evolučním boji, že si nalezly ideální niky a staly se tak imunními vůči vyhlazení. Také se předpokládá, že přežily, protože představují generalizované typy schopné přeživat v nepříznivých podmínkách a prakticky na jakékoliv potravě. Žralok je pravděpodobně ztělesněním takové živé fosilie. Žraloci sice nejsou příliš chytří, ale jsou silní, není snadné je zabít a jsou schopni pozřít cokoliv živé či mrtvé. Vzhled žraloků také prozrazuje zvlášť primitivní prvky tělní stavby. Obávám se, že téměř všechno, co jsem napsal v předchozím odstavci je nesmysl! V první řadě žádný příslušník dnes žijících druhů není totožný s druhy fosilními. V současnosti žijí stovky nejrůznějších druhů žraloků. Všechny tyto druhy jsou však anatomicky odlišitelné od žraloků fosilních. Fosilní ostrorepi z jury se mohou dost podobat svým dnešním protějškům, ale jde ve značné míře o subjektivní dojem pramenící z toho, že tito tvorové se jako tenkrát i teď značně liší od ostatních živočichů. Podíváme-li se na detaily, nemůžeme si jurské druhy s dnešními splést. V průběhu vývoje života vskutku docházelo k velkým rozdílům v rychlosti i kvalitě evolučních změn. Většina druhů, které se uvádějí jako živé fosilie, např. lalokoploutvé ryby, se pravděpodobně nachází na pomalém konci této rychlostní škály, neexistuje však žádný důkaz, že představují zvláštní druh evoluce. Co je důležitější, neexistuje žádný důkaz, že by se u organismů kdy objevila imunita k vymírání. V této kapitole jsem se snažil zdůraznit, že nelze předpovídat pořadí evolučních změn ve vývoji života. V žádném případě nemůžeme prostřednictvím fosilního záznamu pohlédnout na určitou událost a zvolat: "Samozřejmě se to muselo vyvíjet takto." Kdyby nebyli vznikli ptakoještěři, žádný anatom nebo fyziolog by se dnes nedivil nad jejich nepřítomností v záznamu. Podobně nemůžeme vědět, zda byly vyčerpány všechny biologicky možné stavby těla a způsoby života. Kdybychom si mohli představit všechny možné tvary organismů, nebudeme (zatím) schopni říci, 24

zda byla odzkoušena většina nebo jen malá část těchto stavebních plánů. Organismy, které by používaly kola nebo větrem poháněné plachty pro svůj pohyb prakticky neexistují (i když to částečně závisí na tom jak budebe definovat kola a plachty). Jsou kola a plachty nepraktické nebo nemožné u živých bytostí? Nebo by se sice mohly hodit, ale nebyly zatím evolucí objeveny? Tento stupeň neurčitosti v evoluční biologii je zdrojem rozmrzelosti pro vědce jiných oborů zvyklé na větší konzistenci a spolehlivost předpovědí. Když trvám na tom, že průběh evoluce za poslední tři a půl miliardy let byl nepředvídatelný, musím dodat varování: Dojem neuspořádanosti může být také odrazem naši nevědomosti. Evoluce může mít jasná pravidla, kterých jsme si zatím nepovšimli, i když vše potřebné máme před očima. Podobně, až poté co objevíme život ve vesmíru, budeme schopni posoudit jaké, pokud vůbec nějaké, charakteristiky života na Zemi lze označit za "normální" či nevyhnutelné.

25

Kapitola 3

Bankrot hazardního hráče a jiné problémy Hazardní hra Představte si, že hrajete v kasínu a máte to štěstí, že se tam vyskytuje hra na sudá a lichá čísla. Vy i kasíno máte padesátiprocentní šanci výhry v každém kole. Takovou hrou by např. mohl být ATYPICKý ruletový stůl bez nul (zelená čísla). Hrajete tedy pouze na červenou a černou, přičemž obě barvy se vyskytují se stejnou frekvencí. Hru jste začali s deseti dolary a jeden z nich jste vsadili na červenou. Pokud padne červená, vyhráli jste dolar a teď máte jedenáct. Pokud padla černá, prohráli jste dolar a máte jich devět. Pokud budete pokračovat tímto způsobem, bude vaše hotovost kolísat v dolarových intervalech až nakonec dojde k jedné ze tří možností: 1) Všechno prohrajete 2) Zbankrotuje podnik (či spíše budete vyzváni k odchodu, protože vyhráváte příliš), nebo 3) Nemáte víc času či odcházíte z jiných příčin. Na obr. 3.1 je několik možných výsledků takové hry. Tyto grafy byly vyrobeny pomocí generátoru náhodných čísel na domácím počítači. Stejně dobře mohly být sestrojeny "ručně", házením mince nebo tažením červených a černých karet. Ve všech případech náš hráč nakonec prohrává, i když v jednom z případů (hra č.3) se po dlouhou dobu docela držel. Problém bankrotu hráče právě popsaný v nejjednodušší formě používají statistikové jako model určitých druhů pravděpodobnosti. S jejich používáním jsou spojeny některé speciální výrazy. Tak například dráhy popisující hráčův úspěch na obr. 3.1 se jmenují náhodná procházka (random walk). Když jednou procházka začala, nejeví žádnou snahu k návratu do předchozího stavu. Jestliže hráč začíná s deseti dolary, neexistuje žádná síla, která by udržela průběh hry poblíž této hodnoty, nebo která by ji k této hodnotě navracela. Systém nemá žádnou paměť. To samozřejmě ví každý dobrý hráč: dlouhá série ztrát není předpokladem budoucích zisků. Horizontální čára každém grafu na obr. 3.1 vyznačuje nulový kapitál - úroveň, na které hráč ztrácí svůj vklad a je zruinován. Tato hranice se nazývá absorbující hranicí (absorbing boundary), protože pokud dráha dosáhne této hladiny, neexistuje už žádný návrat a hra končí. Tento stav můžeme změnit a vymínit si, že v případě bankrotu vám podnik věnuje jeden dolar, aby vás udržel ve hře. V tomto případě představuje spodní část grafu odrazovou hranici (reflecting boundary): vracíte se zpět a máte k dobru mninimálně jeden krok. Vím, že žádné kasino se ve skutečnosti takto nechová, jedině že by vám nabídlo půjčku. Ve hře č.3 poklesla hráčova hotovost rychle z deseti na hodnotu jedna, pak stoupla na čtrnáct a nakonec poklesla na nulu - absorbující hranici. Předpokládejme teď, že hráč místo s deseti začal 26

jinak identickou hru jen s devíti dolary. V tomto případě by dosáhl nuly hned během prvního poklesu a nikdy by se nemohl radovat z pozdějšího úspěchu - a možnosti opustit hru s malým ziskem. Tento příklad zdůrazňuje význam velikosti vstupního kapitálu - čím je vyšší, tím je hráč dál od absorbující hranice a tím vyšší je pravděpodobnost, že setrvá ve hře po delší dobu. Teoreticky by kasíno mohlo profitovat i z hry sudá - lichá, pokud by limitovalo výši sázek. Je tomu tak proto, že hráč přichází do kasína s kapitálem, který má mnohem blíž k nule než jsou rezervy kasína. Existuje totiž i druhá - horní absorbující hranice, představující bankrot podniku. Tato hranice je však obvykle tak vysoko, že pro jednotlivého zákazníka není relevantní. Předpokládejme však hráče těžkého kalibru, který přichází do kasína s kapitálem ve výši poloviny zásob podniku. Takový hráč, pokud hraje dostatečně dlouho nebo smí sázet větší částky, má padesátiprocentní šanci, že přivede kasino k bankrotu. Když se vrátíme k problému vymírání, můžeme za hráčův vklad považovat počet druhů v dané skupině. Náš příklad s počátečním vkladem deset může představovat rod s deseti druhy žijícími v určitém období geologické minulosti. Jako časovou škálu použijeme miliony let. Pro každý interval jednoho milionu let má každý z druhů padesátiprocentní šanci na přežití do začátku nového intervalu. Pokud přežije, má také padesátiprocentní šanci dát vzniknout dalšímu druhu. Jaké předpovědi můžeme učinit o osudu celého rodu? K dispozici je několik zajímavých předpovědí. Tak například počet druhů (diverzita) bude podléhat fluktuací podobně jako při náhodné procházce. Vyhynulý druh diverzitu snižuje, nově vzniklý druh ji zvyšuje. Pokud pravděpodobnost vyhynutí je shodná s pravděpodobností speciace, vývoj bude mít charakter náhodné procházky. Další předpovědí je, že konečnému vymření rodu se nelze vyhnout. Tento závěr vypadá protiřečivě, ale vyplývá z jednoduché absorbující hranice při nulovém počtu druhů v daném rodu. Jak jsme viděli, náhodná procházka může probíhat oběma směry donekonečna. Pokud však neexistuje horní absorbující hranice, musí procházka nutně skončit kontaktem s hranicí dolní. Mohli bychom samozřejmě definovat i horní absorbující hranici analogickou k celkovému kapitálu kasína. V kontextu globální biologie by takovou hranicí byl veškerý prostor, který svět organismům poskytuje. Evoluční skupina, jakou je rod, by mohla převládnout, jen kdyby vytvářela nové druhy s takovou intenzitou, že by vedle ní už žádný jiný rod neměl místo. Všechny druhy na světě by pak náležely do jediného rodu. Takový scénář je stejně nepravděpodobný jako případ, že by běžný hráč přivedl k bankrotu celé kasíno. Konečné vyhynutí rodu je tedy vždy zaručeno. Pojem náhody

27

Jaký smysl má náhoda v přirozeném světě? Říká se, že házení mincí je náhodný jev. Pro většinu lidí to znamená, že výsledek je záležitostí čisté náhody, bez jakékoli příčinnosti. Pád mince je však určitě řízen příčinou a následkem. Padne-li panna nebo orel, záleží na téměř nekonečném počtu fyzikálních faktorů, např. nasměrování mince před hodem a na síle hodu, tedy na počtu otočení, které mince ve vzduchu udělá. V úvahu se také musí brát vzdušné proudy (včetně větru) a snad i barometrický tlak, nemluvě už o parametrech samotné mince. (Stojí za zmínku, že u vrhu podkovou dovedou dobří hráči ovlivnit počet obratů podkovy ve vzduchu.) Házení mincí je tak složité, že nemůžeme, nebo jsme se rozhodli, že nebudeme sledovat všechny určující faktory. Místo toho jsme se rozhodli předpokládat, že všechny tyto složité příčiny způsobí, že mince se bude chovat jako by byl celý proces náhodný. Jakmile jsme se takto rozhodli, můžeme zanedbat vzdušné proudění a jiné detaily a přijmout statistický předpoklad, že panna a orel padnou se stejnou pravděpodobností. Toto rozhodnutí nám zpřístupní celou škálu matematických postupů pro zpracování náhodných událostí a umožní nám zodpovědět otázky typu "Jak často lze očekávat, že padne panna dvacetkrát za sebou?" Předpoklad náhodnosti je chytrou vytáčkou. Tím, že jsme se rozhodli zanedbat příčinu a následek a celou množinu složitých jevů, které ji doprovázejí, dostáváme uchopitelný jev, o jehož chování můžeme vyslovit zajímavé a užitečné předpovědi. Většina vědců a filosofů se shodne na tom, že nic v přirozeném světě není skutečně náhodné. Pohyb molekul v plynu, postup ledovce, vznik hurikánu, zemětřesení či epidemie mají své příčiny. V některých případech je možné a užitečné tyto příčiny zkoumat. To bezesporu platí pro zemětřesení a nemoce. V jiných případech však nemůžeme nebo jsme se rozhodli, že nebudeme studovat všechno, co je k poznání. Tak například tím, že předpokládáme náhodnost v pohybu molekul plynu, můžeme odvodit stavové rovnice plynu, které jsou nenahraditelné při nesčetných technických aplikacích. Snad nejlepší pracovní definicí náhody v přirozených systémech je tato: Náhodné události jsou takové události, které nelze předvídat jinak než v rámci pravděpodobnosti. Sedmdesátiprocentní úspěšnost v předpovědi deště je příkladem takové události. Pokud použijeme u problému vymírání modelu bankrotu hráče, pracujeme se stejným druhem pravděpodobnosti. Předpokládáme, že existuje určitý, pravděpodobně velký, počet příčin, které vedou k vyhynutí druhu. Ve fosilních záznamech sledujeme průběhy vymírání, které jsou při určitém měřítku nerozeznatelné od průběhů způsobených čistě náhodnými procesy. Pro osud druhu je to konstatování typu "když tě nedostane jedna pohroma nebo kalamita, dostane tě jiná". Když se jednou rozhodneme předpokládat náhodné chování, můžeme pracovat se schématy.

28

Tento přístup umožňuje zevšeobecnění, kterého bychom jinak nedosáhli při konvenčním přístupu, který uvažuje jednotlivé případy jako jedinečné události. Hra o život V evoluční historii rodu nebo jakékoli jiné skupiny příbuzných druhů najdeme vždy nějaký prvek náhody ve zmíněném smyslu. Celý soubor fyzikálních a biologických faktorů určuje, jak dlouho bude příslušný druh rodu přežívat a zda se z něj odvětví druh nový. Vymírání druhů vyhlídky rodu zeslabuje, speciace ho chrání. Bylo už řečeno, že rody o svoji existenci nebojují, ale hrají. Rod či jakákoli jiná skupina může při troše štěstí přetrvávat po značnou dobu, podobně jako může po jistou dobu zaznamenávat výrazné úspěchy i náš hráč. Co víc, pokud takové šťastné období vyústí v množství druhů - což je srovnatelné s bankrotem kasína - sníží se nebezpečí vymření rodu v průběhu nejbližších několika milionů let. Velký počet druhů poskytuje tedy skupině dočasnou ochranu před vymřením. Dnes žije víc druhů hlodavců (asi 1700) než je druhů ve všech ostatních řádech savců. V diverzitě následují netopýři s asi 900 druhy. Téměř dvě třetiny současných savců tedy tvoří hlodavci nebo netopýři. Může v tom mít prsty pouhá štěstěna? Dochází v těchto skupinách k četným speciacím nebo se šťastně vyhli vymírání ve své rané historii? Nebo jsou prostě lepší a přežívají, resp. tvoří nové druhy z určitých biologických důvodů? Při rozhodování mezi všemi těmito alternativami vyvstává problém, že náhodné procesy mohou poskytovat širokou škálu výstupů. Konkrétní polohu na této škále nelze prakticky předpovědět. V případě hlodavců a netopýrů se ptáme: Je průběh evoluce skupiny v očekávaných mezích hry panna/orel, nebo je vysoký počet druhů mimo všechna rozumná statistická očekávání? Pokud se vymykají statistice, dělají asi něco lépe než jiní a to je zvýhodňuje. Will Cuppy se ve své knize "How to Become Extinct" domnívá, že na tyto otázky našel odpověďi. Píše tam: "I netopýři vymřou. A každý to ví, jen netopýři ne." Rozdíly mezi vymíráním a rychlostí speciace V dosavadním výkladu jsem předpokládal, že rychlost speciace a rychlost vymírání jsou stejné. Připsal jsem přesně stejnou pravděpodobnost vzniku i zániku druhů. Proč by však měl takový předpoklad vůbec platit, když víme, že vznik druhů a jejich zánik jsou naprosto rozdílné děje? Na tuto otázku existují dvě odpovědi: Za prvé, logika náhodné procházky funguje velmi dobře i s nestejnými pravděpodobnostmi. Pouze matematické vyjádření problému se mírně mění. Abychom se vrátili k analogii kasína: podnik běžně zavádí mírnou nerovnováhu v pravděpodobnosti výhry, aby tak měl zaručený zisk. Princip náhodné procházky platí i nadále, ale zákazník je mírně znevýhodněn. Můžeme tedy snadno uvažovat i evoluční procesy, ve 29

kterých se rychlosti vymírání a speciace liší. Můžeme například předpokládat, že hlodavci a netopýři prožívají období, kdy speciace je pravděpodobnější než vymírání. Musíme však mít na paměti, jak už bylo řečeno výše, že obě skupiny měly prostě víc štěstí. Jsou i hráči, kteří stále za sebou vyhrávají. Druhou odpovědí na otázku po stejných rychlostech je fakt, že celkový počet speciací v evoluci se přibližně rovná počtu vyhynulých druhů. Tento závěr vyplývá z poměru 1000:1 mezi vyhynulými a žijícími druhy, jak jsme viděli v první kapitole. Pokud v minulosti vzniklo 40 000 000 000 druhů a jestliže dnes jich žije 40 000 000 (uvědomujeme si, že přesný počet neznáme), tak se tady odehrálo 40 000 000 000 speciací a 39 960 000 000 případů vymírání druhů. Dlouhodobé průměrné hodnoty speciace a vymírání jsou tedy přibližně stejné. Nezávisle na tom, co tuto shodu způsobuje, čísla naznačují, že model panna/orel není při testování evoluce nesmyslný. Asymetrické histogramy Paleontologové provedli mnoho počítačových simulací s cílem získat představu o náhodných procházkách v rovině biodiverzity, a to při shodných i rozdílných hodnotách rychlosti speciace a rychlosti vymírání. Některé modelované skupiny expandovaly tak, že vyčerpaly veškerou počítačovou paměť, jiné vymřely poměrně rychle. Vymírání je nejčastější v případě, že výchozí skupina je malá. Podobně i hráč v kasínu pravděpodobně rychle zbankrotuje, pokud začne hru s malým výchozím kapitálem, blízko absorbující hranice. Z definice však vyplývá, že v evoluci nemůže skupina typu rodu nebo čeledi povstat jinak než z jediného druhu. Aby taková rodící se skupina přežila, zakládající druh musí dát vznik novým druhům dřív než vymře. Protože nově vznikající jednotky jsou malé, obvykle nepřežívají příliš dlouho. To vnáší do dějin života zvláštní prvek: většina skupin druhů přežívá po dobu kratší než je průměrná doba života skupin. Histogram na obr. 3.2 znázorňuje doby přežívání fosilních rodů. Je značně asymetrický, s velkým počtem krátce žijících skupini a jen malým počtem skupin dlouhověkých. Asymetrický tvar variace je typický pro všechny biologické vlastnosti, které jsou v nějakém vztahu k vymírání. Patří sem: - počet druhů v rodu - doba života druhu - počet jedinců v druhu - geografické rozšíření druhu V každé kategorii je držitelem nejvyšších hodnot jen malá skupina "hráčů". Uvedu ještě jiný příklad: Dnes žije asi 4000 druhů savců, kteří jsou řazeni do asi 1000 rodů. Asi polovina všech 30

těchto rodů obsahuje jen jediný druh a dalších patnáct procent rodů obsahuje druhy dva. Čísla plynule klesají (Obr.3.3), takže existuje jen několik rodů, které by obsahovaly víc než 25 druhů. Nejpočetnější rod savců (z řádu hmyzožravců) má asi 160 druhů. Celkový průměr sice představuje čtyři druhy na rod (4000:1000), ale vzhledem k asymetrii distribuce celé tři čtvrtiny rodů obsahují jen jeden, dva nebo tři druhy a jsou tedy pod tímto průměrem. Shrňme si několik předchozích bodů. Z důvodů podpořených teoreticky i pozorováním (některé z nich jsou založeny na modelu bankrotu hráče) můžeme provést tato zobecnění: 1) Většina druhů a rodů žije jen krátce (ve srovnání s průměrnou dobou života). 2) Většina druhů je málo početných. 3) Většina rodů obsahuje jen málo druhů. 4) Většina druhů obývá jen malý geografický areál. Asymetrická variace je v přírodě běžná. Je zvláštní, že přitom většina z nás je zvyklá předpokládat u přírodních jevů spíše zvonovitý tvar variace, tj. stejný počet prvků nad i pod průměrem - ať už mluvíme o výšce nebo hmotnosti lidí, o počasí, nebo fotbalovém skóre. To je ale daleko od pravdy. Klasickými příklady asymetrické variace jsou inkubační doba infekčních nemocí či předpokládaná délka života pacientů s nádorovým onemocněním. V obou situacích se většina případů nachází pod hodnotou průměru, protože průměr odráží úhrn mnoha krátkých časových intervalů a několika dlouhých. V těchto případech by bylo mnohem vhodnější použít místo průměru medián, tj. dobu, které se dožije polovina jedinců. Samozřejmě, že křivky zvonovitého tvaru (matematiky nazývané normální nebo Gaussovská distribuce) se také někdy v přírodě vyskytují. Jiné tvary křivek jsou však mnohem četnější. Statistikové se s problémem potýkají, protože nejlepší statistické testy jsou postaveny na předpokladu distribucí symetrických. Často se problému vyhnou tím, že výchozí data transformují, tj. změní souřadnice tak, že mohou výsledky hodnotit jakoby se jednalo o symetrickou distribuci. Běžná transformace tohoto druhu, která občas pom ůže, je převod všech dat na jejich logaritmy (nebo dokonce odmocniny). Jestliže transformovaná čísla mají symetrickou distribuci, dovoluje to analytikovi provádět testy pro symetrické rozložení. Jiné modely Řešení modelu bankrotu hráče vedl ke zobecněním, která jsou ve vztahu k problému vymírání. Mnohé jevy, zejména asymetrické distribuce, mohou však být přiblíženy i pomocí procesů, které nemají nic společného ani s hazardním hraním, ani s biologií. Předpokládejte, že máte hůl 100 cm dlouhou a zlomíte ji v 25 náhodně vybraných místech nebudete dávat přednost prostředku ani žádné jiné části. Dostanete tak 26 krátkých úlomků. 31

Změřte a spočítejte tyto úlomky a sestrojte histogram. Tvar distribuční křivky délek těchto úlomků bude velmi podobný distribuci, kterou jsem uváděl pro druhy a rody: Dostaneme vysoký počet krátkých úlomků a mnohem méně kusů delších. Výsledek počítačové simulace tohoto případu je na obr. 3.4. Velikost populace měst v USA má také tento typ rozložení a našli bychom i mnoho dalších příkladů. Takzvaný model zlámané hole je jen jedním z několika, které byly na tyto případy aplikovány a bylo učiněno mnoho pokusů zjistit, který z nich je nejvhodnější neboli který nejlépe odpovídá pozorováním. Pro účely této knihy je důležité jen konstatování, že velké množství distribucí je asymetrických. Natolik asymetrických, že se vůbec ani nepřibližují symetrické zvonovité křivce, o které jsme se všichni učili. Z tohoto líčení si odneseme poučení, že některé rostliny a živočichové budou vymírat a priori s mnohem vyšší pravděpodobností než jiné. Většina dnes žijících druhů je málo početná a žije na malé rozloze. Jsou to ty druhy, které málokdy potkáme. Početné a rozšířené druhy známe všichni, ale těch je neuvěřitelně málo. Jen proto je vůbec možné sestavovat nepříliš rozsáhlé obrazové atlasy savců a hmyzu. Je samozřejmé, že když dojde ke změně prostředí, ať už v biologickém nebo fyzikálním smyslu, nejzranitelnější jsou právě málo početné, vzácné druhy. Když tedy řekneme, že v daném období vymírání vyhynulo 40 či 80% veškeré biodiverzity, musíme také specifikovat, kterých 40 či 80% to bylo. Význam události bude silně záviset na tom, zda oběťmi byly početné kosmopolitní druhy nebo zda šlo o endemity. Poznámka o příjmeních Thomas Malthus, britský ekonom přelomu 18. a 19. století, je známý svými výroky o růstu populace a jeho dopadu na společnost. Jeho závěry, že populace vždy vzrůstá rychleji než zdroje potravy, silně ovlivnily myšlení Charlese Darwina, což se projevilo na jeho teorii přírodního výběru. Asi vás proto udiví, že nejznámější Malthusovo dílo, Essay on the Principle of the Population, může poskytnout také důležitý vhled do problému vymírání. Malá část tohoto Malthusova díla je věnována vývoji populace švýcarského Bernu. Malthus srovnával seznamy jmen prominentních rodin - míním tím rodin považovaných za příslušníky buržoazie, tedy obchodníků a řemeslníků - po dobu dvou set let mezi lety 1583 a 1783. K Malthusovu neskrývanému údivu celé tři čtvrtiny rodin přítomných na začátku období chyběly v seznamu na jeho konci (přitom počet obyvatel města byl stabilní). Všichni nositelé zmizelých příjmení buď vymřeli, nebo opustili Bern. Malthus své pozorování nijak nekomentuje a případ zůstal většinou nepovšimnutý v díle, které se spíše věnuje růstu populací než jejich vymírání. V průběhu 19. století byla zaznamenána častá vymírání jiných rodin, pro které existují dobré genealogie. Jde zejména o evropské královské rodiny a o anglickou šlechtu. Celý jev byl 32

naprosto nepochopitelný. Všichni věděli, že jde o rozvětvené rodiny, jejichž jména lze vystopovat mnoho staletí do minulosti. Statistika však byla neúprosná. Rychlé vymírání některých rodin bylo interpretováno většinou pozorovatelů jako příznak vrozené slabosti či degenerace horních vrstev. Buržoazie a královské rodiny měly být jaksi méně schopné přežívat po dlouhé období nebo splodit dostatek potomků nutných pro přežití rodiny. Tato interpretace byla založena na tichém předpokladu, že údaje týkající se rodin proletariátu budou vypadat jinak. Po léta se však nikdo neobtěžoval to ověřit. Klasické matematické dílo, které v roce 1875 publikovali Francis Galton a H.W. Watson však ukázalo, že Malthusovo pozorování bylo přesně tím, co se dalo očekávat. Tyto závěry byly potvrzeny, když byly posléze analyzovány výsledky rozsáhlého sčítání lidu. Většina příjmení v lidských komunitách má tedy překvapivě krátké trvání. Nové jméno obvykle začíná s jedním nebo velmi malým počtem jedinců a zda přetrvá po mnoho generací závisí na rozmaru náhody: na tom, kolik synů se narodí a na tom, zda přežijí dost dlouho aby splodili potomky. Velikost kterékoliv rodiny kolísá jako u náhodné procházky. Pokud celková porodnost je dostatečně vysoká a velikost populace stoupá, je náhodná procházka mírně posunuta směrem k přetrvávání jmen. Tento posun však není dostatečný k tomu, aby zabránil bankrotu hráče, zejména proto, že nové rodiny začínají s malým počtem příslušníků. Velmi velké rodiny typů Nováků a Dvořáků jsou proto spíše výjimkou. Úspěch těchto příjmení lze možná srovnat s úspěchem hlodavců a netopýrů. Nakonec ještě jedna poznámka k lidským příjmením. Jak se bude vyvíjet lidská populace v průběhu tisíců let? Vzhledem k vymírání jmen se populace bude více a více soustřeďovat do menšího a menšího počtu rodin, až nakonec (za předpokladu nekonečného času) bude celá komunita tvořena jedinou rodinou. Protože jména slouží hlavně k rozlišení nebo označení rodin, musí společnost obsahovat jakýsi optimální počet jmen. Pokud počet jmen klesá v důsledku vymírání, představuji si, že bude silný tlak s měrem ke štěpení rodin a vzniku nových rodových jmen. I to je evoluční štěpení, které však asi nemá jasnou analogii v biologickém světě. Nebo přece?

33

Kapitola 4

Hromadná vymírání Hromadná vymírání jsou dnes kasovním trhákem. Jsou miláčkem popularizujícího tisku, objevují se na obálkách magazínů, jsou námětem televizních pořadů a dokonce i rockových písní. Časopis Discover věnoval celé své říjnové číslo v r. 1989 námětu "Desetiletí vědy: Osm velkých témat osmdesátých let". Téma číslo pět se týkalo vymírání a bylo přiblíženo esejí Stephena Jay Goulda "Asteroid, kvůli kterému se umírá". I agentura Associated Press zahrnula na konci roku 1989 výzkum hromadných vymírání mezi deset největších vědeckých úspěchů posledního desetiletí. Do ankety přispívali všichni - od časopisu Economist až po National Geographic. Rozruch kolem vymírání má několik příčin. Zřejmou a nejdůležitější je polemická vědecká práce, kterou v r. 1980 publikovali L.W. Alvarez, W. Alvarez, F. Asar a H.W. Michel. V práci se tvrdí, že před 65 miliony let se se Zemí srazila obrovská kometa nebo asteroid, což způsobilo jedno z největších hromadných vymírání v dějinách života. To, že během této události vymřeli i dinosauři, zájem veřejnosti jen zvýšilo. Později, v roce 1984 jsme s Jackem Sepkoskim vyslovili domněnku, že několik posedních vln vymírání je pravidelně rozloženo v čase, s periodou 26 milionů let. Astronomové inspirovaní touto prací začali hledat příčinu vymírání v naší sluneční soustavě nebo v galaxii. Nejpozoruhodnější byla teorie, která předpokládala existenci malé doprovodní hvězdy Slunce (nazvané Nemesis). Ta měla každých 26 milionů let narušit orbity komet, což by vedlo k jejich srážkám se Zemí. Taková kombinace předpokladů vyústila jen do dalších polemik. Tento pohyb ve vědě by sám o sobě postačoval k vyvolání zájmu o hromadná vymírání. Vynořily se však i další důvody, včetně upozornění, že scénáře soudního dne jsou běžnou součástí naší kulturní tradice. Velká vymírání byla skutečně zničujícími událostmi, a pokud byla způsobena kolizemi s kometami, byla také událostmi okamžitými a dramatickými. Může k takové srážce dojít znovu? A jestliže ano, kdy? Všeobecný strach z globální války a nukleární zimy také způsobil, že mluvíme častěji o globálních katastrofách. Do této směsice nejrůznějších obav pak pravděpodobně patří i globální oteplování a skleníkový efekt. Pokud se paleontologa zeptáte, kolik bylo masových vymírání, bez zaváhání odpoví, že pět: tyto katastrofy vymezují konec geologických období ordoviku, devonu, permu, triasu a křídy. Když se dále zeptáte, co se dělo mezitím, obvykle se dovíte, že probíhalo průběžné pomalé vymírání,

34

označované jako "pozadí"; snad i došlo k několika výkyvům nad toto pozadí, ale nebyly dostatečně intenzivní k tomu, aby si zasloužily název hromadná vymírání. Obr.4.1 je pokusem o umístění vymírání různých intenzit na časovou škálu. Dlouhé šipky vyznačují pět největších katastrof, přičemž nejdelší šipkou je označena vůbec největší katastrofa na konci permu před 245 miliony let. Kratší šipky označují události menšího významu, přičemž délka šipek opět odpovídá intenzitě dané události. Takový diagram vyvolá hned několik otázek. Jak se vymírání měří? Jsou období velkého vymírání dostatečně krátká, aby si zasloužila pojmenování "událost"? Existují zásadní rozdíly nejen v intenzitě, ale i v kvalitě - mezi velkými a malými katastrofami, jak naznačuje terminologie? Než se začneme věnovat těmto otázkám, popišme si jednu velkou hromadnou katastrofu. Katastrofa na rozhraní křídy a třetihor Z pěti velkých katastrof je nejlépe doložena ta poslední, ke které došlo na konci křídy. Často se označuje jako katastrofa KT, protože je rozhraním mezi obdobím křídy (K) a třetihorami neboli tercierem (T). Protože je poslední z pěti velkých katastrof, fosilie a horniny z této doby se dochovaly nejlépe a v hojném počtu. V době křídy byly totiž kontinenty zaplaveny mělkými moři, po jejichž ústupu zůstalo na dnešní pevnině značné množství kvalitních mořských sedimentů dokumentujících celou epochu. V podstatě všechny skupiny rostlin a živočichů - na pevnině i v moři - ztratily na konci nebo těsně před koncem období křídy mnoho druhů nebo i celých rodů. Uplně vyhynulo 38% rodů mořských živočichů a ještě větší oběti byly zaznamenány mezi zvířaty suchozemskými. Jsou to vysoká čísla, uvědomíme-li si, že k vyhynutí rodu dojde jen vymizením všech jedinců ve všech jeho druzích. Suchozemské rostliny z toho, zdá se, vyvázly o něco lépe (i když vzhledem ke špatné kvalitě fosilních záznamů si tím nemůžeme být zcela jisti). V oceánech největší ztráty postihly rody a druhy mořských plazů, kostnatých ryb, hub, plžů, hlavonožců, amonitů, ostnokožců a dírkovců (prvoci se schránkami). Úplně však ebyla ušetřena žádná skupina. Je nutno zmínit zejména velké skupiny - čeledi a rody mořských živočichů, které zmizely úplně: z plazů jsou to plesiosauři, mosasauři a ichtyosauři, dále vymřeli amoniti a několik dalších, kdysi velmi úspěšných skupin. Některé z nich byly na ústupu už dlouho před koncem křídy, jiné však vymřely náhle. Na souši jsou nejznámějšími oběťmi dinosauři, velké ztráty však postihly i široké spektrum jiných plazů, savců a obojživelníků. Na západě Severní Ameriky vymřela na rozhraní KT nebo těsně předtím celá jedna třetina savčích rodů.

35

Samozřejmě, že někteřé skupiny - krokodýli, aligátoři, žáby, mloci, želvy a různě skupiny savců - katastrofu přežily i když ztratily část druhů. Je třeba hned říct, že seznamy "obětí" a "vítězů" jsou zavádějící. Konstatování, že savci přežili, zakrývá skutečnost, že utrpěli těžké ztráty. Příliš velký důraz na osudy hlavních taxonomických skupin vedl při zkoumání příčin vymírání k nadměrným zjednodušením, a tento přístup pak vedl k nesprávně kladeným otázkám typu "Co mohlo vyhubit dinosaury a neuškodilo savcům?". Co je ještě důležitější, ze seznamu nejsou patrny ještě dramatičtější účinky katastrofy: vymizení několika velmi početných druhů. Mnohé usazeniny z rozhraní KT například svědčí o náhlém posunu ve složení suchozemské vegetace, což se projevuje v úbytku pylu kvetoucích rostlin a v přírůstku spór kapraďorostů. V tomto "kapradinovém maximu" vzrostl podíl spór z 25 na 99% a to v rozmezí několika milimetrů sedimentu. Tato změna připomíná náhlé změny vegetace, ke kterým často dochází po lesním požáru, kdy se na spáleništi objeví místo bujného lesa oportunistická flóra s převládajícími kapradinami. Po přechodném maximu kapraďorostů dochází k návratu kvetoucích rostlin, přičemž chybí jen relativně málo předchozích druhů. Pokud bychom proto soudili jen v měřítku druhů a rodů, zničující ráz celé události bychom v případě rostlin zcela přehlédli. Na tom se zakládá argumentace Digby McLarrena vyzdvihující roli hromadného zabíjení jedinců při takových katastrofách (viz kap.1). Hromadně vymírali i oceánští dírkovci (Foraminifera), žijící planktonním způsobem života těsně u hladiny. Skupina těchto drobných živočichů byla tvořena jen několika druhy, žili však v tak obrovském množství, že jejich schránky často převládají v usazeninách z těch dob. Na rozhraní KT vyhynula většina dírkovců, takže v důsledku toho se sedimenty v nadloží výrazně liší barvou i vzezřením. Později během třetihor se dírkovci opět objevují s několika novými druhy. Podle všeho jsou tyto druhy odvozeny od jediného druhu, který katastrofu přežil. Protože se událost týkala jen několika druhů, planktonní dírkovci příliš ve statistice vymřelých druhů nevynikají. Co se však týče ztráty biomasy, byli velmi důležití. Naneštěstí fosilní záznam málokdy umožňuje zjistit počty vymřelých jedinců nebo změřit jejich biomasu. Právě proto spóry kapradin a planktonní dírkovci jsou cennou kvantitativní sondou do procesů vymírání v geologické minulosti. Ve většině ostatních však musíme vystačit s analýzou širokého spektra obětí a vítězů - s tím, že účty jsou vedeny většinou v pojmech druhy, rody a větší skupiny. Nebudu pokračovat výčtem dalších čtyř velkých katastrof. Seznam vítězů o obětí je dlouhý a stává se nudným, zejména když se dostáváme ke stále méně známým organismům ze vzdálenějších dob. Uvedu podrobnosti o některých z těchto událostí, ale jen když budou v 36

kontextu obecnějších úvah o vymírání. Jak uvidíme, všechny katastrofy se od sebe liší - jak průběhem, tak následky. Přesto však sdílejí některé společné charakteristiky, které mohou vést k obecným závěrům. Jak změřit vymírání Jeden ze způsobů jak změřit dopad vymírání na rozhraní KT je vypočítat procento druhů (nebo skupin druhů), které žily ještě v pozdní křídě a vyhynuly během katastrofy. Přibližná procenta jsou uvedena v tabulce 4.1. Nejnápadnější v tabulce je vzestup dopadu vymírání, postupujeme-li v seznamu od vyšších taxonů k nižším. Menší skupiny jsou podmnožinou větších: Každý kmen obsahuje jednu nebo více tříd, třída jeden nebo víc řádů atd. Následující myšlenkový pokus nám přiblíží význam uvedených čísel. Představte si svět, ve kterém každý druh má deset jedinců, každý rod obsahuje deset druhů, každá čeleď deset rodů atd., až k jedinému kmeni s deseti třídami. Máme tedy milion jedinců. Předpokládejme teď, že jedinci budou náhodně usmrcováni nezávisle na tom, k jakému druhu patří. Tento scénář dostal název Pěšák v poli: jedinci jsou vystaveni palbě a otázka života a smrti je záležitostí náhody. Představa je to odpuzující, ale pro naše účely užitečná. Jaká budou procenta vymírání pro jednotlivé taxonomické skupiny, jestliže během našeho myšlenkového experimentu zahyne 75% všech jedinců? Začneme-li od nejvyššího patra, pro kmeny musí být procento vymírání nula, protože máme jen jediný kmen, jakkoli ochuzený o tři čtvrtiny svých příslušníků. Každá z deseti tříd má 100 000 jedinců. Existuje třída, která ztratí všechny své jedince, je-li intenzita vymírání 75%? Pravděpodobnost takové události je prakticky nulová. Je proto překvapující, že přesto na hranici KT vymizelo jedno procento všech tříd (jedna z 82). Čím níže budeme v taxonomické hierarchii klesat, vymírání skupin vlivem náhody se stane víc a víc pravděpodobným. Na samém dně tabulky je pravděpodobnost, že všech deset jedinců ("pěšáků") u kteréhokoliv druhu bude usmrceno, asi 1:20 (přesněji 0.056 tj. 5.6%). Pokud je tedy vymírání charakteru náhodného zabíjení jednotlivců v palbě bojiště, vyhlazení celých tří čtvrtin všech jedinců vede k vymření jen pouhých pěti procent všech druhů! Hlavním výsledkem tohoto myšlenkového experimentu je poznání, že při náhodném zabíjení jedinců se procento vymírání týká zejména nižších stupňů taxonomického žebříčku. Pokud nemají být vyhubeny všechny organismy, vymírání bude nulové na vysokých úrovních. Musím hned zdůraznit skutečnost, kterou čtenář už určitě zaregistroval: čísla, která jsem použil v našem myšlenkovém pokuse, neodpovídají realitě. Jak bylo zdůrazněno v předchozí kapitole, velikostní rozložení skupin je v přírodě vždy asymetrické a převládají malé skupiny. Scénář Pěšáka v poli se však dá použít i s čísly odpovídajícími více realitě. Matematické výpočty se tím sice stanou 37

poněkud složitějšími, ale vztahy mezi vymíráním skupin zůstanou vpodstatě stejné. Na obr. 4.2 je znázorněn graf získaný technikou tzv. zpětné rarefakce. Tato metoda je založena na předpokladu, že ne jedinci, ale celé druhy vymírají náhodně. Vstupní data pro analýzu představují skutečné počty druhů, rodů a čeledí. Graf na Obr.4.2 opět potvrzuje trend zvýšeného vymírání s klesající taxonomickou úrovní. Výsledky těchto výpočtů se pohybují jen v rozmezí 65-70% hodnot, které se odhadují pro počty vymřelých druhů na rozhraní KT. Nesrovnalost je však způsobena skutečností, že fosilní záznamy druhů jsou značně neúplné a tedy nedostupné pro přímé počítání. Proto odhad vymřelých druhů nemusí být přesný - je založen na intenzitě vymírání ve skupinách vyšších a předpokladá se mechanismus náhodného vyhubení druhu (scénář Pěšáka v poli). Mnozí čtenáři vědí, že ve velké katastrofě na konci permu bylo vyhubeno 96% všech druhů. K tomuto číslu se došlo právě metodou reverzní rarefakce, znázorněné na obr. 4.2. Uvedený odhad je pravděpodobně přehnaný, protože vymírání druhů není zcela náhodné. Pokud se vymírání zaměří na určité rody a čeledi, i vymírání druhů bude soustředěno v těchto skupinách. Pokud se reverzní rarefakce použije na odhad vymírání druhů na podkladě vymírání rodů a čeledí, jakákoli odchylka od náhodného vymírání (t.j. Pěšáka v poli) nadhodnotí počet vymřelých druhů. Cítím se nesvůj, když vidím v jaké šíři se používá odhad 96% pro permskou katastrofu, protože za toto číslo jsem sám zodpovědný: Použil jsem ho v roce 1979 v článku popisujícím metodu reverzní rarefakce. Můj článek obsahoval spoustu pochybností o základním předpokladu náhodnosti zabíjení. I když v něm konstatuji, že oněch 96% je na horní hranici odhadu, ti, co se ohánějí tímto číslem velmi často opomínají sdělit i mé výhrady. Popravdě řečeno, ani já sám jsem asi nevyvinul dostatečné úsilí, abych tyto pochybnosti zdůraznil. Klíčovou otázkou v souvislosti s vymíráním nadále zůstává jeho výběrovost; tento problém bude probrán v dalších kapitolách. Poznámka k zabíjení Dovolím si malé odbočení bych komentoval model Pěšáka v poli a všechny ty řeči o zabíjení. Převaha smrti a zabíjení v tomto líčení je vskutku mírně morbidní. Vyplývá však z mého úsilí zmíněného už v první kapitole nahlížet na vymírání jako na proces aktivnější než za jaký byl považován doposud. Byly navrženy i klidnější modely vymírání. Jsou založeny na myšlence, že k vymírání dochází proto, že rozmnožování nedrží krok s úmrtností. Tento model je esteticky uspokojiější, protože vpodstatě žádný jedinec není usmrcen - k vymírání dochází prostě proto, že se rodí nedostatečný počet jedinců. Nikomu není ublíženo. I když je takový scénář jistě možný, tvrdím, že jeho hlavní

38

přednost je estetická - běžné úskalí, na které se často naráží při formulaci nových vědeckých teorií. Několik paleontologů nedávno prohlásilo, že hromadné vymírání vlastně neexistuje - jde vpodstatě o pasivní výsledek znatelného poklesu vznikání nových druhů (speciace). Byla shromážděna rozsáhlá, i když nikterak přesvědčivá dokumentace na podporu této teorie. Já však nadále chovám podezření, že motivací těchto vědců je - možná podvědomé - přání vyhnout se jakémukoli zabíjení. Trvání masových vymírání Trvalo vymírání na rozhraní KT několik milionů let, nebo se odbylo v několika minutách? Je to donekonečna opakovaná a důležitá otázka. Nejpoctivější odpovědí na ni je, že nevíme. Mnoho publikovaných časových škál znázorňujících trvání fosilních linií zanechává dojem, že katastrofa byla náhlá, protože čáry popisující vyhynulé skupiny končí náhle právě na hranici KT. (Viz např. náhlé přerušení linie dinosaurů na Obr.1.1). Tyto diagramy jsou však značně zjednodušené. U většiny linií čára dotažená až k hranici KT znamená pouze tolik, že příslušníci této linie byli nalezeni někde v posledním rozeznatelném časovém období křídy - obvykle je to maestrichtské období, které trvalo 9 milionů let. Uvedené skupiny tak mohly vymřít kdykoliv během tohoto období. Pokud však bylo vymírání u hranice KT opravdu roztaženo na tak dlouhé období, sotva ho můžeme nazvat "událostí". Z jediného bloku horniny obsahujícího hranici KT mohou paleontologové centimetr po centimetru vypreparovat fosilie a tak přesně určit, jak blízko k rozhraní daný druh vymizel. Pokud by tak učinili na mnoha místech světa, měli by být schopni rozhodnout, jak dlouho samotné hromadné vymírání trvalo. Bohužel tomuto úsilí stojí v cestě vážné praktické překážky. Geologické datování je často natolik nepřesné, že nelze s jistotou říct, zda horniny z různých lokalit jsou stejného věku. I kdyby bylo možné na každé lokalitě identifikovat hranici KT - což se ne vždy daří - samotná hranice by nemusela na všech místech odpovídat stejné době. Předpokládejme, že na jedné z lokalit byly horniny, uložené během posledních dvou nebo tří milionů let období křídy, odstraněny erozí probíhající těsně před začátkem třetihor. Hranice KT definovaná jako svrchní povrch nejmladších křídových hornin by se tak jevila o několik milionů let starší než je skutečná doba přechodu KT. Celý problém přibližuje Obr.4.3. Sloupec horniny vlevo představuje kompletní chronologii, přičemž střídající se černé a bílé pruhy mají znázorňovat posloupnost různých druhů horniny. Skutečná hranice KT před 65 miliony let je vyznačená šipkou. Sloupec vpravo ukazuje, jak by mohla tatáž posloupnost vypadat, pokud by v době bezprostředně předcházející hranici KT došlo k erozi sedimentů. Zvlněná čára znázorňuje zvětralý povrch křídových hornin s následujícími 39

uloženinami třetihorními. Povšimněte si, že černá vrstva, která se v levém sloupci vyskytuje mezi 65. a 66. milionem let byla z levého sloupce erozí úplně odstraněna! Po obnovení sedimentace se třetihorní usazeniny začaly ukládat na erodovaný povrch. Výsledkem celého procesu je, že hranice mezi nejmladšími křídovými horninami a nejstaršími horninami třetihorními je kontaktem mezi horninami různého věku. Jinými slovy, horniny vytvořené dlouho po skončení křídové doby následují po horninách vytvořených dlouho před jejím koncem. Erodovaný sloupec tedy obsahuje hranici KT, ale jeho datování je zkresleno zvětráváním a hranice je nepravá. Vzhledem k mezerám v záznamu způsobených erozí i jinými příčinami je neobyčejně obtížné shromaždit dostatečné množství dat natolik kvalitních, abychom byli schopni říci víc než jen konstatovat, že k vymírání došlo někdy těsně před koncem období křídy. Zvláštní vlastností některých hromadných vymírání je, že se vyskytují právě v takových geologických obdobích, kdy vrstvy zrovna mají neobvykle rozsáhlé mezery. Zpravidla to platí i pro katastrofu v období KT a ještě víc pro hromadné vymírání na konci permu. Ve většině lokalit úplně schází velké úseky posledních permských hornin, přičemž mezera často představuje 3 miliony let nebo ještě víc. Pouze v Číně se našla permská sekvence, která vypadá dostatečně ucelená. (Je to zvláštní, ale v Číně se nachází významná část zajímavých světových geologických záznamů.) Velkých katastrof není mnoho a to, že některé z nich jsou spojeny s velkými mezerami v záznamu, nemusí nic znamenat. Pokud by však spojitost přece jen existovala, mohlo by to něco napovědět o příčinách vymírání. Většina mezer v záznamech byla způsobena vysycháním vnitrozemských moří, existuje proto např. i teorie, že vymírání mohla být způsobena snížením hladiny oceánů. V další kapitole se touto možností budeme zabývat. I když máme k dispozici zachovalé posloupnosti hornin, je často značně obtížné rozhodnout, jak dlouho katastrofa trvala. Pokud se fosilie uchovávají jen sporadicky - což je častý případ poslední výskyt určitého druhu fosilie nemusí být záznamem doby, kdy daný druh vyhynul. Nejmladší nález ve skutečnosti vypovídá jen o tom, že příslušný druh v dané době ještě vždy žil. Dovolte mi uvést jeden příklad: Před několika lety jsem se zúčastnil konference na pobřeží Biskajského zálivu. Součástí programu byly i exkurze do nádherných vrstev období křídy a třetihor ve španělské Zumayi a blízkém francouzském Biarritzu. V těchto místech sbírala po mnoho let fosilie jedna německá skupina a nezávisle na ní Američané. Otázkou, kterou chtěli zodpovědět bylo, zda amoniti - důležité oběti vymírání na konci křídy - vyhynuli v době hranice KT nebo už mnohem dříve. Blízko hranice KT byl nalezen všehovšudy jediný amonit, všichni ostatní leželi ve vrstvách minimálně o deset metrů níže. Jediný nalezený exemplář byl kromě 40

toho v dosti špatném stavu a někteří výzkumníci se proto domnívali, že se jedná o starší fosilii uloženou někdy dávno během křídy, posléze uvolněnou erozí (jako oblázek) a znovu uloženou v mladších vrstvách. Dalo se tedy tvrdit, že amoniti byli mrtví dlouho před koncem křídy. Vedoucí exkurze, jeden z německých paleontologů, nabídl lahev nejlepší španělské brandy jako odměnu komukoliv, kdo najde amonita ve vrstvách vzdálených od hranice KT méně než 10 metrů. Mimochodem, hranice sama je jasná a ostrá, na biskajských útesech se dá rozeznat jako náhlá změna v barvě a struktuře horniny. Hned zrána kdosi z naší skupiny vskutku našel nádherně zachovalého amonita uvnitř desetimetrové hranice. Mnoho párů trénovaných očí (patřičně motivovaných) našlo za pár hodin to, co se nedařilo za celá léta usilovné sběratelské činnosti. Z tohoto i z jiných nálezů na Biskajském pobřeží je dnes jasné, že několik druhů amonitů lze nalézt až těsně pod rozhraním KT. Je však jen málo geologických období, které byly tak intenzivně studovány. Mnozí paleontologové mají velmi vyhraněné názory na trvání hromadných vymírání. Schopní a ctihodní vědci studují stejná data a docházejí k protichůdným závěrům. Já sám se domnívám, že ve většině případů je nejlepším vysvětlením náhlá smrtící událost. I já však mohu být obětí podvědomých předsudků. Mnoho záleží na tom, která strana snáší břemeno důkazů; pozorování se dá zpracovat tak, aby zapadlo do kteréhokoli z obou rámců. V každém případě budu nadále mluvit o hromadných vymíráních jako o "událostech". Beru přitom v úvahu, co slovo událost naznačuje: k vymíráním došlo náhle a trvaly jen krátkou dobu. Lišila se hromadná vymírání od pozadí? Obvykle jsou dějiny života nahlíženy jako poměrně ustálený tok změn, tu a tam přerušený rychlejším průběhem. Hromadná vymírání zdánlivě stojí mimo normálního průběhu evoluce. Je však toto rozlišování oprávněné? Analogií problému v rámci našich běžných zkušeností je hurikán. Je určitě jevem, který se vymyká normálnímu průběhu počasí. Lidé žijící na karibských ostrovech nebo v Japonsku jsou proto schopni vyjmenovat posloupnost nedávných hurikánů. Jsou však hurikány vskutku odlišitelné od jiných silných vichřic? Hurikán je oficiálně definován jako tropický cyklón s výrazným rotačním pohybem a neustálým povrchovým prouděním vzduchu o rychlosti nad 64 uzlů (asi 120 km/h). Pokud je rychlost větru nižší (34-63 uzlů), nazývá se událost tropickou bouří, a tak můžeme pokračovat dále, přes sérii mírnějších tropických cyklónů: tropické deprese s větry slabšími než 33 uzlů až k tropickým poruchám, kde větry nejsou nijak silné, ale stále se udržuje organizovaná cyklonní struktura. Rozškatulkováním jsme vytvořili zdání diskontinuity tam, kde žádná není.

41

Na Obr.4.4 je histogram znázorňující intenzitu vymírání za posledních 600 milionů let. Graf byl sestrojen z tabulky, která vyčíslovala procenta rodů mořských fosilních živočichů, které vyhynuly v jednotlivých definovaných obdobích. Histogram je na první pohled asymetrický, přičemž vymírání nízkých rozsahů jsou nejběžnější. Část vybíhající doprava obsahuje velká masová vymírání. Histogram jasně ukazuje, že hromadná vymírání jsou pouze jedním koncem jinak velmi hladkého rozloženi. Pět velkých katastrof zdánlivě vystupuje z řady jako zvláštní případy, protože vymírání tohoto rozsahu jsou vzácná. Na jejich vzácnosti však není nic záhadného. Mnoho přírodních jevů - silné vichřice, zemětřesení, sopečné výbuchy, sucha - jsou v čase rozloženy podobným způsobem. Události menšího rozsahu jsou běžné a velkého rozsahu vzácné. U událostí velkého rozsahu budeme očekávat pár příkladů a ty budeme považovat za zvláštní. Domnívám se, že právě z těchto příčin jsou hromadná vymírání vnímána jak o něco zvláštního. S podobnými problémy se potýkáme také v jiných oblastech lidské činnosti. Zatím nejlepší způsob řešení si vypracovali vodohospodáři a hydrologové, kteří musí čelit povodním. Nejdříve jsou soustředěny všechny dostupné záznamy o průtoku dané řeky. Potom se tyto záznamy seřadí tak, že jejich intenzita je vyjádřena jako hladina povodně za dané průměrné časové období. Tak desetiletá voda je povodeň, ke které dojde v průměru každých 10 let, stoletá voda se vyskytne jednou za 100 let atd. Tento časový interval je "čekací dobou", po jejíž uplynutí můžeme s velkou pravděpodobností očekávat opět povodeň definované intenzity. Tento systém je funkční pro všechny jevy, pro které platí, že čím mají vyšší intenzitu, tím se stávají vzácnějšími. A právě takovými jevy jsou i vymírání. Hydrologové používají techniku zvanou statistika extrémních hodnot a s její pomocí jsou schopni vypracovat kvalifikované odhady čekacích dob, a to dokonce i mimo rámec dostupných historických záznamů. Jsou tak schopni vypočítat hladinu tisícileté vody i když mají k dispozici jen sto let záznamů. Odhady jsou pochopitelně nepřesné, ale pokus je přesto důležitý, když uvážíme, že i nepřesná předpověď je lepší než nic. Ve výzkumu vymírání existují dobré záznamy pro posledních 600 milionů let a tak jsme schopni spolehlivě definovat maximální hodnoty vymírání pro intervaly (čekací doby) o délce do 10-30 milionů let. Katastrofa KT je událostí, která se podle všeho opakuje jednou za 100 milionů let. Katastrofa na konci permu byla jedinečná za celé zkoumané období a může reprezentovat událost s čekací dobou 600 milionů stejně jako miliardu let. Pochopitelně se může jednat i o událost, která se obvykle opakuje každých 200 milionů let a my jsme měli to štěstí, že k ní po sledovanou dobu došlo jen jednou. Pokud se čekací doby blíží celému sledovanému intervalu, odhady se pochopitelně stanou nepřesnými. 42

Jednou jsem metodou statistiky extrémních hodnot testoval otázku "Jak často lze očekávat vyhynutí všech živých bytostí na Zemi?" Příliš velkou důvěru k výsledkům nemám, ale jsou alespoň uklidňující: ke katastrofám postačujícím k likvidaci veškerého života dochází v intervalech větších než 2 miliardy let. Křivka záhuby Křivka záhuby (orig. killing curve, pozn.překl.) na obr. 4.5 (z názvu si můžete domyslet, že je to můj vlastní vynález) popisuje průměrné hodnoty likvidace druhů pro různě dlouhé čekací doby. Křivka byla sestrojena pro úroveň druhů a interpoluje hodnoty dvaceti tisíc záznamů o vymírání rodů. Události, které nazýváme hromadným vymíráním, jsou v pravé části křivky, zatímco to, co nazýváme pozadím je blízko levého dolního rohu grafu. Křivka nevykazuje žádný náznak zlomu, který by opravňoval prohlásit hromadná vymírání za něco zásadně odlišného od vymírání nižší intenzity. Pokud taková diskontinuita existuje - a docela dobře existovat může, nezanechala stopu ve fosilních záznamech. Povšimněte si, že hodnota vymírání pro čekací doby do 100 000 let je zanedbatelná. Znamená to, že v intervalu stotisíce let nemůžeme očekávat téměř žádné vymírání, podobně jako typický týden našeho života nepřináší silné vichřice nebo zemětřesení. Křivka záhuby pochopitelně nepředpovídá, kdy ke katastrofě dojde. Vyjádřuje pouze pravděpodobnost výskytu takové události ve zvoleném časovém intervalu. Nejdůležitější informací získanou z křivky záhuby je skutečnost, že po většinu doby své existence jsou druhy vystaveny jen nepatrnému riziku záhuby (spodní část křivky). Tato období relativního bezpečí jsou přerušována vzácnými případy, kdy nebezpečí vymření je nesrovnatelně vyšší. Dlouhá období nudy příležitostně přerušená panikou... Aby bylo jakékoli vysvětlení příčin vymírání věrohodné, musí vyhovovat popsanému průběhu evoluce. V této kapitole jsem se dotkl několika kritických bodů ve složité problematice definice a popisu hromadných vymírání. K hromadným vymíráním během evoluce života bezpochyby došlo, i když je obtížné je měřit a v našich vědomostech jsou mezery. Mezery například toho typu, že nevíme, zda katastrofa měla krátké trvání nebo dlouhé. Zdá se, že rozsahy katastrof jsou plynule odstupňovány od hromadných vymírání přes méně drastické události až k hodnotám pozadí. Hromadné vymírání tedy můžeme d efinovat jen dohodou, například tak, že za hromadné vymírání budeme považovat událost, ve které zahyne 65% druhů nebo událost s definovanou čekací dobou, třeba 100 milionů let. I když přijmeme skutečnost, že hromadná vymírání lze definovat pouze dohodou, přesto mohou existovat velmi důležité diskontinuity co se týče biologických následků vymírání. Nad určitou intenzitu vymírání se může zhroutit struktura ekosystému, což může vyvolat dalekosáhlé 43

evoluční odpovědi, které se u vymírání nižší intenzity neprojeví. V tomto směru lze navrhnout zajímavé modely, i když se současným stavem znalostí by byly uhajitelné jen s obtížemi. Vrátím se k tomuto tématu v jedné z dalších kapitol.

44

Kapitola 5

Výběrovost vymírání Hlavním problémem našeho pátrání po příčinách vymírání je otázka, zda vymírání je výběrové. Jsou oběti vybírány z celkové biodiversity náhodně - tj. na jejich kvalitách nezáleží - nebo jsou určité organismy v určitých prostředích vystaveny většímu riziku? Mohou existovat druhy, které jsou vůči vymírání imunní, a jestliže ano, co je podstatou této imunity? Model Pěšáka v poli z kapitoly 4 předpokládá úplnou náhodnost procesů. Kdybychom věděli, nakolik se tento model přibližuje skutečnosti, znali bychom také mnohem víc o vymírání a jeho příčinách. Výběrovost vymírání má také velmi úzký vztah k evoluci: čím menší roli bude hrát náhoda, tím větší vliv, ať už dobrý nebo špatný, bude mít na průběh evoluce. Blesková válka ledových dob Španělé přinesli v 16. století do Nového světa koně a podle legendy tato zvířata způsobila mezi tamními obyvateli úžas. Ve skutečnosti však koně nejsou v Severní Americe nic nového: Žili zde po dlouhou dobu a byli vyhubeni teprve několik tisíciletí před příchodem Španělů. Z fosilních záznamů víme, že Severní i jižní Amerika měly plně vyvinutou faunu velkých savců včetně koní a že tato fauna přežívala po většinu pleistocénních zalednění. Koně zde žili spolu s mamuty, mastodonty, šavlozubými tygry a obrovskými lenochody. Naše zoologické zahrady by vypadaly vskutku exoticky, kdyby všechna tato zvířata žila do dnešních dnů; nejlepší představu o tom můžeme získat z koster vystavených v muzeích, zejména v Pageově muzeu, které stojí u známých asfaltových jam La Brea u Los Angeles. Vymírání savců v pleistocenu je dobrým příkladem výběrovosti. Díky tomu, že proběhlo v nedávné době, můžeme použít přesné datování pomocí radiouhlíku. Naše chronologie tohoto období je proto mnohem přesnější než pro události staršího data. Jeho průběh v čase i prostoru je neobyčejně zajímavý. Oba americké kontinenty spolu s Austrálií a Madagaskarem byly zasaženy nejvíc. Vymírání také nebylo synchronní. Velcí vačnatci vymizeli v Austrálii několik tisíc let před zvířaty obou Amerik, a obrovský lemur na Madagaskaru vyhynul opět v jiné době. Mamuti vyhynuli v Číně před 18 000 lety, v Británii před 14 000, ve Švédsku před 13 000 a na Sibiři ještě později, před méně než 12 000 lety. Mnoho druhů vyhynulo úplně, (např. šavlozubý tygr), zatímco jiné druhy to postihlo jen na některých kontinentech, zatímco jinde přežily bez větší úhony (koně a velbloudi). Z radiouhlíkového datování víme, že v Severní Americe došlo k pleistocennímu vymírání v úzkém rozmezí dvou set let, před 10 800 až 11 000 lety. Dochází k němu těsně poté, co je 45

doloženo první lidské osídlení Severní Ameriky (kultura Clovis), a z některých nalezišť se dovídáme, že tito lidé lovili velké mamuty. Na základě těchto nálezů byla vyslovena tzv. teorie bleskové války, která vysvětlovala vymírání jako důsledek lovecké aktivity lidí. V tomto modelu se geografické rozdíly a asynchronnost vymírání interpretují jako důsledek rozložení lidského osídlení. V oblasti dlouhodobého lidského osídlení (např. v Asii a Africe) docházelo k vymírání v menší míře než v oblastech osídlených pozdě a náhle jako v Severní Americe. Teorie bleskové války obsahuje spoustu nesrovnalostí a její zastánci i odpůrci toho už hodně popsali. Nejvýznačnějším zastáncem této teorie je pečlivý analytik Paul Martin z Arizonské univerzity. Martin publikoval velké množství prací na toto téma; nikdy v nich neopomene uvést i názory svých odpůrců. I když mnozí (ne však Paul Martin) považují pleistocénní vymírání savců za hromadné vymírání, neměla tako událost ani zdaleka charakter podobné pohromy. Ztráty se omezily na savce, některé velké nelétavé ptáky a několik málo dalších skupin. Nic zvláštního se nestalo mořským živočichům. Jen největší šovinisté z řádu savců - míním tím nás - mohou tuto událost považovat co jen za vzdáleně podobnou katastrofě na rozhraní KT nebo některé z dalších čtyř velkých katastrof. Přitom samozřejmě netvrdím, že náhlé vymizení největších býložravců i šelem z obrovských rozloh kontinentů nemělo zásadní dopad na některé suchozemské ekosystémy. Výběrovost bleskové války Vymírání během ledové doby bylo selektivní v tom smyslu, že postihlo savce mnohem víc než jiné organismy a také proto, že postihlo velké savce mnohem víc než malé. Hranici mezi velkými a malými savci byla dohodou stanovena jako 44 kg hmotnosti dospělého tvora. Výběrovost vymírání podle velikosti lze pozorovat jak mezi rody, tak mezi druhy. Příkladem může být tabulka 5.1, která uvádí hodnoty vymírání u savců Severní Ameriky. Vyšší zastoupení velkých zvířat je skutečně zarážející; navíc velikost souborů je postačující i pro jejich statistické vyhodnocení. Takové hodnocení ukazuje, že převládající vymírání velkých savců není způsobeno náhodou (smůlou). Zdá se, že kvůli své velikosti byli suchozemští savci vystaveni mnohem vyššímu riziku vymírání. Jaku už jsem vzpomenul, příčinu vidí Paul Martin a jeho přívrženci v lidech a jimi prováděném nezřízeném lovu. Pokud by Martinova teorie platila, pak pleistocenní vymírání s lidskou účastí nám příliš nepomůže při analýze obecných problémů vymírání. Zesnulý Robert MacArthur, vynikající geografický ekolog v Princetonu, kdysi napsal, že člověk je jediným druhem s dostatečnou inteligencí a s dostatečně vysokou hustotou osídlení, aby způsobil čistě predačním tlakem úplné vyhubení jiného druhu, a to dokonce i když je tento druh geograficky značně rozšířený.

46

Mnoho paleontologů teorii bleskové války přijalo. Kritikové obvykle namítají ze dvou pozic. Zaprvé, zpochybňují geologické datování. Radiouhlíkové datování podobně jako každé datování založené na radioizotopech je zatíženo chybou a rozdílnými interpretacemi, a tak bývá častým předmětem sporů. Většina Martinových předpokladů proto stojí a padá na přesném datování příchodu člověka do Severní Ameriky. Druhou námitkou proti bleskové válce je názor, že mnohem pravděpodobnější příčinou vymírání než příchod člověka je náhlá klimatická změna. Rychlé tání ledovcových štítů způsobilo vzestup hladiny moří a vysychání glaciálních jezer. Následující rozvrat ekologických podmínek mohl být příliš velkou zátěží pro velké savce. Tato argumentace byla použita i k vysvětlení nesporné časové koincidence mezi vymíráním a příchodem člověka do Severní Ameriky. Imigrace člověka na kontinent byla možná jen díky zlepšeným klimaickým podmínkám. Klimatický model mi mi vždy připadal tak trochu ad hoc a jistě ne tak jasný a jednoduchý jako teorie vyhubení lovem. Blesková válka však byla také kritizována právě proto, že je příliš jednoduchá. Podle mých zkušeností se lidé dělí na dva tábory: Jedni mají za to, že vědecké problémy mají málokdy jednoduché odpovědi, druzí prohlašují, že v případě možnosti výběru je nejpravděpodobnější jednoduché vysvětlení. Oba postoje jsou více rétorické než analytické a neměly by se užívat jako argumenty pro nebo proti jakékoli teorii. Velikost těla a katastrofa KT Když jsem připravoval tuto kapitolu, prošel jsem nejnovější literaturu s cílem najít údaje o tom, zda velikost těla byla kritickým faktorem i při vymírání na konci křídy. Běžně se přijímá názor, že velká zvířata byla v nevýhodě, ale potřeboval jsem podrobnosti. V článku, který je obecným přehledem o roli velikosti organismů v evoluci (publikován v r. 1986 Michaelem La Barberou) jsem našel tento citát: "Pokud velká zvířata mají tendenci stát se stenotypickými (tj. omezenými na úzký výběr prostředí), pak lze v dobách masového vymírání očekávat rozdílné přežívání skupin s velkou a malou tělesnou hmotností. Zdá se, že tomu tak je i v případě vymírání na konci křídy, které postihlo prakticky všechny velké obratlovce" (zvýraznil DMR). V přehledném článku o vymírání na hranici KT, který napsal v roce 1986 William Clemens, paleontolog z Berkeley a specialista na suchozemské obratlovce, najdeme však toto konstatování: "Jestliže uvažujeme průměrnou velikost těla v dospělosti, žádný interval velikosti těla není sdílený těmi skupinami, které přežily nebo těmi, které vymřely na konci křídy" (zvýraznil DMR). 47

Oba citáty jsou ilustrací problémů, se kterými se potýkáme při vyhodnocování výběrovosti vymírání. Oba výroky jsou pravdivé. Ve prospěch La Barbery svědčí skutečnost, že největší obratlovci pozdní křídy - míníme tím velké plazy - vyhynuli. To ho zcela oprávněně vedlo k názoru, že velikost těla mohla být kritickou veličinou. Bill Clemens naproti tomu oddělil velká a malá zvířata hranicí 25 kg - analogickou 44-kilogramové hranici používané pro pleistocén. Na základě tohoto dělení zjistil, že všechny taxonomické skupiny, které přežily katastrofu KT, obsahovaly alespoň několik druhů, jejichž hmotnost přesahovala stanovenou mez. Patří sem velký počet obrovských krokodýlů a želv, které přežily bez zjevných potíží. Platí oba názory? Vše záleží na úhlu pohledu výzkumníka. Mají se používat průměrné, nebo maximální velikosti? Lze vést kvalitní při ve prospěch obou přístupů k roli tělní hmotnosti. Když už o tom mluvíme, je tělesná hmotnost nejlepším měřítkem velikosti? Často se místo toho užívá délka nebo výška těla. Clemens také zdůrazňuje, že je důležité rozhodnout, zda hmotnost při narození nemá větší význam než hmostnost v dospělosti. I poté, co učiníme rozhodnutí mezi těmito otázkami a provedeme obrovské množství příslušných měření, volba způsobu, jakým se data tato budou analyzovat, závisí hodně na přístupu k problému. Vzhledem k tomu, že existuje velmi mnoho možností jak volit strategii výzkumu, problém musí být velmi ostře definován, mají-li všechny možné strategie přinést stejné odpovědi. Spot kolem velikosti těla v době katastrofy KT je snad dostatečnou ilustrací, jak různé přístupy mohou a také přinášejí naprosto odlišné odpovědi. Jiné příklady závislosti vymírání na velikosti Uvádějí se i jiné případy zřejmého vlivu na citlivost k vymření. Skupina amonitů zahrnovala některé z největších bezobratlých všech dob. Průměr některých se dal měřit na metry. Na konci křídy vymřeli všichni amoniti, ony největší druhy však už v té době nežily. Podobným příkladem jsou vyhynulí paleozoičtí členovci zvaní eurypteridi. Tyto zvláštní bytosti, které se vzhledem podobaly obrovským krabům, také patřily mezi největší bezobratlé živočichy všech dob, nemáme však žádný důvod se domnívat, že vymřeli právě kvůli svým velkým rozměrům. Navíc, opět jako v případě amonitů, největší druhy už na konci své doby nežily. Pokud bychom měli to štěstí a neoddiskutovatelně prokázali, že velké rozměry těla skutečně souvisí s vymíráním, teorie, která by to vysvětlila, je po ruce. Jak ukázal Mike LaBarbera a jiní, zvětšená velikost těla má vliv na fyziologii. Mění se síla svalů, pevnost kostí a šlach a intenzita metabolismu (ten se obvykle snižuje se zvyšující se velikostí těla). K velikosti těla se také váží početné ekologické a demografické faktory. Populace velkých zvířat jsou menší a jsou více rozptýlené. Navíc velké druhy investují do svého rozmnožování relativně méně energie. Když to

48

všechno shrneme, je až s podivem, že korelace mezi vymíráním a velikostí těla není mnohem průkaznější. Jiné příklady výběrovosti Velikost není jedinou vlastností, která indikuje náchylnost k vymírání. Všeobecně se například uznává, že tropické organismy vymírají s vyšší pravděpodobností než jejich příbuzní z chladnějšího klimatu. Planktonní organismy jsou vystaveny vyššímu riziku než obyvatelé dna a společenstva útesů jsou zranitelnější než společenstva mimo útes. Mám pocit, že všechny tyto pravdy nestojí za nic. Je to smutné, ale je téměř nemožné je testovat. Pokusím se to vysvětlit: Předpokládejme, že studujeme jednu dobu vymírání a máme seznam obětí i těch, co přežili. Takové seznamy bývají poměrně krátké, zvláště pracujeme-li na vyšších taxonomických úrovních (řád, třída, čeleď). Kromě toho nejlepší práce pocházejí z pera specialistů - znalců jediné skupiny organismů, což omezuje náš seznam ještě víc. Malá čísla jsou pro statistikcké vyhodnocování zrádná. Na našem seznamu teď musíme hledat společné jmenovatele: vlastnosti sdílené většinou obětí, ale nikoli přeživajícími druhy a naopak. To je jednoduché, a viděli jsme výsledky takového dělení v případě tělní velikosti u savců. Problém je však v tom, že organismy mají prakticky nekonečný počet vlastností, které mohly být důležité: anatomie, chování, fyziologie, geografické rozšíření, ekologie a dokonce genealogie. Můžeme srovnávat oba seznamy podle tolika vlastností, na kolik stačíme. Pokud naše seznamy nejsou příliš dlouhé, nemůžeme se vyhnout situaci, že nakonec najdeme jednu nebo více vlastností rozloženou nerovnoměrně mezi mezi poloviny seznamu obětí a vítězů. Pokud najdeme za použití tohoto postupu zajímavé korelace, můžeme použít standardní statistické testy k vyhodnocení možnosti, že korelace je náhodná. Každý z těchto testů klade tím či oným způsobem stejnou otázku: Jaká je pravděpodobnost, že náhodná distribuce příslušného znaku mezi druhy poskytne tak dobrou korelaci, jakou pozorujeme v našem souboru. Pokud je tato pravděpodobnost velmi nízká, řekněme 5% nebo méně, můžeme s klidným svědomím hypotézu náhodného rozvržení zamítnout a konstatovat, že pozorovaná korelace má charakter příčiny a následku. Uvažování má jednu osudovou chybu: v testování není zahrnuta skutečnost, že jsme testovali mnoho znaků než jsme narazili na ten slibný. Připomeňme si, že v průměru jedno z dvaceti naprosto náhodných rozložení projde naším testem pokud jsme se rozhodli akceptovat tuto (pětiprocentní) hladinu pravděpodobnosti (což je ve vědeckém výzkumu běžné). Protože je prakticky nemožné testovat všechny zkoumané znaky - vždyť mnohé byly zavrženy na první pohled - nemůžeme vyhodnotit výsledky testu pro vůbec žádný vybraný znak. 49

Problém se neomezuje na paleontologii či vědu vůbec. Pokud se zdráháte přijmout moje důvody, pokuste se o něco sami. Vemte třeba výsledky fotbalové ligy nebo výsledky voleb, nebo cokoliv, co poskytuje seznam výtězů a poražených. Stačí 50-100 položek. Potom srovnejte oba seznamy a snažte se zjistit, které vlastnosti jsou společné vítězům i poraženým. Obraz nemusí být uplně jednoznačný - postačuje statistická tendence - navíc ještě smíte měnit základní pravidla hodnocení v průběhu samotného výzkumu. Pokud to pomůže, můžete předefinovat i kategorie vítězů a poražených. Zvláštní pozornost věnujte menší, vyhraněnější skupině výsledků. Tak například můžete srovnat vlastnosti mužstev umístněných na prvním místě s vlastnostmi všech ostatních týmů. Kratší seznam (týmy na prvním místě) bude mít s vyšší pravděpodobností vlastnosti, které budou sdílet všichni členové souboru, na rozdíl od druhého, delšího seznamu. Pokud tomu tak bude, můžete se pokusit i o závěry typu: "Většina manažérů mužstev, která se umístnila na prvních místech (nebo i všichni, pokud máte štěstí) patří mezi prvorozené, zatímco pořadí manažérů všech ostatních týmů se neliší od celostátního průměru prvorozenců". Zde předkládám svoji vlastní verzi takového pokusu, který se sportem nesouvisí: Pokud budeme měřit počet obyvatel světových měst, některé jsou "vítězové" a jiná zase "poražení". Výzkumy ukázaly, že lidé jsou silně přitahováni do měst, jejichž jména začínají písmenem z druhé poloviny abecedy. I když je tento vztah docela zřejmý z každé dobré demografické databáze, může také být prokázán jednoduchým statistickým testem. Podle Světového atlasu (Reader°s Digest, 1984) sedm nejlidnatějších metropolí zahrnuje (v klesajícím pořadí): Tokio - Yokohama New York Mexico City Osaka - Kobe - Kjoto Sao Paulo Soul Moskva Povšimněte si, že všechna tato jména začínají písmeny v rozmezí M-Z, tedy vskutku ve druhé polovině abecedy. Dokonce i menší města přispívající k rozloze metropolí jsou v tomto rozmezí (Yokohama) nebo blízko ní (Kobe, Kjoto) Samozřejmě lze namítat, že tato téměř perfektní shoda je výsledkem náhodného rozložení obyvatelstva i jmen měst. Je také možné, že většina velkých měst na světě začíná písmeny z druhé poloviny abecedy. Abychom mohli testovat tyto alternativní hypotézy, sestrojíme kontrolní vzorek

50

z téhož zdroje. Dalších sedm nejlidnatějších aglomerací zahrnuje (opět v sestupném pořadí) tato města: Calcutta (Kalkata) Buenos Aires Londýn Bombaj Los Angeles Cairo (Káhira) Rio de Janiero S výjimkou Ria všechna tato města začínají na písmena z první poloviny abecedy (A-L) a dokonce i druhá a třetí slova té jediné výjimky spadají do této kategorie (de Janiero). Vidíme také, že druhá slova dalších dvou měst v seznamu začíná na písmena ze začátku abecedy (Aires, Angeles). Pravděpodobnost, že je to všechno pouhá náhoda je tak nízká, že zamítnutí náhodné hypotézy je pouhou rutinou. Vztah příčiny a následku je naprosto jasný. I když je třeba dalšího výzkumu, nejpravděpodobnějším vysvětlením tohoto jevu je, že jména na konci abecedy vzbuzují dojem bohatství a hojnosti a přitahují tak velké množství imigrantů. I když je Rio de Janiero výjimkou, nabízí se zde dosti pravděpodobná možnost, že toto město bylo špatně pojmenováno nebo počet jeho obyvatel byl podhodnocen. Ve vztahu k tomuto případu je také důležité, že vztah mezi abecedou a počtem obyvatel se jasně projevuje jen v oblasti nejvyšších populací, tj. aglomerací, jejíž počet obyvatel se blíží nebo překračuje 10 milionů. Pod touto úrovní mají jména měst tendenci k promíchání, což patrně znamená, že tato města ještě nedospěla ke stabilní demografické rovnováze. Rio de Janiero na samém konci seznamu čtrnácti nejlidnatějších měst je na hranici rozeznatelnosti vztahu abeceda-populace. Vidíte už, jak je jednoduché provést výběr určitého druhu? Přiměje nás tento příklad k většímu skepticismu vůči tvrzení, že velcí savci pozdního pleistocénu vymírali víc než je průměr jen proto, že byli velcí? Kolik dalších vlastností savců bylo zkoumáno? Možná skutečným kritériem měla být potrava nebo třeba tloušťka zubní skloviny. Sám se domnívám, že velikost těla v případě pleistocénních savců opravdu sehrála svou roli, dokázat to však nemohu. Taxonomická výběrovost O jednom druhu výběrovosti však pochyby nemám: některé taxonomické skupiny vymírají v určitých dobách průkazně více, než aby se to dalo vysvětlit pouhou náhodou. Tak například dinosauři. Již vzpomínaný paleontolog Bill Clemens shromáždil obrovské množství prvotřídních dat o vymírání obratlovců, kteří byli nalezeni v nejvyšších křídových vrstvách západního

51

vnitrozemí Severní Ameriky. Z jedné jeho práce přebírám počty rodů, které jsou uvedeny v tabulce 5.2. Celkové procento vymírání, 43, se nachází jen nepatrně nad celkovým průměrem pro všechny rody, které žily na konci křídy. Pro některé skupiny na seznamu jsou vzorky malé a nepravidelnosti mohly být způsobeny náhodou. Například z devíti placentálních savců vyhynul jeden druh (11%) a ze čtyř druhů vačnatců vyhynuli tři (75%). Velký rozdíl v procentech vzbuzuje dojem, že vačnatci byli postiženi víc než placentální savci (naši předkové), a vskutku také byli. Počty jsou však příliš nízké pro statistickou průkaznost, protože nemůžeme tyto výsledky odlišit od čísel, které bychom dostali například vrháním kostky. Některé nepravidelnosti se však pouhou náhodou vysvětlit nedají. Dvě skupiny dinosaurů Saurischia a Ornithischia - obsahují dohromady 22 rodů a všechny z nich vymřely. Jestliže vymřelo v průměru 43% rodů, je pravděpodobnost, že kterákoliv skupina vyhyne úplně, prakticky nulová. To platí i když vezmeme v potaz fakt, že jsme se rozhodli testovat případ dinosaurů, o kterých už předem velmi dobře víme, že všichni vyhynuli. Znamená to tedy, že s dinosaury něco nebylo v pořádku. Že byli zvlášť citliví k tomu, co zapříčinilo vymírání na konci křídy, ať už to bylo cokoli. Takovéto případy jsou u vymírání běžné, i když zdaleka ne převládající. V rozsáhlých statistických analýzách databází fosilních mořských živočichů jsem našel několik dalších příkladů zřejmé taxonomické výběrovosti, jako opak situace, kdy by vymírání bylo čistě náhodné. Převaha není velká, ale je. Špatné geny trilobitů Vymírání trilobitů je dalším typickým příkladem taxonomické výběrovosti. V kambrických usazeninách (570-510 mil. let) bylo nalezeno a pojmenováno přes 6000 druhů trilobitů. Trilobiti představují celé tři čtvrtiny kambrických fosilií. Na konci paleozoika, o 325 mil. let později, už nežil z této třídy jediný druh. Uvažujme jako pracovní předpoklad, že speciace a rychlost vymírání trilobitů byly shodné s hodnotami u ostatních živočichů té doby. Vyvstává pak otázka, zda mohla tak velká skupina jako trilobiti vyhynout nešťastnou náhodou podobně jako i movitý hráč může přijít o všechno, pokud sází příliš dlouho. Použil jsem matematické modely (postavené na náhodné procházce jak jsme ji popsali v kapitole 3) k odhadu pravděpodobnosti, že by trilobiti vyhynuli kvůli náhodné převaze vymírání nad speciací. Výsledek říká, že pravděpodobnost pouhé náhody je mizivá. Pracovní předpoklad, že intenzita vymírání a speciace trilobitů se rovnala průměrné hodnotě platné v paleozoiku, byl tedy mylný. Z toho plyne, že trilobiti měli (z nějakých příčin) buď sníženou schopnost speciace nebo byli vystaveni vyššímu riziku vymírání. Když testujeme poslední možnost, zjišťujeme, že 52

je pravděpodobná jen za předpokladu, že druhy trilobitů byly krátkověké a žily o 14-28% méně, než je průměr pro jiné skupiny paleozoika. Z těchto výsledků jsem usoudil, že s trilobity bylo doopravdy něco v nepořádku (nebo že jiné skupiny byly na tom líp). Jednou z možností jsou špatné geny. Tato analýza nám samozřejmě neřekne, co bylo na trilobitech špatného nebo v čem byli ostatní živočichové lepší. Jsme však na začátku. A přesvědčuje nás to, že nakonec se propracujeme ke studiu skutečných rozdílů. Co to všechno může znamenat Jestliže jsou některé skupiny zasaženy opravdu víc než jiné, faktory způsobující vymírání musí rozeznat a zasáhnout ty vlastnosti, které jsou společné všem druhům těchto skupin. Členové takových skupin jsou z definice příbuzní - mají společného předka - nutně proto musí i sdílet některé vlastnosti. Všichni třeba mohou mít přibližně stejný metabolismus, stejnou velikost, mohou dávat přednost stejnému prostředí nebo mít stejné geografické rozšíření - to jsou jen některé z možností. Tyto úvahy nás o stupeň přiblíží k pochopení, proč na konci křídy vymřeli dinosauři a ne savci, i když obě skupiny obsahovaly přibližně stejný počet druhů a rodů. Dinosauři bezpochyby sdíleli jednu nebo více vlastností, které je činily zranitelnějšími než byli savci. To však neznamená, že dinosauři byli nutně podřadnější nebo hůře adaptovaní. Vždyť nakonec úspěšně přežívali po dobu 100-150 milionů let. Žádný biolog žijící ve druhohorách by se nebyl odvážil předvídat, že jednou vymřou. Tom Schopf, můj kolega z Chicaga, prosazoval až do své předčasné smrti před pár lety zajímavou příčinu vyhynutí dinosaurů. Prohledal všechna dinosauří naleziště pozdní křídy a zjistil, že v mnoha částech světa nebylo možné prokázat, že dinosauři se dožili samého konce křídy. Jen nálezy ze západního vnitrozemí USA a Kanady přinášejí nepochybný důkaz výskytu dinosaurů těsně před hranicí KT. Tom se domníval, že posléze nějaká událost místního významu nebo narušení prostředí v této oblasti vyhubilo tuto poslední místní populaci dinosaurů, zatímco savci byli ušetřeni, protože žili i v jiných částech světa. Moji kolegové zabývající se paleontologií obratlovců vážně pochybují o tom, že by se výskyt dinosaurů na konci křídy vskutku omezoval jen na Severní Ameriku. Sám nejsem v tomto oboru specialistou, takže nemohu soudit. Kdyby však Tomova domněnka byla správná, byli bychom svědky zvláštní směsice špatných genů a smůly. Dinosauři měli smůlu, že obývali právě tu oblast, kde byli zranitelní. Ale možná, že s jejich geny bylo také něco v nepořádku, když nedokázali migrovat a udržet se na celém povrchu Země. Nad celým sporem visí příkrov mlhy a nerad bych vzbudil dojem, že jsme co i jen na správné stopě. I přesto si myslím, že nepochybně

53

něco tak jednoduchého jako geografické rozšíření může snadno znamenat rozdíl mezi přežitím a vyhubením. Jiný můj kolega z Chicaga, Dave Jablonski, provedl statistickou analýzu fosilních měkkýšů z posledních 16 milionů let křídy. Zjistil, že před velkou katastrofou vzdorovali vymírání lépe druhy a rody s velkým geografickým rozšířením, než druhy žijící na malých územích. Tento vztah však přestává, alespoň pro druhy, platit na hranici KT. Znamená to tedy, že široké rozšíření sice skýtá druhům ochranu v dobách klidných, nikoliv však během hromadného vymírání. Možná, že faktory, které způsobily hromadné vymírání, byly natolik rozšířené, že doslova nebylo kam se schovat. V případě rodů, na rozdíl od druhů, však Jablonski zjistil, že široké geografické rozšíření přece jen poskytlo jakousi ochranu i při hromadném vymírání. Výběrovost vymírání se tedy může měnit pro různé úrovně taxonomické hierarchie. Závěr Vymírání je zřejmě výběrové do určitého stupně a za určitých podmínek, ale dokázat to je zatraceně obtížné. Jakákoliv je skutečná úroveň výběrovosti, nikdy nepřevládá příliš. Na každém kroku jsme při hledání příčin brzděni nedostatkem poznatků. Můžeme samosřejmě podstoupit riziko, že se podvolíme svému nadšení a naše odpovědi budou na štíru se zdravým rozumem. I to však přidává na zábavě a vyzývavosti celého podniku. Jak je to krásné pracovat v obtížných vědách, na rozdíl od práce ve vědách takzvaně "tvrdých", exaktních.

54

Kapitola 6

Hledání příčin Paleontologové v minulosti věnovali překvapivě málo pozornosti příčinám početných vymírání zaznamenaných ve fosilním materiálu. To vše se změnilo po Alvarezově článku o srážce planety s kometou, který vyšel v roce 1980. A tak je dnes vědecká komunita zachvácena bouřlivými spory o mechanismech vymírání. V této krátké kapitole proberu hledání příčin v obecné rovině, vysvětlení detailů ponechám na kapitolu další. Vzácnost vymírání Geologové a paleontologové se obvykle řídí řčením "Přítomnost je klíčem k minulosti". Bylo dosaženo velkého pokroku ve studiu dnešních analogií mionulých dějů, na kterých můžeme přímo sledovat průběh všech procesů, které nás zajímají. Při studiu problémů vymírání nám však přítomnost sotva pomůže, protože mizení dobře zavedených druhů z přirozených příčin je událost na lidské časové škále velmi vzácná. Průměrná doba života druhu je podle fosilních záznamů asi 4 miliony let. V průměru tedy vymírá přirozenou smrtí ročně jeden druh ze čtyř milionů. Jestliže dnes žije na zemi asi 40 milionů druhů, vymře jich v jednom roce jenom deset. Vymírání druhů bez lidského přispění je tedy vzácné. V době zvýšeného zájmu veřejnosti o ohrožené druhy může toto prohlášení znít překvapivě nebo dokonce nesympaticky. V každém případě je pravděpodobnost, že by terénní biolog zachytil nějaký druh zrovna ve chvíli globálního vymírání, nepatrná. Je také důležité upozornit, že hromadné vymírání omezené jen na část druhového areálu je událostí mnohem běžnější než vymírání celkové. Tak například začátkem 80. let byla vymíráním silně zasažena ježovka Diadema, v karibské oblasti dosti běžná. Hodnoty mortality v mnoha místech překračovaly 95%. Příčinou byl pravděpodobně virus, který se rychle šířil vodou. Za několik let se ježovky vzpamatovaly a bez problému unikly vyhynutí. Případy tohoto druhu však nevyhnutně navozují dojem, že přirozené vymírání druhů je věc častější než je to ve skutečnosti. Odhad deseti vymřelých druhů za rok je založen na době života zjištěné podle fosilních záznamů a platí tedy pro ty druhy, které se vyskytovaly v dostatečně velkém počtu, aby se uchovaly jako fosilie a aby byly také objeveny paleontology. Obecně se to tedy týká druhů, které dosáhly značně velkého geografického rozšíření, měly velké populace a přetrvávaly dost dlouho. V záznamu naopak chybí mnoho druhů, které se nikdy pořádně neuchytily. Kdyby se tyto druhy daly nějak zahrnout do výpočtů, jistě bychom shledali vymírání jako událost častější, pořád však ještě příliš vzácnou z hlediska terénního biologa.

55

Biolog, který se zabývá vymíráním, může zvolit jiné cesty. Jednou z nich je sledování vymírání na lokální úrovni s následnou extrapolací na celý druh. Na malé ploše jakou je třeba rybník nebo hektar lesa se druhy neustále objevují a opět mizí. V jednom roce může být rybník plný žab a v následujícím tam nenajdete jedinou. Nalezené příčiny lokálních vymírání můžeme generalizovat na celý druh, rozprostřený přes několik kontinentů. Extrapolace z malé části na celek má však vážné zádrhele. Podmínky, které vyhubí lokální populace - například pozdní jarní mráz - nemusí mít žádný účinek nebo jsou vysoce nepravděpodobné v rozsahu celého areálu druhu. Jiný přístup, nebo chcete-li trik, je sledování populačního a geografického rozšíření druhu a hledání trendů naznačujících hrozící vymírání. Pokud počty klesají po několik let, lze předpokládat, že vyhynutí je nevyhnutelné. Důvody poklesu mohou poukazovat na příčiny vymření. Tento přístup je pochopitelně riskantní, protože trendy se často zvrátí. Zmíněný ústup karibské ježovky nepokračoval a k jejímu vymření nevedl. (Včera poklesl Dow Jonesův index o třicet pět bodů. Pokud bude tento trend pokračovat, při rychlosti 35 bodů za den přestane newyorská burza existovat za necelé tři měsíce.) Lze také sledovat vliv člověka. Příklady, kdy člověk vyhubil nějaký druh, jsou dostupné a můžeme se z nich hodně poučit. Opět však musíme být opatrní, protože tento přístup je založen na mlčenlivém předpokladu, že environmentální stresy způsobené činností člověka jsou podobné stresům přirozeným. U některých faktorů to může být pravda, u jiných ne. Vzpomeňme na závěry Roberta MacArthura, že člověk je jediným druhem schopným predací vyhladit zavedený druh. Vzhledem ke vzácnosti přirozených vymírání přiblížili jsme si tedy tři způsoby jak získat zástupná data: (1) Údaje o vymírání na lokální úrovni (2) údaje o trendech a poklesu a (3) údaje o činnosti člověka. Jsou to všechno platné náhražky, pokud bereme na vědomí jejich zástupný charakter a s ním spojená rizika. Při studiu dějin života musíme mít také na paměti, že některé mechanismy vymírání téměř určitě nikdy nebyly přístupné lidské zkušenosti. Naše doba byla zatím krátká - pár tisíc let zaznamenaných dějin - zatímco život přetrvává už 3.5 miliardy let. Zatím tedy máme zkušenost s dobou trvající 0.0001% trvání života. Je vskutku dosti arogantní si myslet, že našich 0.0001% dějin života musí obsahovat úplný vzorek přírodních procesů. Možná právě minulost je ve skutečnosti klíčem k přítomnosti (a budoucnosti). Prosté povídky

56

Jednou z radostí, které věda přináší, je vymýšlení teorií - vysvětlení věcí. Mnoho teorií neznamená víc než závěry, plynoucí z otázek typu "Co kdyby...". Některé z nich mohou být zavrženy téměř okamžitě jako nevhodné nebo jako protiřečící přírodním zákonům. Jestliže však takové tušení obstojí v prvním kole, můžeme ho pozvednout, alespoň soukromě, na úroveň hypotézy. Ta musí poté projít mnohem formalizovanějším zkoumáním než bude přijata jako teorie či dokonce fakt. V některých případech jsou testovací procedury standardizované - jako u některých statistických testů - protože byly použity mnohokrát v podobných situacích. Mohou být k dispozici také série logických argumentů, o kterých se ví, že dávají dobré výsledky. Dost často má však hypotéza novou formu a jsme nuceni navrhnout nové testovací procedury. Projde-li předkládané vysvětlení nějaké věci projde všemi testy, znamená to už, že je toto vysvětlení správné? Co v případě, že existuje několik alternativních vysvětlení a jedno z nich je shledáno přesvědčivějším než ostatní? Znamená to, že toto vysvětlení je nutně správné? Moje odpověď na obě tyto otázky je rozhodné Ne. Věci nejsou shledány správnými jen proto, že jsou věrohodné. To je také příčinou, proč nepřímé důkazy mají tak malou důkaznou váhu před soudem. Jen proto, že obviněný mohl spáchat zločin, protože měl příležitost, a snad i motiv, nemůžeme ho ještě prohlásit za pachatele. Mnoho vysvětlení vymírání je založeno pouze na argumentu věrohodnosti a líčí cesty, kterými se vymírání mohlo ubírat. Tato vysvětlení často dostávají cynické označení Prosté povídky (Just So Stories) jako narážka na Kiplingovo povídání o vzniku sloního chobotu a tygřích pruhů. Co když je předkládané vysvětlení nejlepší ze všech? Předpokládejme, že máme čtyři protiřečivá vysvětlení, která si označíme A, B, C a D. Předpokládejme dále, že jsme schopni přesně určit pravděpodobnost pravdivosti každého z nich. Řekněme, že pravděpodobnost pravdivosti vysvětlení A je 40%, zatímco ostatní se musí spokojit s dvaceti procenty. Vysvětlení A je dvakrát pravděpodobnější než ostatní. To je příznivé a můžeme vkládat do vysvětlení A určité naděje. Všimněte si však, že poměr je 60:40 proti pravdivosti vysvětlení A. Nemůžeme tedy dát přednost jedné hypotéze prostě proto, že je lepší než kterákoliv alternativa. Situace je příznivější, jestliže jedno vysvětlení je lepší než všechna ostatní dohromady. To už je otázka plurality proti majoritě. Vědecká literatura včetně té, která se zabývá vymíráním, obsahuje překvapující počet populárních argumentů založených čistě na logice "lepší než kterýkoliv z ostatních". Pozor na antropomorfismy! Mnoho autorů včetně novinářů sestrojilo seznamy příčin, které byly navrženy pro hromadná vymírání. Seznamy byly pořízeny, aby poukázaly na obrovskou škálu možností, stejně jako na 57

nesmyslnost některých jiných možností. Obojí se povedlo. "Dinosauři uviděli kometu a umřeli strachy". Když ale vyloučíme hlouposti a Prosté povídky, zbývá nám nejodolnější jádro. Myslím, že většina mých kolegů by se shodla na následujícím seznamu, který uvádím bez nároku na jakékoliv pořadí. Klimatická změna, zejména ochlazení a sucho Kolísání hladiny moří Predace Epidemie (vlastně druh predace) Mezidruhová kompetice Záměrně jsem vynechal, i když jen pro tuto chvíli, následky dopadu komety či asteroidu. Všechny položky seznamu jsou rozumné. Přesto v nich vidím antropomorfismy, a to víc než v pouhém náznaku. Co jsou tradiční obavy lidí v jejich obyčejném každodenním životě? Je to počasí, zejména studené a bez deště; Jsou to hladiny vod (povodně nebo naopak vysychání řek a jezer); Jsou to útoky divokých zvířat (včetně hmyzu) nebo jiných lidí či národů; Jsou to i infekční choroby; Na a nakonec kompetice (mezi sebou nebo s jinými národy). Nemohlo by se stát celý seznam pravděpodobných příčin vymírání jednoduše seznamem věcí, které nás ohrožují jako jedince? Vzpomeňte na Čtyři jezdce z Apokalypsy, symbolizující podrobení, válku, hlad a mor. Abych mohl odolat antropomorfismům, musím být schopen sestavit paralelní seznam stejně rozumnně vypadajících, avšak nepříliš populárních příčin, které neodrážejí normální lidské obavy nebo alespoň tak nečinily ještě před nedávnou dobou. Zkusmo uvádím tyto: Chemické zamoření oceánů Změna složení atmosféry Kameny padající z nebe Kosmické záření Globální vulkanická aktivita Invaze z vesmíru Všechny tyto položky byly tu a tam navrženy jako příčiny vymírání, ale vědecká komunita je nebrala vážně. První dvě jsou už dnes na pořadu dne, ale obavy z nich příčin jsou jen nedávného data a zatím se příliš často v kanonizovaných seznamech mechanismů vymírání neobjevují. Padající kameny se vstahují k myšlence dopadu komety či asteroidu. Důvod, proč toto téma vyvolalo takovou bouři diskuse je ten, že taková událost leží mimo naši zkušenost. Ve škole nás 58

většinou učili, že s výjimkou vzácných případů jakým je meteorový kráter v Arizoně, velké kameny jednoduše z nebe nepadají. Poslední tři případy na mém seznamu - záření, vulkanismus a invaze z vesmíru vypadají nepravděpodobně a někteří vědci by se pokusili je zamítnout na základě teoretických předpokladů. Možná však vypadají divně (a nepravděpodobně) jen proto, že podobně jako meteority leží mimo naši zkušenost. Ponechám na čtenáři, zda moje obavy z antropomorfismu jsou oprávněné. Koneckonců myslím, že se vždy snažíme navrhnout mechanismy vymírání z množiny takových fyzikálních a biologických dějů, které známe nejlépe. I když se tomu uplně nelze vyhnout, vzniká tak konflikt zájmů, který je třeba hlídat. Opět ke křivce záhuby V kapitole 4 jsem zavedl křivku záhuby odvozenou z fosilního záznamu o vymírání. Přetiskuji ji zde pro vaše pohodlí znova jako obr. 6.1. Z křivky lze vyčíst, kolik let v průměru musíme čekat než dojde k vymírání o dané intenzitě. Tak například musí uplynout v průměru milion let, aby došlo k vyhynutí pěti procent všech druhů. Řečeno jinými slovy, k 5-procentnímu úbytku druhů dochází v průměru během milionu let. Jak už jsme viděli výše, větší události vymírání jsou ještě vzácnější, takže k 65-procentnímu vymírání (srovnatelného k událostí KT), dojde za 100 milionů let. Důležitou vlastností křivky záhuby je, že udává intenzitu zabíjení i pro intervaly ve srovnání s geologickým časem velmi krátkými. Z technických důvodů jsem k výpočtu křivky zvolil standartní intervaly 10.000, to však neznamená, že jednotlivé události opravdu trvaly tak dlouho. Jak jsme viděli na jiném místě, není známo, jak dlouho vymírání trvala. Křivka záhuby poskytuje zajímavý pohled na proces vymírání a slouží k tomu, že omezí náš výběr možných příčin. Přiblížíme si jeden ze způsobů jejího použití. Pokud riziko vymírání bylo pro všechny druhy a po celou dobu konstantní, měli bychom očekávat, že určité kolísání skutečných hodnot je čistě výsledkem náhody. Průměrná rychlost vymírání ve fanerozoiku je 0,25% za 10.000 let. V čistě náhodném modelu některé tyto desetitisícové intervaly musely zaznamenat vyšší hodnoty, jiné nižší. Při této hodnotě variability a při konstantním riziku bychom však nikdy nemohli očekávat, že za časový interval 10 000 let vyhyne co jen 5% všech druhů. Skutečnost, že vyhynulo 65% živých forem v krátkém intervalu, je tedy významná a jasně nám dává najevo, že riziko vymírání není konstantní. Druhy musely být vystaveny jakémusi společnému problému, který zvýšil riziko vymírání na celé škále živých organismů. Můžeme tedy konstatovat, že některé modely vymírání se nedají použít u velkých a náhlých událostí. Jako příklad uvažujme virus, který je smrtelný pro všechny své hostitele, ale napadá jen 59

příslušníky jednoho druhu. Virus HIV způsobující AIDS u lidí je takovému vymezení velmi blízko. Viry tohoto druhu jsou běžné a jsou schopny vyhubit celý druh - některé těsné případy byly zaznamenány u zvířat. Tímto mechanismem je však zasažen jediný druh. Sotva bychom mohli vysvětlit hromadné vymírání pomocí druhově specifických virů, pokud bychom nepředpokládali buď náhlé evoluční rozšíření spousty druhů virů, každý se specifitou k jednomu druhu, nebo vznik jediného viru, který by napadal obrovské množství nepříbuzných druhů. Uvedu ještě jeden příklad druhově specifického vymírání. Na Bermudách žije velký krab poustevník; pro tyto kraby je typické, že pro svůj život potřebují prázdnou plží ulitu. Na Bermudách však dnes nežije žádný plž s tak velkou ulitou, aby vyhovovala krabovi. Proto krab používá ulity velkých vyhynulých plžů, jejichž fosilie se uvolňují erozí z pleistocenních usazenin. Tyto fosilní schránky představují pro kraba neobnovitelný zdroj. Až jednou jejich zásoba dojde, krab se buď přizpůsobí (předpokládám, že se stane menším), nebo vyhyne. Pokud vymře, stane se tak z druhově specifických příčin. I když druhově specifické příčiny mohou posloužit k vysvětlení vymírání v nejnižších částech křivky záhuby, nemohou vysvětlit rozsáhlé události. Tyto velké události musí mít nějakou společnou příčinu. Jak uvidíme v dalších kapitolách, taková příčina může být biologická, např. zhroucení velkých ekosystémů, nebo fyzikální v podobě zhoršení klimatu nebo dopadu meteoritů.

60

Kapitola 7

Biologické příčiny vymírání Vymírání může být způsobeno téměř jakoukoli zátěží. V této a následující kapitole podávám přehled těch příčin, které mohly být hlavními součástmi procesu vymírání. Nebudeme se omezovat jen na hromadná vymírání, protože tyto události, i když jsou důležité, zahrnují jen malou část všech případů: Výpočty z křivky záhuby ukazují, že pět velkých katastrof má na kontě méně než 5% všech druhů vymřelých během fanerozoika. Pokusím se od sebe oddělit fyzikální a biologické příčiny vymírání, musíme však stále mít na mysli, že smrt druhu je v konečných důsledcích záležitost biologická. Jedinci i celé druhy přestanou existovat jako živé bytosti nezávisle na tom, zda problém, který jejich vyhlazení způsobil, je původu biologického nebo čistě fyzikálního. Pokud nějaké zvíře - řekněme veverka zahyne přivaleno balvanem, můžeme prohlásit, že smrt měla fyzikální příčinu, která neměla nic společného s biologií; stejně dobře můžeme však tvrdit, že příčina byla biologická, protože veverka nebyla dost hbitá a balvanu neuhla. Navzdory takovým dvojznačnostem některá vysvětlení, jako například virová epidemie spadají pod biologické faktory, a jiné, např. změna klimatu mají spíše charakter faktorů fyzikálních. Jsou druhy a ekosystémy zranitelné? Téměř každý v naší kultuře ví, že společenstva rostlin a živočichů jsou choulostivá - jsou to jemně vyvážené a přesto snadno zranitelné sítě závislostí a vztahů. Každý druh má svoje místo a roli ve společenstvu a toto místo získal během milionů let adaptací a koordinací s evolucí jiných druhů. Někteří dokonce považují společensvo za něco, co se vyvíjí a přizpůsobuje jakoby samo bylo organismem. Odstraňte z takové složité sítě jediný druh a budou ztraceni další příslušníci sítě; možná, že i celé společenstvo. Náhlé narušení, ať už člověkem nebo přírodou, je negativní destruující silou, které je třeba se vyhnout. Tento pohled na přírodu, hluboko vrytý a neustále posilovaný ve školních třídách, naučných pořadech a dokumentárních snímcích, je zcela určitě přehnaný. I když známe tisíce vzájemných závislostí a víme dobře, že jsou důležité, společenstva rostlin a živočichů jsou přesto méně uspořádaná a mohou být odolnější než je obecné mínění. Některé komunity dokonce vyžadují ke svému prospívání určitou úroveň rozrušení. Dobře známým příkladem je borovice Pinus banksiana, která rozsévá svá semena až poté, co byla vystavena vysokým teplotám lesního požáru. Ekologové už několik let bouřlivě diskutují na téma struktura rostlinných a živočišných společenstev. Na jednom pólu jsou ti, kteří jsou blízcí myšlence považovat společensvo za 61

organismus a zdůrazňují organizovanou dělbu práce mezi druhy na jednom stanovišti. Druhým extrémem jsou ti ekologové, kteří považují společenstva za pouhé soubory druhů náhodou se vyskytujících na stejném stanovišti, přičemž každý druh se snaží jak nejlépe může - živí se čímkoliv, co je po ruce a hledá si oportunisticky svůj životní prostor. Celý spor je velmi plodný a usměrnil myšlení o základních problémech ekologie. Čas od času se však stává příliš ostrým. Bohužel oba hlavní mluvčí a intelektuální vůdcové obou odporujících si táborů jsou dva z mých nejoblíbenějších vědců: Jared Diamond z Kalifornské univerzity v Los Angeles a Dan Simberloff z Floridské univerzity. I když žádný z nich nezaujímá zcela extrémní stanovisko, Diamond preferuje vysoce organizovaná společenstva a Simberloff tomuto názoru tvrdě oponuje. Oba patří mezi nejlepší vědce, jaké vědecká komunita může nabídnout. Otázka, zda druhy jsou zranitelné nebo odolné, je samozřejmě relevantní pro problém vymírání v geologické minulosti. Pokud jsou druhy zranitelné, vždy náchylné k vymření, pak faktory způsobující vymírání mohou být mírné či dokonce běžné. Pokud však jsou odolné, musíme počítat s drsnějšími a pravděpodobně neobvyklými příčinami vymírání. Pokud jsou společenstva vyváženou sítí vzájemných vztahů, ztráta jediného druhu může způsobit vymírání dalších. Pokud však nejsou takto integrovaná, jednotlivé události vymírání druhů mohly být navzájem nezávislé. Případ amerického tetřívka Vyhubení tetřívka (Tympanuchus cupido cupido) nadměrným lovem je klasickým a jedním z nejlépe doložených případů vymírání v moderní době. Hlavní roli hrála činnost člověka, ale některé faktory, které případ komplikují, jej činí vhodnou ilustrací pro biologické příčiny vymírání. V koloniální Americe byl tetřívek hojně rozšířen podél východního pobřeží od Maine až po Virginii, jeho maso bylo chutné a dal se snadno lovit. Intenzivní lov spolu s rozrušováním stanoviště druhu rozrůstající se lidskou populací způsobili postupné omezování jeho geografického rozšíření. V roce 1840 se už vyskytoval jen na Long Islandu, v částech státu Pennsylvania a New Jersey a několika málo dalších lokalitách. Od roku 1870 žil už jen na ostrově Martha°s Vineyard u pobřeží státu Massachussets. I tam populace tetřívka neustále klesala až do roku 1908, kdy byla pro posledních 50 ptáků zřízena rezervace o rozloze 4000 hektarů. Díky této ochraně začala populace postupně vzrůstat. Ptáci se opět rozšířili po celém ostrově a v roce 1915 jich byly asi dva tisíce. Lov byl už dávno zakázán a rezervace byla chráněna před požáry. Vypadalo to nadějně. Potom, počínaje rokem 1916, došlo k sérii většinou přirozených událostí, které vedly ke konečnému vymření. Patřily k nim 62

(1) přirozený požár rozšířený silnou vichřicí, který zničil většinu hnízdišť; (2) tvrdá zima, která následovala hned po požáru, během níž shodou okolností došlo i k invazi jestřábů na ostrov (3) příbuzenské křížení způsobené sníženou početností populace a náhodným posunem poměru pohlaví; (4) epidemie nemoci přenesené z domácích krocanů, která zahubila většinu zbývajících ptáků. V roce 1927 zbývalo už jen 11 samců a 2 samice a na konci roku 1928 zbýval jediný tetřívek. Ten byl naposledy spatřen 11. března 1932. Vymření tetřívka vlastně neznamenalo vyhynutí druhu. Tento pták byl jedním z několika poddruhů druhu Tympanuchus cupido, který obývá velké plochy amerického Středozápadu a Velkých plání. Přesto je případ významný ve vztahu k obecným problémům vymírání. Důležitá na vymírání tetřívka je skutečnost, že se odehrávalo ve dvou oddělených obdobích. V prvním období způsobila narušení nová a náhlá zátěž - lov. V důsledku toho se drasticky zmenšil geografický areál druhu. Ve druhém stadiu, od roku 1916, způsobila konečné vyhynutí snůška nehod, z nich některé byly fyzikální, jiné biologické. Žádná z těchto nehod by neměla zvláštní dopad nebýt toho, že rozšíření druhu bylo omezeno na jediný ostrov. Oheň, draví ptáci, příbuzenské křížení a pravděpodobně ani epidemie by nebyly žádným ohrožením, kdyby se geografický areál druhu rozprostíral od Maine po Virginii. I když některé místní populace mohly být, a pravděpodobně by také byly, vyhlazeny, druh by dál přežíval, nebýt předchozího období intenzivního lovení. Důležitost prvního úderu Můžeme z případu tetřívka učinit nějaká zobecnění? Je třeba k vyhlazení prosperujícího druhu počáteční šok značné intenzity - první úder, který zúží geografický areál a následná smůla, která dílo dokončí? Snad. Vyvstává však jeden problém: Nemohly pomalé stresy jako draví ptáci nebo vyšší počet tvrdých zim vyhladit druh i bez tohoto prvního úderu? Tím se dostáváme k problému dlouhodobých účinků pomalých procesů, který má důležité místo mezi příčinami vymírání během geologických dob. Početné práce o tetřívkovi se shodují v tom, že tento poddruh mohl být prakticky nesmrtelný nebýt toho prvního úderu. Simberloff to glosoval výrokem: "Přirozené vymírání v rozsahu kontinentů musí být velmi zřídkavé." Přirozeným přitom míní neúčast člověka a kontinenty rozsáhlé oblasti. Ale jak zřídkavé je zřídkavé? Pro biologa je přežívání po několik set nebo tisíc let synonymem nesmrtelnosti. Pro paleontologa je tisíc let nepatrným úsekem, protože drobná nevýhoda v boji o život může být rozhodující jen když působí v průběhu milionů let. V tom je jádro mých závěrů o neúspěchu trilobitů. Z nějakých, ať už jakýchkoliv důvodů, doba přežívání 63

jejich druhů byla mírně kratší než u ostatních mořských živočichů. To vedlo k jejich vyhynutí, i když celý proces trval 325 milionů let. Z toho všeho ještě stále nevíme, zda první úder je obecně (nebo obvykle) potřebný pro vyhubení dobře zavedeného druhu. Otázka zůstává otevřená. Víme, že první úder, pokud k němu dojde, celý proces značně urychlí. A víme také (alespoň si to myslím), že k vymírání může docházet i bez prvního úderu. Nevíme však, který ze dvou scénářů je častější, a tedy důležitější pro evoluci života. Problémy malých populací Riziko vyhynutí v malých populacích bylo prostudováno do hloubky ekology, kteří se specializovali na relativně nový obor - konzervační biologii. Protože cílem konzervační biologie je najít způsoby jak zachránit ohrožené druhy, přitáhl problém malých populací speciální pozornost. Z těchto prací byl Robertem MacArthurem a E. O. Wilsonem v roce 1967 odvozen pojem minimální životaschopné populace. Slovy Dana Simberloffa: "Populace nad touto hranicí jsou vůči vyhynutí prakticky imunní, zatímco populace pod ní pravděpodobně rychle vymřou." Simberloff jmenuje čtyři hlavní příčiny vymírání populací, které se dostanou pod minimální hranici: 1) Stochastické demografické výkyvy. Jde v podstatě o problém hráče, jak byl vylíčen v kap.3. (Stochasticita znamená pro všechna praktická použití náhodnost.) Když jsou populace velmi malé, nejmenší odchylky při páření, rozmnožování nebo přežívání mláďat mohou způsobit rychlý pokles velikosti populace až k absorbující hranici - k nule. Jinak řečeno, pokud jsou populace už velmi malé, dorazí je každá maličkost. 2) Genetické příčiny. Malé populace mají nutně menší genomy než populace větší. Znamená to, alespoň v extrémních případech, že druhu může scházet genetická variabilita, která by mu umožnila adaptaci ke změněným podmínkám. Malé populace jsou také náchylné k tzv. genetickému driftu, kdy se genom může měnit náhodným směrem, nezávisle na přírodním výběru a dokonce navzdory němu. 3) Zhroucení sociálních vazeb. Tato široká kategorie zahrnuje narušení chování, ke kterým dochází v případech, kdy se populace příliš zmenší. Tak kupříkladu u druhů, jejichž členové nežijí společensky, může udržení populace záviset na schopnosti vzájemného vyhledání samců a samic v době páření. Pokud budou jedinci příliš od sebe vzdálení, budou počty potomstva klesat. 4) Vnější příčiny. Sem lze zahrnout různorodé újmy, mezi něž patří požár, nemoci a jiné problémy různé intenzity, které ovlivňovaly poslední hejno tetřívka na ostrově Martha°s Vineyard. Zatímco provní tři kategorie Simberloffova seznamu jsou důsledkem skutečnosti, že 64

populace je malá, vnější síly zasahují populace jakékoliv velikosti. Vážné škody však napáchají jen na populacích malých. Kdyby byl tetřívek schopen udržet co i jen malé populace v oblastech vzdálených od ostrova, mohl přežít, protože mnohé z těchto vnějších faktorů byly lokálního charakteru. Simberloff zdůrazňuje, že pro některé z vnějších faktorů může být geografické rozšíření druhů důležitější než samotný počet jedinců v populaci. Jak malá musí být populace, aby čtyři Simberloffovy faktory nabyly na významnosti? Velikost minimální životaschopné populace (MŽP) byla hledána v širokém rozsahu podmínek a tento výzkum přinesl některé zajímavé výsledky. MŽP se například značně liší mezi různými druhy. Jednou z nejdůležitějších veličin je rychlost rozmnožování organismů. Při rychlém rozmnožování se může druh rychle z potíží vzpamatovat a může setrvávat (v příznivých dobách) v počtech blízkých k udržovací kapacitě prostředí. Navzdory variabilitě MŽP, ze všech prací vyšel stejný překvapující závěr: MŽP je velmi nízká, obvykle v rozmení několika desítek až stovek jedinců. Náš tetřívek se dvěma tisíci jedinců se v r. 1915 pravděpodobně blížil k hranici své MŽP. Rizika, která přináší malá populace, jsou skutečná a důležitá. Často jsou ranou z milosti, která dovrší proces vymírání. Pro dobře zavedené druhy, které převládají ve fosilních záznamech, začíná hrát velikost populace svou roli až po prvním úderu, nebo po jeho dlouhodobějším ekvivalentu - pomalé degeneraci. Dovolím si vsunout poznámku o tom, co už asi mnoho čtenářů zaregistrovalo. Teorie vymírání, kterou biologové vyvinuli, je z velké míry výsledkem studia organismů podobných nám pohyblivých, suchozemských, bisexuálních zvířat. Proč? Částečně proto, že sami jsme suchozemskými obratlovci a částečně proto, že se velká suchozemská zvířata snadno studují. Většina poznatků o současném vymírání byla získána na ptácích, protože máme k dispozici několik set let záznamů amatérských nadšenců. Problém vymírání může vypadat jinak u jiných skupin organismů. Co víme o rostlinách, mořských hubách nebo zooplanktonu? Jaká je například hodnota MŽP u ústřic? Ústřice jako mnoho jiných mořských bezobratlých mají rozmnožovací soustavu s vnějším oplodněním. Nic zde nelze srovnat s pohlavním chováním ptáků nebo savců. V dobrém (nebo šťastném) roce může mít jediná ústřice desítky tisíc úspěšných potomků; ve špatném roce žádného. Vzhledem k těmto rozdílům velikosti populací ústřic a podobných tvorů výrazně kolísají. Takové výkyvy jistě ovlivňují druhy, které už jsou beztak náchylné k vyhynutí. Podrobné analýzy, jaké máme k dispozici u ptáků a savců, však u většiny ostatních rostlin a živočichů zatím nebyly provedeny . Kompetice

65

Když si uvědomíme, jaký důraz kladl Darwin na soutěž, mohli bychom očekávat, že tento faktor se objeví na prvním místě jakéhokoliv seznamu příčin vymírání. Boj o život byl po dlouhou dobu líčen jako kompetice mezi dravci a jejich obětí, mezi dravci o oběť, či mezi oběťmi navzájem o přežití. Boj o život je pravděpodobně jediným společným tématem přírodovědných televizních seriálů. Uvnitř vědecké komunity kladli ekologové a evoluční biologové na kompetici také velký důraz. Zdálo se samozřejmé, že musí být velmi vlivným faktorem. Postupně však ekologové zatlačovali její roli do pozadí. Samozřejmě, že ji nepopírají, ale nemusí být tak významná, jak se kdysi myslelo, zejména ne v případech vymírání. Některé výzkumy na moderních druzích měly objasnit, zda kompetice snižuje výhledy na přežití. Nejlepší takové práce se týkají ostrovů (jako např. Trinidad a Tasmánie), které byly kdysi spojeny s pevninou a v současné době se octly v izolaci v důsledku vzestupu hladiny oceánu po skončení ledové doby. Před oddělením byla fauna i flora těchto ostrovů shodná s faunou i florou přilehlé pevniny. Po oddělení však začalo na ostrovech docházet k vymírání druhů, protože ostrovy nebyly dost velké na to, aby umožnily život celému spektru druhů. (Vztah mezi plochou území a počtem druhů bude popsán v dalším oddílu.) Ostrovy uvedeného typu jsou ideální pro výzkum vymírání v nedávné minulosti, protože lze předpokládat, že každý druh, který žije na pevnině, ale ne na ostrově, vyhynul na ostrově až po oddělení. Toto uvažování nese určitá rizika, ale pokud se statisticky zpracují velké počty druhů, mohou být výsledky vysoce spolehlivé. Jarred Diamond a několik dalších ekologů provedlo detailní výzkumy vymírání na ostrovech uvedeného typu jakožto i na tzv. habitatových ostrovech - malých územích nedávno oddělených od jiných ploch se stejným habitatem. Při výzkumu Trinidadu se John Terborgh a Blair Winter z Princetonu ptali, zda ptačí druh úzce kompetující s jinými druhy na pevnině bude vymírat na ostrově rychlostí větší než je průměrná. Jinak řečeno, budou na Trinidadu chybět s vyšší pravděpodobností druhy, které si na pevnině úzce kompetují? Protože jim scházely údaje, které by dovolily odhadnout kompetiční vztahy od případu k případu, použili autoři informaci zástupnou. Předpokládali, že druhy ptáků, kteří žijí pohromadě s jinými druhy vlastního rodu, budou s těmito druhy pravděpodobně kompetovat. Tento předpoklad jejich problém zjednodušil do té míry, že stačilo počítat oběti a přežívající druhy a analyzovat, zda druhy, které mají na pevnině blízké příbuzenstvo, budou na Trinidadu chybět s vyšší pravděpodobností. Odpověď byla negativní. Na Trinidadu se dařilo stejně dobře ptačím druhům s příbuznými i druhům bez nich. Takové negativní výsledky se pochopitelně těžko interpretují. Terborgh a Winter nenašli žádný vztah mezi kompeticí a náchylnosti k vymírání, ale tato skutečnost může být výsledkem 66

působení mnoha skrytých komplikujících faktorů. Jen zřídka lze prokázat, že něco, co nepozorujeme, také neexistuje. Po vyčerpávajících analýzách mnoha stránek biologie těchto ptáků však uvedení autoři shrnují své výsledky následujícím, dosti silným tvrzením: "Oběti vymírání jsou vybírány náhodně a stávají se jimi druhy všech velikostí (míněno velikostí těla), trofických úrovní, a taxonomických skupin. Řídký výskyt je nejlepším znakem náchylnosti k vymření." A to nás vrací zpět k MŽP a k problému hazardního hráče. Druhy s malými populacemi vymírají s největší pravděpodobností. Vliv plošného rozšíření. Základním problémem konzervační biologie je vztah mezi plochou oblasti a počtem druhů, který tato oblast může uživit. Na obr. 7.1. je znázorněn typický vztah mezi plochou a počtem druhů. Vstupy jsou počty druhů nalezené v oblastech alespoň částečně od sebe oddělených. Takovými plochami mohou být skutečné ostrovy obklopené vodou nebo může jít o ostrovy habitatové. V jedné studii Jarreda Diamonda jde o vrcholky hor v Nevadě a přilehlých státech. Tyto "ostrovy" jsou definované vrstevnicí 2500 metrů. Pro malé savce, kteří obvykle nemohou překonávat pouštní údolí, jsou jejich hranice srovnatelné s pobřežím oceánských ostrovů. Počet druhů na každém z takto definovaných ostrovů je v dobré korelaci s jejich plochou. Kdyby vztah mezi druhy a jimi obývanou plochou vyjadřovala přímka, nebylo by to příliš zajímavé. Všimněte si však vliv zakřivení. Pokud zdvojnásobíme plochu v bodě A na obr. 7.1 (z 5 km2 na 10), zvýší se sice počet druhů (bod B), ale ne na dvojnásobek - stoupne z 39 na 50. Podobně při opačném postupu (z bodu B do A) poklesne počet o hodnotu menší než polovina. Předpokládejme, že máme ostrov obývaný stovkou druhů a rozdělíme ho na stejné poloviny vysokým plotem. Předpokládejme dále, že v době stavby plotu byly všechny druhy rovnoměrně rozšířeny po celém ostrově. Potom budeme čekat. Pokud vztah mezi počtem druhů a plochou je správný, žádná z polovin ostrova nebude schopna udržet všech sto druhů. Na obou polovinách bude docházet k vymíráním a počet druhů se sníží na hladinu, která je udržitelná na menší ploše. Celková biodiverzita se také sníží, pokud tentýž druh vymře na obou polovinách. V konzervační biologii je vztah mezi druhy a obývanou plochou často používán k předpovědi úbytku druhů, zmenší-li se plocha habitatu. V závislosti na tvaru křivky druh/plocha pro danou oblast a pro danou skupinu rostlin či živočichů lze úbytek druhů minimalizovat rozumným řízením množství a distribuce habitatů v rezervacích, tj. umělých ostrovech. Připomeňme si výsledky Terborougha a Wintera z Trinidadu: vymírání bylo neselektivní (náhodné) ve vztahu ke všem charakteristikám s výjimkou vzácnosti výskytu. Jedině velikost populace byla zdrojem předpovědi, který druh může vymřít. Teoreticky tedy lze navrhnout systém rezervací - refugií, který by zachoval maximální počet druhů, přičemž jeden druh by se 67

zachoval v jednom z refugií a jiný, zcela náhodou, v některém jiném. Ty druhy, které jsou vzácné od samého počátku, však nemusí přežít v žádném z refugií. Předchozí diskuse se sotva dotkla povrchu složitého a stále se rozrůstajícího výzkumu. I když pojetí vztahu druh/plocha bylo často kritizováno - vztah není tak čistý jak jsem ho zde představil - přístup zůstává ve středu úsilí konzervačních snah zaměřených na záchranu vymírajících druhů. Vztah druhů a plochy a jeho role při vymírání v minulosti Rozsah obyvatelného území dostupného pro život se v geologickém čase měnil. Snížení mořské hladiny vysuší obrovské plochy mělkých kontinentálních šelfů a omezí tak obyvatelnou plochu pro všechny druhy obývající mořské dno. Výsledkem takového poklesu hladiny je i zmizení velkých vnitrozemských moří, která charakterizují mnoho období zemské historie, například křídu. Naopak, vzestup mořské hladiny poskytuje nové plochy pro život mořských organismů. Obráceně to probíhá na souši: snížení mořské hladiny rozšíří obyvatelnou plochu. Vznik a mizení suchozemských propojení mezi kontinenty lze přirovnat ke stavění nebo odstraňování plotů přes velké ostrovy. Panamská šíje byla kupříkladu za posledních několik milionů let střídavě nad a pod hladinou moře. Když je Panama nad vodou, poskytuje přirozený koridor pro migraci suchozemských zvířat severojižním směrem, naopak mořské organismy Mexického zálivu jsou izolovány od východního Pacifiku. Když je Panama pod hladinou, efekt je opačný. Velká americká výměna Vztah mezi druhy a územím ve vztahu k Panamské šíji byl doložen zvlášť dobře pro suchozemské savce. Po větší dobu evoluce savců byla šíje ponořena a Severní a Jižní Amerika byly od sebe odděleny. Obě fauny se vyvíjely rozdílně: V Jižní Americe převládali vačnatci a v Severní placentální savci. K určité migraci z jednoho kontinentu na druhý docházelo jen jakýmsi "přeskakováním" přes Antilské ostrovy. Každý kontinent však měl v zásadě nezávislý soubor savců a počet druhů na každém kontinentu byl v souladu s obyvatelnou plochou. Potom, asi před třemi miliony let, se pevninský most vynořil a savci přešli "suchou nohou" ze severu na jih a z jihu na sever. Ze severoamerických druhů přešli na jih skunci, pekari, vlci, lišky, medvědi, velbloudi, koně, tapíři, mastodonti a několik dalších skupin. Na sever pronikli například pásovci, dikobrazi, oposum, lenochodi, opice a mravenečník. Výměna nebyla rovnoměrná - na jih proniklo víc severoamerických druhů než obráceně. Tato nerovnoměrnost pramenila přímo z faktu, že v Severní Americe žilo před propojením obou kontinentů víc druhů. Křivky vztahu počtu druhů a plochy prostředí (např. obr. 7.1) naznačují, že spojený kontinent nemohl být nadále sídlem všech druhů, které dříve obývaly oddělené části. Vzhledem k oboustranné migraci bylo vymírání nevyhnutné. 68

V obou Amerikách zpočátku vlivem této výměny stoupal počet druhů. Potom, když do hry vstoupila závislost počtu druhů na ploše, poklesl počet druhů na obou územích na úrovně dokonce poněkud nižší než před propojením kontinentů. V současné době je asi 50% jihoamerických rodů původem ze Severní Ameriky a asi 20% rodů severoamerických pochází z Jižní Ameriky. Vlivem vymírání způsobeného touto výměnou, a také kvůli pleistocénnímu vymírání na těchto kontinentech je celková fauna chudší než před propojením obou kontinentů. Historie tropických deštných pralesů Zvykli jsme si považovat tropický deštný prales za stabilní produkt pomalé evoluce trvající stovky milionů let. Přitom to není pravda! Geologický záznam nás přesvědčuje, že deštné pralesy se vyskytovaly jen místně jak v čase tak v prostoru, protože vyžadují neobvyklou shodu podmínek, jaké přetrvávají jen po relativně krátká období. Deštné pralesy, jak je dnes známe z povodí Amazonu nebo západní Afriky či z jiných oblastí závisejí na relativně nízkých globálních teplotách, které potlačují výskyt sezónních období v oblasti rovníku, na vzájemné poloze kontinentů, na terénu, který umožňuje vydatné deště a na dostatečně dlouhém čase, který umožní druhům vytvořit složité komunity. Fred Siegler, paleogeograf a klimatolog Chicagské univerzity, odhaduje, že tropické pralesy trvaly pouhou čtvrtinu doby z posledních 350 milionů let, t.j. od doby, kdy se poprvé vyvinula rozrůzněná suchozemská vegetace. Přechod od deštného pralesa na jiný typ společenstva musel způsobit závažné změny v obyvatelné ploše a zajisté byl příčinou vyhynutí druhů. Přechod však mohl mít i konstruktivní dopad: pokaždé, když se tropický prales restauroval z roztroušených přežívajících druhů, naskytla se příležitost pro evoluční inovace včetně nových adaptací. Zajímavým úkazem deštného pralesa je jeho obrovská biodiverzita. Většina rostlinných i živočišných druhů žije ve vlhkých tropických oblastech. Kdyby tyto pralesy zmizely, změnila by se drasticky i globální biodiverzita. Vzhledem k tomu, že rozsah deštných pralesů se v geologické minulosti značně měnil, musela podléhat fluktuacím i globální biodiversita; mohla se pravděpodobně lišit od hodnot dnešních, a to na obě strany. Zvláštní pozornost si zasluhuje historie našeho současného deštného pralesa za posledních 50 000 let. I když záznamy jsou nedostatečné - v tropických oblastech se fosilie špatně dochovávají - známe toho dost na to, abychom mohli vznášet zajímavé otázky. Je dost důkazů na to, že Amazonie i západní Afrika prodělaly za toto období alespoň čtyři chladná a suchá období, ve kterých musel deštný prales ustoupit. Na obr. 7.2 je odhad změn v jižní Americe. Levá mapa znázorňuje současný rozsah tropického deštného pralesa; mapa vpravo pravděpodobná refugia, které zaujímal v suchých obdobích. 69

Podobné mapy byly sestaveny i pro západní Afriku" Také je na nich patrný rozpad velké souvislé oblasti do mnoha malých ostrůvků. Musím však dodat, že mapy deštného pralesa pozdního pleistocénu jsou kontroverzní, protože nedostatek dobré dokumentace vyžaduje používat často zpochybnitelná data. Vedle běžných závěrů, které z toho mohou vyvodit konzervátoři, poskytuje historie deštných pralesů i spoustu širších evolučních zápletek. Připusťme například, že příjmeme tvrzení, že ve zcela nedávné době se plocha tropického pralesa snížila o 84%, jak je to znázorněno na obr. 7.2. Došlo by k mnoha vymíráním, k některým kvůli vztahu druh/plocha k jiným proto, že mnoho druhů je přirozeně vázáno na oblasti, pokryté lesem. Připomínám, že mnoho tropických druhů, zvláště hmyzu, se omezuje jen na jedinou malou oblast, někdy snad dokonce jediný strom. Jestliže to všechno príjmeme, musíme nějak vysvětlit, jak se mohla nezanedbatelná část obrovské diversity současných deštných pralesů vyvinout během období kratšího než 50 000 let. To se zdá být neuvěřitelná rychlost speciace, která vyvolává víc otázek, než poskytuje odpovědí. Nedostatek faktů o nedávné historii deštných pralesů by se dal napravit, ale jen rozvinutím intenzivních výzkumných programů zaměřených zejména na vývoj klimatu a sběr paleontologických dat. Než k tomu dojde, zůstává vývoj deštných pralesů a jeho evoluční důsledky, záhadou.

70

Kapitola 8

Fyzikální příčiny vymírání Richard Cowan z Californské univerzity v Davisu ve své vysokoškolské učebnici Dějiny života (History of life, 1976) píše o příčinách hromadného vymírání na konci křídy: "Byla nabídnuta nejrůznější vysvětlení vymírání (impakt meteoritů, rozsáhlé vulkanické erupce, výron smrtícího záření ze Slunce, otrava selenem z vulkanického popela, biblická potopa světa atd.) My však jako seriózní vědci bychom se měli pokusit najít nejdříve zcela obvyklé příčiny než se uchýlíme k vysvětlením, která lze jen s obtížemi potvrdit nebo zamítnout." Tento citát ilustruje filosofii, kterou se geologové dlouho řídili: Přítomnost je klíčem k minulosti. Dopadající meteority, rozsáhlé erupce, dopad smrtících paprsků a podobné jevy nebyly v lidských dějinách nikdy zaznamenány ("přítomnost") v rozsahu nutném k hromadnému vymírání, a tak byly z úvah vyloučeny. Ve své knize Cowan pokračuje výčtem několika "rozumných" a "zcela obyčejných" příčin hromadného vymírání. Končí tímto názorem: "V podstatě tedy můžeme uzavřít, že změna klimatu vyvolaná zejména pohyby kontinentů, hrála hlavní roli mezi příčinami biologických změn na konci křídy. Pochopitelně, toto líčení je zatím jen kostrou, kterou je třeba obalit masem ve formě solidních faktů. Poskytuje však zatím nejlepší vysvětlení pro křídové vymírání, které následovalo tak těsně po zatopení kontinentů ve střední křídě." Na stránkách, které se nacházejí mezi oběma citovanými odstavci, přináší Cowan stručné, ale rozumné zdůvodnění svých závěrů. Konstatuje, že vymírání se týkalo suchozemských i mořských organismů a proto vyžadovalo globální příčinu, což vylučuje hned několik horkých kandidátů. Nakonec zvolil za hlavní příčinu klimatickou změnu, protože ta mohla postihnout všechna prostředí, a protože existuje geologický záznam ve prospěch globálního ochlazení na konci křídy. K tomu Cowan přidává výběrové vymírání velkých zvířat, když poznamenává, že "v ekologickém smyslu žijí vždy nebezpečně na hraně". Cowan netvrdí, že spor je rozhodnut uvádí jen klimatickou změnu jako nejpravděpodobnější vysvětlení. Tradiční favorité Fyzikální vysvětlení vymírání jsou podávána ve dvou verzích: jedna pro hromadné vymírání a druhá pro pozadí. V případě hromadného vymírání jsou daleko nejpopulárnější změny globálního klimatu a kolísání hladiny oceánů. Dalším kandidátem je změna salinity oceánských vod. Ještě dalším je anoxie, vyčerpání kyslíku v mělkých mořích.

71

Pro vymírání menších rozsahů byla navržena celá plejáda fyzikálních příčin, jakými jsou místní klimatické změny na pevnině doprovázené změnami v erozi, a tím i změnami v množství a kvalitě oceánských sedimentů. Obecně se však tyto události menšího rozsahu těšily menší pozornosti. Snad jsou považovány za tak složité, že pátrat po jejich příčinách je marné a dokonce zbytečné. Hladina oceánů a klima Hladina oceánů kolísala od té doby co oceány existují. Dnes je poměrně nízká, i když během vrcholů pleistocénního zalednění byla ještě o 200 metrů níž. V malých oblastech je hladina moře ovlivňována lokálními pohyby zemské kůry. Povrch pevniny vlivem tektonických sil stoupá nebo klesá a tím se také posunuje průsečík moře a souše. Hladina moře je dokonce ovlivněna lidskou aktivitou: k tomu došlo v případě poklesu pobřeží způsobeného těžbou ropy v oblasti Los Angeles. Větší změny hladiny moře jsou způsobeny buď zaledněním nebo posuny zemské kůry, které mohou způsobit změny ve tvaru oceánských pánví. Za posledních několik staletí stoupala hladina oceánu v důsledku tání polárního ledu. V některých oblastech však byl tento trend vyrovnán místními pohyby, z nichž některé mají také příčiny v zalednění. Ve Skandinávii například ve většině případů hladina moře postupně klesala, protože zemská kůra se tam dodnes zvedá, zbavena tíhy někdejšího kontinentálního ledovce. Sledování změn hladiny moře v průběhu dějin Země je teoreticky jednoduché. Ne však v praxi. Fosilie často vyznačují rozložení pevniny a moře: organismy, o kterých víme, že jsou pozemské, znamenají uložení na kontinentech, mořské organismy naopak uložení na dně oceánů. Fyzikální záznamy ze sedimentárních hornin poskytují také informaci - zejména jsou-li z oblastí mělkých vod a pláží. Potíží ovšem je, že tyto lokální nebo regionální vlivy mohou překrýt globální záznam. Na obrázku 8.1 je příklad pohybů hladiny moře - tzv. Vailova křivka, kterou vypracovala výzkumná skupina firmy Exxon. Situaci komplikuje fakt, že údaje o hladině moře jsou v některých případech tajné. Petrolejářské společnosti investují obrovské prostředky do výzkumu a vývoje, aby mohly zjistit hladiny dávných moří, protože ropa a zemní plyn bývají nahromaděny blízko starých linií pobřeží. Křivka na obr. 8.1 byla publikována v otevřené vědecké literatuře, ale výsledky tohoto druhu jsou často nedostupné, nebo jsou zveřejněny v neúplné formě. Někdy se také objeví křivka celá, ale chybí údaje o metodách, kterými byla získána. Sestrojit chronologii klimatických změn je ještě obtížnější. Klima je složitý jev, zahrnující teplotu, proudění, sezóny a podobné faktory. Daleko nejlépe z těchto faktorů byla prostudována teplota. Údaje o teplotách v dávných dobách pocházejí z rozložení fosilií, o kterých se ví, že byly 72

klimaticky omezeny, a z některých - většinou izotopických - analýz hornin a fosilií. Poměry izotopů některých prvků totiž odráží změny teplot, ke kterým došlo v době vzniku horniny (fosilie). Samozřejmě, teploty se mezi různými místy značně liší. A tak žádný teplotní záznam ze souše či z moře není typický. To ještě víc komplikuje sestavování chronologie. Navzdory těmto problémům byly křivky vývoje klimatu sestrojeny. Příklad vývoje teplot je na obr. 8.2. Vztah druhu a plochy Jak už jsme viděli, změny v rozložení pevniny a moře mají vliv na plochu, která je pro organismy k dispozici. Vztah mezi počtem druhů a plochou byl ilustrován na příkladě vymírání suchozemských savců poté, co se Severní a Jižní Amerika propojily Panamskou šíjí. V tomto odstavci se budu věnovat vlivu změn klimatu a mořské hladiny na vztah mezi druhy a obývanou plochou. Představte si mořský život na širokých šelfech, které obklopují většinu kontinentů. Od linie pobřeží typického kontinentu dno pozvolna klesá do hloubky 135 m (globální průměr). Sklon šelfu je velmi mírný, v průměru sotva dosahuje desetiny stupně. Okraj šelfu je vyznačen změnou úhlu: dno pokračuje strmým pevninským svahem. Kontinentální šelfy jsou různě široké, téměř od nuly v jižní Kalifornii, až po několik stovek kilometrů u východního pobřeží Severní Ameriky. Kontinentální šelfy bohaté na živiny byly vždy místem s vyšší biomasou než hluboký oceán. Přitom se šelfy velmi citlivé k výkyvům hladiny moře. V případě vysušení kontinentálních šelfů se drasticky zmenší habitat pro jejich obyvatele. Na původním kontinentálním svahu sice pochopitelně existují oblasti s malou hloubkou, ale vzhledem k jeho větší strmosti je celková plocha vhodných hloubek malá a obyvetelé šelfu jsou tak vystaveni drastickému zmenšení svého habitatu. Obyvatelná plocha hraje rovněž roli v případě velkých vnitrozemských moří podobných těm, která pokrývala v období křídy větší část západní části Severní Ameriky. Většina těchto moří byla velmi mělká, snad jen několik desítek metrů. K jejich úplnému vysušení tedy postačoval poměrně malý pokles mořské hladiny. Vztah mezi počtem druhů a plochou platí do určité míry pro střídavě zaplavované a vysoušené kontinentální šelfy a vnitřní moře. Když jsou tato místa zaplavena, poskytují nový prostor pro speciaci, jejich vysoušení však způsobuje vymírání. Klimatické změny také ovlivňují vztah mezi druhy a plochou na souši. Poklesem globální teploty se zužují klimatické zóny ve středních a nízkých zeměpisných šířkách. Izotermy se posunují na jih v případě severní polokoule a na sever v případě polokoule jižní. Se vzestupem

73

teploty se izotermy naopak od rovníku vzdalují a oblast tropů se rozšiřuje. Toto rozšiřování a zužování klimatických zón pozměňuje obyvatelnou plochu pro mnoho rostlin a živočichů. Když to všechno shrneme, nebude překvapující, že změny klimatu a mořské hladiny - působící prostřednictvím vztahu druh/plocha - jsou horkými kandidáty pro vysvětlení dávných vymírání. Hladina moří a klima Vztah mezi vymíráním a hladinou oceánu či teplotou se zatím téměř nikdo nepokusil ověřit statisticky. Částečně je to způsobeno nejistotami ohledně výše hladin či teplot. Myslím si však, že je to zapříčiněno také tím, že většina geologů a paleontologů má málo zkušeností s příslušnými metodami. Problém vymírání vyžaduje techniky z oblasti, která je známa jako analýza časových sledů. Tyto statistické metody ve většině základních kurzů chybí. Z uvedených příčin jsou proto argumenty pro vliv klimatu nebo hladin oceánu prezentovány spíše jako kvalitativní údaje - jako soubor reprezentativních, typových studií, často zahrnujících jednu nebo více z pěti velkých katastrof. Nechci tím říci, že nematematické přístupy jsou v zásadě špatné. Věda by byla v těžkém položení, kdyby byly přijatelné jen teorie podložené tvrdou matematikou. Typové studie však ztěžují srovnání a vyhodnocování. Zajímavý test vlivu snížení mořské hladiny na vztah druh/plocha provedl můj kolega z Chicaga Dave Jablonski spolu s Carlem Flessou z Arizonské univerzity. Položili si důležitou otázku: Kdyby byl zlikvidován všechen život na současných kontinentálních šelfech, kolik globálních vymírání bychom zaznamenali? Jablonski a Flessa sesbírali údaje o geografickém rozšíření nejrůznějších mořských měkkýšů. Potom zanesli do tabulek globální faunu, která by zbyla po likvidaci kontinentálních šelfů a vypočátali hypotetický rozsah vymírání. Jde o extrémní scénář, který nedovoluje obyvatelům šelfů přesunout se dál od původního pobřeží Proto i odhad vymírání, který provedli uvedení autoři, představuje horní hranici, nejhorší alternativu. Vyšla jim neuvěřitelně nízká hodnota vymírání - jen 13% všech čeledí - daleko méně než 52% čeledí srovnatelných živočichů, které vyhynuly během permského masového vymírání. Vysvětlení je jednoduché: 87% všech těchto čeledí má alespoň jednoho zástupce v mělkých vodách kolem oceánských ostrovů se strmými břehy. Pobřežní linie těchto ostrovů by se při ústupu moře také měnily, obyvatelný prostor by však nebyl, na rozdíl od šelfů, ztracen. Na výsledky Jablonského a Flessy se dá namítnout, že vysušení kontinentálních šelfů je pouze prvním úderem, který sníží velikost populací a jejich geografické rozšíření, takže druhy přežívající na oceánských ostrovech budou náchylnější na ránu z milosti způsobenou menšími stresy. Autoři však oponují tím, že většina z 87% čeledí s ostrovními populacemi se vyskytuje na dvou nebo více ostrovech.

74

Práce Jablonského a Flessy zpochybňuje ústup moří - ať už způsobený glaciací nebo tektonicky - coby příčinu hromadného vymírání, i když se nedomnívám, že je tato teorie nadobro zavržená. Je potřeba další mnohem víc důkladného testování. Z prostorových důvodů nebudu uvádět celý přehled argumentů pro a proti teorii považující klima a kolísání mořské hladiny za hlavní příčinu velkých vymírání. Jsou složité a vyžadují detailní analýzy jednotlivých událostí. Musím proto ponechat čtenáře jen s vlastní domněnkou, že ani klima, ani hladina oceánů nebyly přesvědčivě prokázány coby příčiny kterékoliv z větších událostí vymírání. Ke svému skepticismu mám ještě jeden významný důvod: pleistocénní zalednění. Zkušenost z pleistocénu Pokud hromadné vymírání může být způsobeno změnou hladiny moří nebo klimatem, pak nedávné kontinentální zalednění muselo jedno takové výmírání způsobit. Epocha pleistocénu začala před 1,64 mil. let a skončila před 10.000 lety posledním ústupem kontinentálních ledovců. Toto časování je víceméně optimistické, protože předpokládá, že před 10.000 lety ledovce zmizely nadobro. Zalednění však přicházelo v několika etapách oddělených mírnými obdobími, a proto se také můžeme docela dobře právě nacházet v interglaciálním období. Možná, že pleistocén ještě neskončil. Pleistocénní záznamy jsou dobře prostudovány. Z geologického hlediska je to včerejší doba a zanechala usazeniny, které jsou intenzivně zkoumány. Byla to doba velkých změn v globálním prostředí, které postihly suchozemská i mořská společenstva. Hladina moří kolísala v rozmezí stovek metrů a teplotní zóny byly stlačeny směrem k rovníku. Výrazné projevy počasí, zejména systém monzunů, se značně lišily od dnešních. Docházelo také k markantním změnám v koncentraci atmosferického oxidu uhličitého. Změny mořské hladiny měnily geografii, podle růstu a úbytku ledovců se tvořily a opět mizely ostrovy a pevninské šíje. I když se v dějinách Země odehrálo mnoho glaciálních období, pleistocénní zalednění patřilo pravděpodobně k nejtvrdším; přesně srovnávat však lze jen s obtížemi, protože starší glaciace nejsou tak dobře prostudovány. Během pleistocénu docházelo k vymíráním, nedají se však srovnat s pěti velkými katastrofami. Intenzita vymírání byla mnohem nižší než pro ty události, které používáme k oddělení jednotlivých geologických období. S výjimkou suchozemských savců, o kterých jsme už mluvili v souvislosti s teorií bleskového úderu, vymírání v pleistocénu bylo bodové, bez logiky. Několik málo skupin na několika místech trpělo, ale jen několik málo rodů a čeledí bylo ztraceno. Nejblíže k hromadnému vymření bvli snad mořští měkkýši tropického západního Atlantiku a karibské oblasti, a to během předglaciálního ochlazování asi před 3,5 mil. let. Tuto událost 75

podrobně studoval Steven Stanley, který shrnuje, že šlo o "regionální hromadné vymírání" geograficky ohraničené fauny zaskočené poklesem teploty. Paralelní analýza pacifických měkkýšů neprokázala žádné významné vymírání. I když tedy v pleistocénu docházelo k vymíráním a některá byla způsobena změnou klimatu nebo hladiny moře, nelze je označit jako hromadná vymírání. Ani pro vzdálenější minulost nenajdeme významné propojení mezi vymíráním a glaciací. Tak například hromadné vymírání na konci křídy se odehrálo v dlouhém období bez zalednění. Pleistocenní zalednění tedy může jen zchladit naše nadšení pro teplotu a hladinu moří jako obecných příčin vymírání. V tomto bodě mohu téměř slyšet některé své kolegy jak mi vyčítají, že se až příliš snažím nalézt jedinou příčinu vymírání. Proč nepřijmout názor, že většina vymírání jsou složité události a že se mezi sebou liší? Proč nemohla být hlavní příčinou permského vymírání změna hladiny moře, křídového změna klimatu a v Devonu zase něco jiného? Odpovídám, že to tak opravdu mohlo být, sám však doufám, že to tak nebylo. Jen těžko by se pak takové události prokazovaly, a to z následujících důvodů: Předpokládejme, že k velkému ústupu moře a hromadnému vymírání došlo jen jednou v dějinách Země. Pokud by obě události spolu časově souvisely, měli bychom dobrý důvod považovat pokles hladiny za příčinu vymírání. Změny hladiny moře i vymírání jsou však roztroušeny v celé geologické historii a to spolu se spoustou jiných událostí. Nemáme žádný prostředek k určení příčiny a následku kromě hledání příznaků koincidence - to však vyžaduje mnoho příkladů - nejen jediný - pro každou dvojici příčiny a následku. Pokud se jednotlivá vymírání od sebe liší, určení příčin kteréhokoliv z nich by bylo téměř nemožné. Exotické fyzikální příčiny Pokud, jak tvrdím, "normální" geologické procesy nemohou způsobit výrazné vymírání, jaké jsou alternativy? Z definice existují procesy nebo jevy, které jsme nikdy nezažili. Samozřejmě nemám nic proti tomu, že žijeme ve vlídnější době, konstatuji jen, že nás tato skutečnost nutí uchylovat se ke spekulacím. Každá exotická příčina vyžaduje dva druhy faktů pro svojí podporu - že k ní vůbec došlo a že k ní došlo v souvislosti s vymíráním. Proces nebo jev musí zanechat jednoznačné stopy - "kouřící hlaveň". Daleko nejlepším kandidátem takové události je zatím kolize Země s tělesy ve Sluneční soustavě: kometami a asteroidy. Těmto událostem věnuji následující kapitolu. Nejdříve si promluvme o jiných možnostech.

Neobvyklý vulkanismus

76

Jednou z myslitelných příčin vymírání je vulkanismus neobvyklé intenzity, nesrovnatelně větší než k jakému kdy došlo v lidských dějinách. Navrhovaný scénář uvažuje explozivní vulkanismus podobný explozi sopky Krakatoa v roce 1883, ale v mnohem větším měřítku - s několika současně explodujícími sopkami. Exploze Krakatoy uvolnila energii ekvivalentní stovkám megatun TNT. Vyvrhla tolik částeček popela a sulfátových aerosolů do atmosféry, že následky se daly pozorovat ještě po několik let. Globální teplota poklesla o několik stupňů, protože tyto částice odstínily sluneční záření. Navzdory tomu neměla tato erupce žádné biologické následky mimo bezprostřední okolí sopky. Avšak tisíc takových sopek explodujících současně mohlo způsobit velkou klimatickou změnu a snad dokonce zastínit planetu natolik, že byla znemožněna fotosyntéza. Vulkanologové však zdůrazňují, že neexistuje žádný důkaz, že by kdy současně explodoval dostatečně velký počet velkých sopek a není ani znám žádný mechanismus, který by takové koordinované exploze spustil. Navíc sopečná aktivita obvykle zanechá trvalý záznam a žádný geologický důkaz zároveň probíhajících erupcí nebyl nalezen. Na druhou stranu současné metody geologického datování nemusí být dost přesné, aby mohly zaznamenat současné události. Konec období křídy byl vskutku obdobím vulkanické aktivity, důkazy pro jejich současný průběh však nemáme. Jiný druh sopečné aktivity - vulkanismus záplavového typu - zanechává široké a tlusté vrstvy lávy, aniž by současně došlo k explozím. Vulkanické horniny v oblasti řek Columbia a Snake River na severozápadě USA jsou tomu dobrým příkladem. Podobnou strukturou je Deccanská plošina, silná vrstva čediče překrývající asi třetinu Indie. Odhady toků naznačují, že při vzniku těchto útvarů docházelo k velké produkci tepla. Někteří klimatologové se domnívají, že takový zdroj tepla mohl pozměnit globální cirkulaci vzduchu, zejména nacházel-li se blízko rovníku. Existuje asi šest opravdu velkých uloženin tohoto typu vulkanismu včetně dvou výše zmíněných. V několika případech existuje náznak časové shody s hromadným vymíráním. Tak například vznik Deccanské plošiny se téměř kryje s vymíráním na konci křídy. Ostatních příkladů je bohužel tak málo a datování je tak nepřesné, že dobré statistické testování je nemožné. Přívrženci tohoto typu vymírání (a je jich hodně) mají proto značné obtíže, aby přesvědčili své kolegy. Kosmické příčiny Spisovatelé sci-fi rádi zdůrazňují, že vesmírný prostor může být dost nepohodlný. Hvězdy vybuchují a srážejí se. Planetární systémy procházejí obrovskými molekulárními mraky. Kosmické prostředí je místem nejrůznějších druhů zdrojů záření o vysokých energiích. Mohly

77

takové události vážně ovlivnit život na Zemi? Život trvá po dobu 15-30% věku vesmíru. Za tu dobu se toho mohlo stát hodně. S výjimkou komet a asteroidů byly příčiny vymírání hledány ve vesmíru jen zřídka. Nabízejí se možnosti od exploze blízkých hvězd (supernovy) až po změny ve slunečním záření. Žádná z těchto hypotéz nebyla příliš plodná. Výskyt supernov je poměrně dobře znám, alespoň statisticky, astronomové se však shodují v tom, že příliš málo z nich bylo dostatečně blízko k tomu, aby mohli způsobit na Zemi významné biologické poškození. Změny v intenzitě slunečního záření (slunečná konstanta) jsou slibným kandidátem, nemáme však k dispozici žádné údaje kromě posledních několika staletí. Některé změny v záření Slunce lze předpovědět z teorií o vývoji hvězd, jde však o dlouhodobé trendy (jako např. 30% zvýšení sluneční konstanty za dobu existence Země) spíše než krátkodobé jevy potřebné pro hromadné vymírání. Zanechávám téma exotických příčin s pocitem frustrace. Snažil jsem se zhodnotit příčiny vymírání, které nikdy nikdo neviděl a tím jsem vzbudil spekulace a výlety obrazotvornosti vyhrazené obvykle lunatikům. Druhou alternativu - předpoklad, že známe všechny dobré kandidáty - však přijmout nemůžeme.

78

Kapitola 9

Kameny z nebe Meteorit je část asteroidu nebo úlomek kamenné komety, který spadl z nebe. Na univerzitě jsme se sice v 50. letech o meteoritech učili, ale moc toho nebylo. Studium meteoritů bylo vždy jen malou podoblastí vědy. Pro odborníky na meteority a pro kosmochemiky však tyto kameny poskytují jedinečný pohled na ranou fázi Sluneční soustavy. Zkoumání meteoritů je založeno na několika málo objektech, které byly nalezeny záhy po dopadu, takže unikly zvětrání. Obvykle mají průměr od několika centimetrů do několika decimetrů a tu a tam je naleznou farmáři na svých polích. Většina z nich je příliš malá na to, aby vytvořila při dopadu větší kráter. Největší známý meteorit, který stále ještě leží v Namibii na místě dopadu, váží asi 66 tun a největším vystaveným kusem je kámen o hmotnosti 34 tun v Haydenově planetáriu v New Yorku. Částí vědeckého katechismu, kterému jsem se naučil ve škole bylo tvrzení, že během raných fází vývoje Sluneční soustavy byly dopady velkých objektů zcela běžné a značně přispívaly k růstu Země a jiných Zemi podobných planet. Dověděl jsem se také, že bombardování skončilo dlouho předtím než se vytvořil současný povrch Země. Skončilo proto, že zásoba úlomků zbylých z rané fáze vývoje Sluneční soustavy se vyčerpala. Na Měsíci nebo na Marsu lze tyto krátery vzniklé oním raným bombardováním dodnes vidět, na Zemi však byly zlikvidovány erozí. Drobné meteority, které nalézáme na Zemi jsou jen žalostnými zbytky vyčerpaného mračna úlomků. Takto nás to učili. Jak už to bývá s věcmi, o kterých si myslíme, že je známe, ukázalo se, že celé líčení je pravdivé jen zčásti. Největším omylem bylo přehlédnutí faktu, že dopady velkých objektů pokračovaly i po onom raném bombardování. Jedním z nejznámějších příkladů je meteorový kráter v Arizoně, zvaný též Barringerův. V učebnicích z 50. let se sice o kráteru psalo, ale jen jaksi mimochodem. Léta trvaly spory o tom, jak vznikly ostatní kruhové struktury na Zemi, o kterých se dalo tvrdit, že jsou výsledkem dopadu velkého tělesa. Když čteme vědeckou literaturu padesátých let, nabydeme dojmu, že geologové nechtěli uznat existenci impaktových kráterů nedávného data. Většina geologů byla přesvědčena, že arizonský kráter vznikl sopečnou erupcí, a to navzdory okolí posetému úlomky železoniklové slitiny. V následujících dvaceti letech se vše změnilo v důsledku několika převratných objevů: 1) dvě formy křemene - stishovit a coesit byly rozpoznány jako jednoznačné indikátory velmi vysokých tlaků způsobených velkými impakty;

79

2) fotografie z družic odhalily struktury, které měly natolik charakter kráterů, že všechna stará vysvětlení (sopečné kaldery, náhodné útvary vzniklé korozí apod.) musely být zamítnuty; 3) datování měsíčních hornin přivezených výpravami Apollo ukázalo, že některé z nich jsou mnohem mladší než by odpovídalo ranému bombardování; 4) astronomická pozorování vesmírného prostoru v okolí Země ukázala, že stále existuje velké množství objektů křižujících dráhu Země, tj. asteroidů, které se mohou se Zemí srazit. Takto povzbuzeni začali geologové hledat impaktní krátery. Dodneška jich našli víc než stovku. Arizonský kráter byl nakonec degradován: patří mezi nejmenší (průměr 1,2 km) a nejmladší (50.000 let před dneškem). Většina paleontologů a také mnoho geologů však o těchto nových pracech nic neslyšela a nevěděla nic o tom, že starý pohled na rané bombardování zhroutil. Jen to může vysvětlit úžas a nevíru provázející v roce 1980 Alvarezovu práci, která předpokládala dopad meteoritu jako příčinu hromadného vymírání na rozhraní KT. Tvářili se jakoby jim někdo tvrdil, že dinosauři byli vystříleni malými zelenými mužíky z létajícího talíře. Frekvence vznikání kráterů Dnes panuje shoda v tom, že sice existovala raná fáze těžkého bombardování, která náhle opadla, dopady však pokračují s mnohem nižší frekvencí až do dnešních dnů. Dokonce existují důkazy pro tvrzení, že za posledních 600 milionů let se frekvence dopadů zvýšila. Nejnovější odhady frekvence dopadů jsou v tabulce 9.1. Čísla pocházejí z práce Eugena Shoemakera z Amerického geologického průzkumu, který nemalým podílem přispěl k výzkumu kráterů a současně k hledání asteroidů na orbitech blízkých zemskému. Odhady jsou vyjádřeny jako průměrné časové intervaly mezi krátery dané velikosti. Tabulka zahrnuje jak krátery způsobené asteroidy (70% případů), tak jádry komet (30%). Z velikosti kráterů můžeme zhruba odhadnout velikosti dopadlých objektů. V závislosti na rychlosti, úhlu dopadu a jiných faktorech způsobí těleso o průměru 1 km kráter o průměru 10-20 km; 10-kilometrové těleso vyhloubí kráter o průměru 150 km. Všimněte si, že tabulka vůbec neuvádí nejmenší krátery typu Arizonského, který je vskutku trpaslíkem navzdory působivým fotografiím a televizním snímkům. Arizonský kráter byl vytvořen tělesem o průměru šíře fotbalového hřiště. Podobně jako mnohé jiné přírodní jevy, které jsme už probrali, i velikost kráterů má velmi asymetrické rozložení, s mnoha malými a několika velkými případy. Abychom mohli odhadnout souvislost s vymíráním, musíme vědět nakolik jsou Shoemakerovy odhady spolehlivé a zda dopady uvolnily dostatečné množství ničivé energie, aby to vysvětlilo vymírání druhů. Shoemaker uvádí, že neurčitost jeho výsledků má "minimálně faktor 2". Znamená to, že průměrný interval 110 000 let pro impakty způsobující krátery o průměru 10 a 80

více km, může ležet kdekoliv mezi 55 000 a 220 000 lety. Může tedy být poloviční nebo dvojnásobný. Rozsah je zajisté velký, ale uvede nás do spolehlivých relací. Faktor nejistoty je dobře známý, protože byl odvozen nezávisle ze studia pozemských kráterů, kráterů na Měsíci a na planetách a z pozorování současných asteroidů a komet. Pokud Shoemakerovy preferované odhady neodpovídají realitě, je tomu tak proto, že jsou pravděpodobně podhodnocené. Jsou odhalovány stále nové a nové krátery a ve zvýšené míře jsou nalézány i nové asteroidy. Kromě toho, díky politice petrolejářských společností, téměř určitě neznáme všechny impaktové struktury, které byly objeveny. Mnoho kráterů je pohřbeno pod mladšími horninami a rozrušené horniny v okolí těchto kráterů jsou ideálním prostředím pro akumulaci ropy a plynu. Společnosti, které jsou si vědomy hodnoty těchto skrytých kráterů, příliš se zveřejňováním jejich umístění nepospíchají. Naštěstí to neplatí doslova: před několika lety společnosti, které zkoumají kanadský kontinentální šelf nalezly pohřbený kráter důležitý z hlediska vymírání: Kráter Montagnais má průměr 45 km. Podle kanadských zákonů musela být tato informace zveřejněna. Ničivá síla Pozorování ze současnosti nám toho moc neřeknou. Až kam sahá paměť naší civilizace, nezažili jsme impakt, který by se co i jen blížil tomu nejmenšímu ze Shoemakerovy tabulky. Největší známou událostí byl tunguský meteorit. K dopadu došlo v neobydlené části Sibiře dne 30. června 1908. I když nevznikl žádný kráter, všechny stromy na ploše tisíců čtverečních kilometrů byly vyvráceny tlakovou vlnou. Samotné těleso explodovalo při styku s atmosférou. Uvolněná energie byla ekvivalentní asi 12 megatunám TNT, tedy přibližně tolik, kolik se uvolní při explozi velké vodíkové bomby. Událost byla pozorována (a také uslyšena) cestujícími a personálem transsibiřského expresu, který projížděl asi o 700 km dále. Na místě však byla studována až po několika letech. Odhady ničivé síly meteoritu jsou podloženy téměř zcela jen teorií nebo počítačovými simulacemi založenými na této teorii. Pro dopad co jen jednokilometrového tělesa (plocha 10 fotbalových hřišť) je odhad uvolněné energie vskutku neuvěřitelný a mnohonásobně převyšuje energii, která by se uvolnila současným odpálením všech jaderných zbraní, které jsou na světě. Louis Alvarez citoval odhad pro impakt tělesa o průměru 10 km: 100 milionů megatun TNT. I kdyby bylo toto číslo příliš vysoké, ničivá síla takového dopadu leží mimo jakoukoliv představivost. Předpokládanými účinky velkých impaktů jsouv tlakové vlny, vlny tsunami, kyselý déšť, lesní požáry, zatemnění způsobené prachem a sazemi a globální oteplení či naopak ochlazení. 81

Nejistota co se týče teploty pramení z toho, že není jasné, zda by znečištěná atmosféra způsobila skleníkové oteplení (v důsledku pohlceného tepla) nebo naopak krutou zimu (v důsledku snížení dopadajícího slunečního záření). Mimo uvedené obecnosti o možných důsledcích na prostředí nevíme téměř nic. Protože jsme impakt nezažili sami, musíme se obrátit k fosilním záznamům. Máme-li dobře datované impakty, můžeme se ptát, jaké druhy a v jakých habitatech byly zasaženy (pokud vůbec). Jestliže bude tento přístup fungovat, je to další příklad situace, kdy minulost je klíčem k přítomnosti (a budoucnosti). Alvarez a vymírání na rozhraní KT Mnohokrát už byl vylíčen příběh o tom, jak (mezičasem zesnulý) Luis Alvarez, nositel Nobelovy ceny a štika mezi vědci, pracoval se svým synem, geologem Waltrem a dvěma chemiky, Frankem Asarem a Helen Michell, na záhadě hromadného vymírání. Čtenář najde podrobnosti v National Geographic z června 1989 nebo v kterékoliv z knih věnovaných příběhu - včetně mého vlastního snažení nadepsaného Případ Nemesis (The Nemesis Affair, 1986). Zde tedy jen stručně. Alvarezova skupina objevila vysoké koncentrace prvku iridia v horninách pocházejících z rozhraní křída-třetihory a to v Itálii, Dánsku a na Novém Zélandě. V některých meteoritech je iridium běžným prvkem, v zemské kůře je však přítomno jen ve stopovém množství. Skupina proto logicky došla k závěru, že hornina pochází ze zbytků impaktu asteroidu nebo kamenné komety. Iridia bylo tolik, že dopadlé těleso (často nazývané bolid) muselo mít v průměru 10 km. Vzhledem k časové shodě dopadu bolidu s hromadným vymíráním vyslovili domněnku, že vymírání bylo způsobeno důsledky impaktu meteoritu na životní prostředí. Za hlavní příčinu vymírání druhů považovali přerušení fotosyntézy, a to na souši i v moři, v důsledku zastínění prachovým mračnem. Bouřlivá odezva Alvarezovy práce vyprovokovala tolik nových výzkumů, že dnes toho víme o rozhraní KT a o hromadném vymírání víc než kdykoliv předtím. Zvýšené koncentrace iridia byly nalezeny ve spoustě hornin z rozhraní KT pocházejících z nejrůznějších míst světa. Co je důležitější, byly popsány další indikátory impaktů - šokem metamorfované minerály a izotopové signály. Byl dokonce nalezen minerál stishovit, jehož přítomnost svědčí o neobvykle vysokých tlacích. Iridium je tedy dnes jen jedním z mnoha (a ještě ne nejlepším) indikátorem impaktu na konci křídy. K vyřešení záhady by ještě víc pomohlo, kdyby byl objeven i ověřený kráter příslušných rozměrů a věku. Pro většinu geologů to tak důležité není. Většina povrchu planety je pod hladinou oceánů, kde rozeznat krátery není snadné. Navíc převážná část mořského dna z doby 82

křídy byla už zničena kerní tektonikou (podsunula se pod pevninu). Paleontologové však chtějí kráter, "dýmající hlaveň", který je pro ně přímým důkazem, a dokud ho nenajdou, zůstane pro ně Alvarezova myšlenka sporná. Problém chybějícího kráteru může být brzy rozřešen: v době, kdy píši tuto kapitolu (červen 1990), se vědecká komunita seznamuje se dvěma nedávnými pracemi z oblasti Karibského moře. Jedna z nich popisuje možný kráter pod Yucatanem a druhá se zabývá horninami na Haiti, které vypadají jako usazeniny vytvořené v důsledku obrovského impaktu. V komentáři k oběma článkům v časopise Science píše Richard Kerr, vědec a redaktor časopisu: "Potvrzené místo dopadu by uzavřelo důkazy pro teorii, že hromadné vymírání na konci křídy bylo způsobeno srážkou Země s asteroidem." V další části odstavce pak Kerr konstatuje, že důkazy "jsou pro většinu vědců zabývajících se tímto výzkumem postačující". Tento komentář mě uvrzuje v tom, že názor veřejného mínění se obrátil. Možná, že v několika následujících měsících sotva najdeme někoho, kdo by kdy pochyboval o spojení impaktu s vymíráním. Podobný posun se odehrál v 60. letech, kdy byla přijata kerní tektonika a kontinentální drift. Periodicita vymírání a Nemesis V myslích mnoha lidí je dopad meteoritu jako možná příčina vymírání na konci křídy neodmyslitelně spojen s jiným problémem - s periodou 26 milionů let mezi jednotlivými vymíráními. Obě teorie jsou však na sobě nezávislé. V roce 1984 jsme s Jackem Sepkoskim publikovali krátkou práci, která se zabývala statistickou analýzou hlavních období vymírání za posledních 250 milionů let a ve které docházíme k závěru, že jejich rozložení v čase je pravidelné - opakují se každých 26 milionů let. Nebyla to nová myšlenka. V podstatě jsme jen potvrzovali podobné, sedm let staré závěry A.G. Fischera a Michaela Arthura z Pricetonu. Ve své práci jsme nepředložili žádný příčinný mechanismus této periodicity, pouze jsme se domnívali, že příčina je mimozemského původu. Několik astronomů, kteří přijali naše závěry, přišlo s možnými vysvětleními. Nejvíc pozornosti vzbudila teorie, které předpokládala, že Slunce má malou partnerskou hvězdu, která se jednou za 26 milionů let přiblíží k Sluneční soustavě a způsobí změny drah komet s následnou sprškou kamení na povrch Země. Tato hypotetická hvězda je nejčastěji nazývána Nemesis. Periodicitě katastrof i interpretacím astronomů věnovala pozornost jak věda tak tisk. Níže krátce shrnu poslední vývoj. * Údaje o vymírání byly znovu podrobeny analýzám velkým počtem statistiků, geologů, paleontologů a astronomů. Výsledky nejsou jednoznačné: asi polovina z nich svědčí ve prospěch 26-milionové periody (někdy s drobnými korekcemi); druhá polovina nenachází žádný přesvědčivý důkaz pro jakékoliv cykly. 83

* Astronomové převážně zavrhli existenci Nemesis či jiných mechanismů, které by mohly způsobovat periodicitu. Myšlenka Nemesis padla, protože počítačové simulace ukázaly, že malá doprovodní hvězda na velkém orbitu by byla nestálá - její dráha by se snadno narušila vlivem sousedních hvězd. Nemesis také nikdy nebyla nalezena - navzdory soustavnému vyhledávání automatickým teleskopem. Přikláním se k názoru, že periodicita dobře vystihuje historii vymírání za posledních 250 milionů let, navzdory tomu, že nám chybí věrohodné vysvětlení jeho příčin. Diskuse mezitím ustala, protože většina zainteresovaných vědců dospěla k závěru, že dostupné údaje žádnou periodicitu nevykazují. Teorie je však pořád tady a čeká na nová data nebo na nový úhel pohledu na známé údaje. Naštěstí problém periodicity není pro tuto knihu až tak životně důležitý. Z hlediska evoluce není příliš rozdíl mezi pravidelně se opakujícími nebo zcela nepravidelnými vymíráními. Křivka záhuby založená na průměrných časových intervalech mezi událostmi je prakticky nezávislá na periodicitě.

84

Kapitola 10

Mohou za všechno vymírání dopady meteoritů? V předchozí kapitole jsem vyslovil domněnku, že deset let trvající spor týkající se impaktové teorie vymírání na konci křídy může brzy skončit. Zastánci impaktové teorie se však prohlásili za vítěze už dříve, i když názory se docela dobře mohou ještě změnit. Věda je už taková. Než abych na tomto místě pokračoval ve sporu, budu se věnovat širší otázce: Mohli být impakty meteoritů tou hlavní primární příčinou vymírání druhů během evoluce života? Tato otázka je kupodivu snadnější. Místo abychom se dohadovali o jediné události, kde roli mohla hrát i shoda náhod, budeme se v této kapitole zabývat celými dějinami vymírání a některými jejich charakteristikami. Spory o věrohodnosti teorie V posledních letech jsem své kolegy několikrát přesvědčoval, že dopad meteoritu mohl být příčinou většiny vymírání. Reagovali velmo zvláštním způsobem. Obvykle kontrovali otázkou typu "Nemohla být některá hromadná vymírání přece jen způsobena i jinými faktory?" Tam, kde jsem řekl "vymírání", mí posluchači slyšeli "hromadná vymírání". Dopad meteoritu jako příčina hromadných vymírání je něco, o čem jsou ochotni diskutovat; dopad meteoritu jako příčina většiny všech ostatních vymírání jim však připadá jako bláznivý nápad a odmítají naslouchat. V roce 1988 na konferenci venované vymírání jsem přednesl referát, ve kterém jsem propagoval obecnou platnost vymírání působením impaktů. Myšlenka byla zdánlivě přijata příznivě, ale většinou jen proto, že jsem jí označil jako "myšlenkový pokus" a netvrdil jsem, že jí sám věřím. Je rozumné se domnívat, že by dopady komet a asteroidů mohly vysvětlit vymírání na úrovni pozadí stejně dobře jako jednu nebo víc z pěti velkých katastrof? Myslím, že ano. Když tak postupuji kapitolu za kapitolou, hluboce na mne působí poznání, že příroda má velké potíže s eliminací druhů, které obývají velké areály. Tetřívek byl až do příchodu člověka prakticky v bezpečí - alespoň v časových škálách, ve kterých se ubírá lidské myšlení. V podobných příkladech je běžný a může být dokonce nutný první úder, který zmenší geografické rozšíření druhu. Rychlé a kruté environmentální stresy během pleistocénní glaciace nezpůsobily žádnou větší vlnu vymírání. Existují pro to dvě vysvětlení: (1) každý z dobře zavedených druhů má oblasti - refugia - dostatečně rozlehlá pro přežití druhu nebo (2) mnoho, (či dokonce většina?) druhů je schopna migrací rychlejších než je rychlost posunu klimatických zón nebo linií pobřeží. 85

Je zřejmé, že pleistocénní zalednění nebylo dost rychlé ani dost kruté na to, aby zasáhlo významnější počet druhů. Mohou existovat jiné, normální geologické procesy, které jsou ještě rychlejší a mají ještě tvrdší dopad? Jedna z mála možností je kontinentální drift, zejména přizpůsobení vztahu mezi počtem druhů a plochou areálu při oddělování nebo splývání velkých pevninských bloků. Nemyslím si však, že tento mechanismus může vysvětlit významnou část vymírání. V kapitole 7 jsem popsal vymírání druhů způsobené migrací přes Panamskou šíji. K vymíráním došlo, nebyla však rozsáhlá a nezanechala hluboké následky. Křivka záhuby (obr. 4.5) znázorňuje vztah mezi vymíráním a časem; Shoemakerovy odhady frekvence vzniku kráterů (kap. 9) poskytují vztah mezi dopady meteoritů a časem. Oběma vztahům je společný čas. Udělejme proto další krok a předpokládejme (jako pracovní hypotézu, myšlenkový experiment, provokaci nebo cokoliv chcete), že všechno vymírání je způsobeno dopadem meteoritu. Můžeme pak napsat rovnice pro oba vztahy, propojit je a vyloučit jejich společnou proměnnou. Dostaneme jedinou rovnici, která vyjadřuje vztah dopadu meteoritu k vymírání. Graf této funkce na obr. 10.1 ilustruje zabíjení způsobené danou velikostí meteoritu za předpokladu, že dopady meteoritů jsou jedinou příčinou vymírání. V oblasti průměru kráterů nad 150 km je křivka čárkovaná, protože jde nad meze Shoemakerových odhadů. Další otázkou bude, zda křivka na Obr.10.1. má smysl v kontextu ostatních informací, které máme o vlivu dopadů. Alvarezova práce odhadovala, že meteorit z konce křídy musel zanechat kráter o průměru 150 km. Pro takový kráter křivka předpokládá vymření asi 70% druhů, což se blíží odhadům získaných na základě fosilního záznamu. Zatím vše odpovídá. Nad tuto hladinu vybíjení druhů stoupá s průměrem kráterů, ale jen zvolna. Protože je tato část křivky čárkovaná, nemusí odpovídat realitě, v každém případě však nepředpokládá úplné vyhlazení života. Tato skutečnost podporuje moje původní předpoklady, protože matematické výpočty mohly docela dobře dát i jiné výsledky, řekněme 100% vyhubení druhů u kráteru s průměrem 200 km. Na spodním konci této křivky se účinek malých impaktů (s krátery menšími než 10 km) blíží nule. To také odpovídá naší zkušenosti, protože existuje mnoho malých kráterů, které nejsou spojeny s žádným neobvyklým vymíráním. Pokud bychom vzali křivku (a rovnici, která ji popisuje) doslova, vidíme, že k 5% vymírání dochází u kráterů o průměru 24,5 km, a krátery této velikosti vznikají v průměru jednou za milion let. Pět procent je zhruba míra vymírání, která definuje "biostratigrafickou zónu" - nejmenší jednotku geologického času, která je ještě rozeznatelná podle fosilií v globálním nebo téměř globálním měřítku. V mnoha geologických vrstvách odhadují paleontologové průměrné trvání stratigrafické zóny na asi 1 mil. let.

86

Předchozí líčení v žádném případě nedokazuje souvislost mezi impakty a vymíráním, ale je věrohodná. Křivka spojuje dva vztahy získané z naprosto rozdílných zdrojů - krátery a fosilie - a přece výsledky dávají smysl. Tato skutečnost pak posiluje domněnku, že dopady meteoritů jsou vskutku obecnou příčinou vymírání. Spory o korelaci pozorovaných dat V dalším postupu musíme zjistit, zda existuje korelace mezi datem dopadu meteoritu a datem vymírání. Pokusím se o dva přístupy. Jedním z nich je shrnutí údajů o výskytu iridia, které byly publikovány v posledním desetiletí. Existují sice i lepší indikátory dopadu meteoritů než je iridium, právě výskyt iridia byl však nejčastěji zkoumán. Druhým přístupem je srovnání doby vzniku známých kráterů s dobami vymírání. Dobře definované iridiové anomálie byly mimo rozhraní KT popsány v dalších šesti geologických horizontech. Jsou uvedeny v tab. 9.1. Zda tyto anomálie potvrzují vztah mezi dopadem meteoritu a vymíráním, je sporné a závisí na mnoha faktorech. Nejstarší anomálie (frasn) je v koincidenci s jednou z pěti velkých katastrof. Další z nich (callov), nepatří k velkému vymírání, ale označuje fosiliemi vymezenou hranici mezi střední a svrchní jurou. Třetí anomálie (cenoman) je v dobré shodě s vymíráním, ale za příčinu tohoto vymírání bývá považováno snížení koncentrace kyslíku v oceánech. Anomálie v eocénu opět souvisí s vymíráním, ale nepříliš významným; tato vrstva obsahuje i další důkazy o dopadu meteoritu. Anomálie ze středního miocénu souvisí podle Sepkoského se zvýšeným vymíráním. Většina paleontologů však toto vymírání za příliš významné nepovažuje. Poslední anomálie, z pliocénu, je omezena geograficky a pokud vůbec způsobila vymírání, tak asi ne významné. Vidíme tedy, že vztah iridiových anomálií k vymírání není jednoznačný. Zůstává otevřenou otázkou, zda anomálie podporují vztah mezi impakty a vymíráním. S iridiovými záznamy jsou spojeny dva vážné problémy. Zaprvé, většina anomálií byla nalezena při průzkumu těch částí geologického záznamu, ve kterých došlo k vymírání. To je pochopitelné, protože analýzy iridia jsou drahé a časově náročné. Proč proto nehledat iridiové anomálie především tam, kde je očekáváme? Vztah však nemůže být spolehlivě potvrzen pokud, nemáme také údaje o nepřítomnosti iridia tam, kde k žádnému vymírání nedošlo. V současné době probíhají zkoumání se širším záběrem, ale je ještě předčasné prohlásit, že propojení iridiumvymírání je spolehlivé. Druhý problém spočívá ve skutečnosti, že tři z uvedených šesti iridiových anomálií se týkají jediného druhu fosilií - stromatolitů. Stromatolity jsou mikrobiální povlaky, které zachycují sedimentující částice. Lze proto namítnout, že vysoké koncentrace iridia jsou způsobeny čistě schopností těchto mikroorganismů vychytávat stopová množství prvku, která se přirozeně 87

vyskytují v mořské vodě. V tom případě by iridiová vrstva neměla s kosmickými tělesy nic společného. Na druhé straně však mohly organismy vychytávat nezvyklá množství iridia právě proto, že jeho koncentrace v mořské vodě byla zvýšena v důsledku dopadu meteoritu. Existují vymírání většího rozsahu bez chemického důkazu o dopadu meteoritu? Ano, a je jich mnoho. U "matky všech katastrof" z konce permu selhaly všechny pokusy o nalezení stop impaktu. Nejlepší obranou zástanců teorie impaktu je v tom případě tvrzení, že dopady některých těles, zejména ledových komet, nemusí být doprovázeny zvýšením obsahu iridia. Navíc permské horniny s iridiem mohly existovat, ale byly rozrušeny erozí - což je rozumná domněnka, protože usazeniny způsobené dopadem se ukládají jen po velmi krátkou dobu. Když se teď podíváme na samotné krátery, můžeme sestavit velmi působivý seznam velkých kráterů, které souvisí s dobami vymírání. Stejně dobře však můžeme sestavit i seznam, který působivý nebude vůbec. Následují dvě obhajoby obou protichůdných stanovisek. Vymírání je spojeno s krátery Podle autoritativní souhrnné práce, kterou publikovali Grieve a Robertson (1987), bylo objeveno 11 kráterů o průměru minimálně 32 km z období mladších než kambrium. Průměr 32 km je významný, protože je to velikost potřebná k vyhlazení 10% druhů, jak vyplývá z křivky na obr. 10.1. Z těchto 11 kráterů je 9 velmi dobře datovaných. Několik z nich má věk, který víceméně souvisí s větším vymíráním. Z pěti velkých katastrof lze tři dát do souvislosti s velkými krátery (tab. 10.2). Tabulka uvádí nejpravděpodobnější datování, v některých případech však existují nejistoty. Vzhledem k nízké pravděpodobnosti uchování a objevení velkých kráterů je vskutku překvapující, že až pro tři velké katastrofy z pěti byly nalezeny odpovídající krátery. Jejich počet je natolik překvapivý, že musíme předpokládat, že každé velké vymírání bylo způsobeno ne jediným velkým impaktem, ale soustředěnou sprškou vesmírných objektů (pravděpodobně komet), což zvýšilo pravděpodobnost, že se uchová alespoň jeden kráter. Spršky komet byly už dávno přijaty jako pravděpodobný výsledek rozrušení oběžných drah komet náhodně pr ocházející hvězdou. Několik menších vymírání má také odpovídající krátery. Obrovský Popigajský kráter v Rusku o průměru 100 km vznikl před 39Ż9 miliony let - do tohoto rozpětí se vejde vymírání na konci eocénu (před 35 mil. let). Podobně Clearwaterské krátery v Québecu (32 a 22 km), které vznikly současně před 290Ż20 miliony let spadají, i když nepřesnost je vyšší, do období vymírání na konci karbonu (podle Harlandovy škály z roku 1989). Těch několik kráterů, které nemají svůj protějšek ve vymírání by se mělo dál zkoumat. Těchto případů je však příliš málo na to, aby mohly ohrozit silný vztah mezi krátery a vymíráním. 88

Malé krátery s průměrem menším než 32 km, i když jsou v geologickém záznamu běžné, bývají málokdy spojeny s rozpoznatelným vymíráním. Možnou výjimkou je kráter Ries v Německu (24 km) a nedaleký kráter Steinheim (3,4 km). Oba jsou přesně datované do doby před 14,8Ż0,7 mil. let - dostatečně blízko k malému vymírání ve pozdním středním miocénu (12 mil. let). Přesvědčeni? Vymírání nesouvisí s krátery Počet jednotlivých vymírání nelze z principu spočítat, protože neexistuje logický způsob, jak rozčlenit kontinuální vymírání do tříd či kategorií. Pět velkých katastrof se od ostatních liší jen podle naší dohody. Z toho vyplývá, že zatímco se zdá, že tři z těchto pěti katastrof mají odpovídající krátery, vztah přestane platit, když použijeme jinou klasifikaci vymírání. Pokud budeme definovat jako hromadné vymírání deset největších událostí místo pěti, počet událostí, které mají odpovídající krátery, značně klesne. Vzhledem ke svévolné povaze klasifikace vymírání se tak nelze ubránit podvědomému třídění a statistické testování jakýchkoliv závěrů je nesmyslné. Vůbec největší katastrofa - permská - nenese vůbec žádné stopy dopadu meteoritu a musela tedy být způsobena jinou příčinou. Datování jak impaktů tak vymírání je obecně velmi nepřesné. Chyby v radiometrickém stanovování věku kráterů mohou pocházet z mnoha zdrojů a i když obvykle jsou uváděny jejich meze (plus/minus), zdroje chyb a metody jejich odhadu jsou uváděny jen zřídka. Dokonce i když jim uvěříme, mnohá z udávaných čísel mají takovou míru nepřesnosti, že jsou nepoužitelná pro srovnání s daty vymírání. Tak například pro kráter v Charlevoix je udáván věk 360Ż25 milionů let. Vesmírné těleso tedy mohlo dopadnout kdykoliv mezi 335 a 385 miliony let a do tohoto rozmezí se vejde mimo frasnenského vymírání (před 367 miliony lety) i mnoho dalších vymírání. S datováním samotných vymírání je to ještě horší. Uvažujme například důležité vymírání na konci jury (tithon), které je zastánci impaktové teorie zcela přehlíženo. V pěti nejdůležitějších geologických časových škálách, které byly publikovány za posledních deset let, se konec období jury udává v rozmezí 130-145,6 mil.let. Vzhledem k problému s datováním nedává žádný pokus o korelaci výskytu kráterů a vymírání žádný smysl. Zmatek zplodí jen zmatek. Velikost kráteru je rovněž problémem, protože nebyla věnována pozornost dvěma velkým kráterům, ke kterým nelze přiřadit žádné vymírání. Jsou to kráter Montagnais na kontinentálním šelfu Nového Skotska a kráter Tookoonooka v australském Queenslandu. První má průměr 45 km a věk 51 milionů let, druhý 55 km a 128 milionů let. Oba krátery svým průměrem znatelně převyšují hranici 32 km, která je používána jako nejnižší mez pro biologicky významné události. 89

Přesto k žádnému z nich nelze přiřadit definované vymírání, pokud nebudeme tvrdit, že Tookoonooka téměř souvisí s vymíráním na konci jury (viz výše) za použití Harlandovy stupnice z roku 1982. I jediný kráter, který není spojený s vymíráním je jasným protipříkladem teorie. Pokud, jak se tvrdí, uvolněná energie velkého impaktu musí zlikvidovat velký počet druhů, pak vymírání musí být spojeno se všemi velkými impakty a ne jen s některými z nich. Je to jeden z případů, kdy konvenční statistika nemá žádné místo. Z dostupných dat musíme shrnout, že zdánlivá koincidence mezi krátery a vymíráním je čistě dílem náhody, malého počtu vzorků a snad i předpojatosti (jistěže nevědomé) při výběru dat. Zhodnocení Publikované vědecké články mají ve zvyku prosazovat vyhraněná stanoviska. Ve vědecké literatuře autoři zřídkakdy přiznají překvapení nebo nejistotu. Spíše se podobně jako u právníků shromážďují nejsilnější argumenty na podporu každého závěru. Nevím, jak to všechno začalo, ale je to součástí kultury. I když má tato praxe svoje výhody, její zápornou stránkou je, že vědecká komunita se u obtížných případů polarizuje. Jde právě o případy, které nemají jasnou odpověď, které stále vyžadují diskusi a zkoumání alternativních hypotéz. Podle momentální nálady jsem schopen podporovat jedno nebo druhé z právě uvedených stanovisek. Mnoho záleží na tom, jak se vyberou a uspořádají data. První stanovisko je atraktivnější a je pozitivní výzvou pro další výzkum. Druhé stanovisko je konzervativní a negativní a jeho autor se nepochybně snaží celou myšlenku zdiskreditovat. Autor prvního stanoviska je sympatičtější, autor druhého je zas pravděpodobně lepším vědcem, který trvá na přísné logice a pečlivém ověřování každého kroku. Povšimňěte si, že autoři obou obhajob používají spousty triků a taktických manévrů k důkazu svých stanovisek. První autor, který spoléhá na shody v pozorování, nebere v úvahu krátery Montagnais a Tookonoka, zatímco druhý zdůrazňuje právě tyto krátery jako zvlášť důležité protipříklady. Je možné, že první z autorů o kráterech nevěděl, protože nejsou v nejnovějším seznamu (Grieve a Robertson, 1987). U obou autorů ohromuje nedostatečný počet odkazů na prameny. Konečně, když druhý z autorů dvakrát naznačuje, že teorie vymírání v důsledku impaktů je zatížena neuvědomělou předpojatostí, dopouští se špatně skrývaného obvinění z podvodu. Narážky tohoto druhu nemají ve vědecké literatuře místo.

90

Kapitola 11

Perspektivy vymírání Jak vyhynout? Vědecké studium vymírání je velmi obtížné. Není možné provádět žádné pokusy a závěry jsou často ovlivněny předem formulovanými názory vycházejícími z obecné teorie. Přesto můžeme se značnou spolehlivostí konstatovat několik fakt založených na pozorování fosilií i žijících druhů. Zde jsou: 1. Životnost druhů je omezená. Žádný druh neexistoval déle než po velmi malý zlomek existence života na planetě. Deset milionů let je už nezvykle dlouhá dobou pro existenci druhu, přesto i tento interval představuje jen asi 0,25% celkové doby existence života. I když mohou některé druhy zmizet v důsledku pseudoextinkce - přetvoření jednoho druhu na jiný - skutečné vymírání převládá. Dinosauři, trilobiti a amoniti patří k mnoha skupinám, ve kterých velké množství druhů vyhynulo aniž by zanechaly následníky. 2. Druhy s malými populacemi vymírají velmi snadno. Toto konstatování vyplývá z diskuse kolem Bankrotu hráče (kap. 3). Vzhledem k tomu, že druhy vznikají jako malé populace - často na izolovaných ostrůvcích - jsou už v době svého vzniku blízko k vyhynutí. Jak jsme viděli v kapitole 7, pokud druh obsahuje méně jedinců než představuje minimální životaschopná populace, je pravděpodobné - i když pochopitelně ne jisté, že záhy vyhyne. 3. Druhy s velkým areálem není snadné vyhubit. Druh lze vyhubit pouze vymýcením všech jeho populací. Predátoři musí působit v rámci celého areálu, ne jenom na jeho části. Totéž platí v případě vymírání v důsledku soutěže druhů. Pokud jsou příčinou vymírání fyzikální faktory, musí být přítomny ve všech oblastech, které druh obývá. 4. Rozšířený druh se stává citlivým k vymírání v důsledku prvního úderu. Odolnost rozšířených druhů se může ztratit v případech, kdy jsou velké oblasti zasaženy náhlou a extrémní zátěží (ať už biologického či fyzikálního charakteru). Tento mechanismus byl předveden na osudu tetřívka v kapitole 7. První úder může být dokonce nezbytností, nebylo to však prokázáno. 5. Vymírání rozšířených druhů se zvyšuje působením zátěží, se kterými druh nemá běžnou zkušenost. Většina druhů rostlin a živočichů si vyvinula obranu vůči běžným stresům. I když jedinci žijí jen krátkou dobu, úspěšné druhy přežívají dost dlouho na to, aby prožily - a přežily tisícileté a dokonce statisícileté události. Vymírání však může způsobit událost, která předmětem zkušenosti druhu nikdy nebyla . Zde upozorňuji na křivku záhuby z kap. 4. K většímu vymírání dochází v intervalech desítek milionů let, zatímco během většiny kratších intervalů je vymírání

91

zanedbatelné. Vzhledem k tomu, že darwinovská evoluce závisí na neustálém tlaku přírodního výběru, organismy se nemohou přizpůsobit podmínkám, které nastávají jen zřídka. 6. Současné vymírání mnoha druhů je způsobeno stresy, které procházejí napříč ekologickými vztahy. Mnoho menších mechanismů vymírání je ostře omezeno na jediný ekosystém nebo habitat. Extrémem takového mechanismu je epidemie nemoci, která postihne jediný druh. I vymírání, které způsobí zhroucení celého ekosystému, málokdy zasáhne víc než jeden ze základních habitatů. Vymírání většího rozsahu, jak je známe z fosilních záznamů, měla však jasně ještě mnohem širší záběr. Z uvedených šesti bodů zasluhuje širší diskusi bod pátý, který tvrdí, že "normální" stresy nemohou eliminovat rozšířený druh. Možnou výjimkou je epidemie. Existují dobře doložená pozorování o rychlé devastaci rozšířeného druhu epidemií. Sem patří i zkušenost lidstva s různými morovými ranami. Přesto však případy, že by byl rozšířený druh dohnán k vymření v důsledku nemoci jsou velmi řídké, navzdory tomu, že jednotlivé případy, kdy byl druh epidemií tlačen směrem k vymření, existují. Takovým příkladem je americký kaštan. Americký kaštan býval důležitým stromem v dubovo-ořechovcových lesech Severovýchodu USA. V roce 1906 se v oblasti rozšířilo houbové onemocnění (přenesené náhodou z Číny) a zahubilo všechny velké stromy. Protože však kořeny jsou schopny houbě vzdorovat, druh v celém areálu přežíval. Dnes je tento strom běžnou složkou podrostu, přičemž stromy dorůstají šesti až sedmi metrů než je zahubí houba. I když je tedy tento případ běžně citován jako případ vymírání v důsledku nemoci, druh zůstává rozšířen ve velké oblasti a udržuje tam stabilní populace. Bude zajímavé sledovat, zda strom bude nadále přežívat jako rostlina podrostu nebo zda časem získá odolnost vůči houbě a vrátí se na svoje původní místo v ekosystému. Skutečnost, že vymírání v důsledku nemoci nebylo zatím pozorováno, může být jednoduše způsobena faktem, že lidská civilizace existuje jen pár tisíc let. Než však bude prokázán opak, musíme řadit epidemie mezi "normálními" stresy. Vyhubení rozšířeného druhu epidemií tak zůstává neprokázaným. Součástí Darwinovy teorie je předpoklad, že pomalý neustálý tlak způsobuje vymírání. Ve svém stěžejním díle O vzniku druhů přírodním výběrem použil Darwin metafory kmene, do kterého jsou zaráženy klíny. Každý další klín představuje nový druh. Při velkém počtu klínů každý nově zaražený klín způsobí vypadnutí jiného. Neustálý tlak vyvolaný novým, lépe přizpůsobeným druhem vede k vymírání jednoho nebo více dosavadních druhů. Myšlenka je to působivá a byla přijata celými generacemi biologů. V terénu však prakticky ověřena nebyla.

92

Pokud přijmeme předchozí důvody, musíme pro vysvětlení vymírání hledat skutečně vzácné a přitom vše pronikající příčiny, kterými bychom mohli vysvětlit vymírání v minulosti. Ze všech vážně

uvažovaných

příčin

tohoto

druhu

dávám

přednost

dopadu

meteoritu

jako

nejvěrohodnějšímu mechanismu. Jen velké impakty měly dostatečnou energii a přitom se vyskytovaly dostatečně často, ne však tak často, aby úplně znemožnily adaptaci přírodním výběrem. "Záludné" vymírání V padesátých a šedesátých letech, v době studené války, byla veřejnost znepokojena účinky radioaktivního spadu na zdraví. Byl proto proveden rozsáhlý výzkum fyziologických důsledků velkých dávek ionizujícího záření. V centru pozornosti byly bezprostřední účinky radiace - tzv. somatické poškození - v protikladu k dlouhodobým genetickým účinkům. Byly získány výsledky o somatickém poškození nejrůznějších druhů rostlin a živočichů. Z důvodů, které pravděpodobně souvisí s dělením buněk, jsou některé organismy imunní k dávkám, které jsou pro jiné organismy smrtelné. Příkladem je hmyz a trávy, jejichž druhy tolerují daleko vyšší dávky záření než savci. Proveďme teď myšlenkový experiment a předpokládejme, že je Země zasažena dávkou záření o vysokých energiích přicházejícím z blízké supernovy. Předpokládejme, že záření má právě takovou intenzitu, že zahubí všechny savce žijící na pevnině. Tatáž dávka však ušetří hmyz i trávy. Naše výpočty nemusí být příliš přesné, vzhledem k velkému rozdílu v citlivosti obou skupin. Hypotetická supernova způsobí velké vymírání. Eliminace druhů však bude vysoce výběrová: oběťmi budou jen ty organismy, které jsou vysoce citlivé k dopadajícímu záření, jako například savci. Zda vyhynou všichni příslušníci třídy savců bude záviset na tom, jak dlouho bude záření dopadat, na schopnosti zahrabat se nebo najít úkryt v jeskyních a na postavení obětí v ekologických vztazích - mohou vymřít druhy potravně závislé na obětech. V každém případě mohou přežít mořští savci (velryby, delfíni atd.), protože voda má stínící vlastnosti. Ať už bude třída savců postižena celá nebo ne, dojde k rozsáhlé decimaci savců a na nich závislých druhů a přežije jen pár roztroušených druhů s atypickým způsobem života. Celou událost však téměř nezaznamená hmyz, trávy a většina ostatních organismů, které nejsou na savcích závislé. Tento myšlenkový scénář, i když poskytuje vysoce výběrové vymírání, nemá prakticky nic společného s adaptivními kvalitami organismů v normálních dobách. Vysoká imunita hmyzu k záření o vysokých energiích není adaptace způsobená přírodním výběrem, protože normální hodnoty radiace po celou dobu existence Země byly mnohem nižší než ty, které předpokládá náš scénář. Odolnost hmyzu je spíše náhodným vedlejším produktem evoluce. 93

Tento druh vymírání je selektivní, ale není konstruktivní. Výsledkem nejsou organismy, které by byly více schopny přežívat ve svém normálním prostředí - za předpokladu, že daná dávka radiace se vyskytuje příliš zřídka na to, aby působila jako faktor přírodního výběru. Nazývám proto tento druh výběrového, ale nekonstruktivního vymírání vymíráním záludným (wanton extinction). Role vymírání v evoluci Ve fosilním záznamu můžeme pozorovat, že mnohé adaptivní novinky - nárůst speciace doprovázený vznikem nových čeledí a řádů - nastává po velkých masových vymíráních. Klasickým příkladem je rozvoj savců, který následuje bezprostředně po vymření dinosaurů. I když lze tento jev nejlépe pozorovat v případě pěti největších událostí, najdeme podobný vývoj i na ostatních škálách. V první kapitole jsem vyslovil domněnku, že kdyby nebylo vymírání, stoupala by biodiverzita až k nějaké nasycené hladině a poté by se speciace musela zastavit. V podmínkách nasycení by přírodní výběr pokračoval ve svém působení a nadále by docházelo k lepším adaptacím. K mnoha velkým inovacím v evoluci, jakými jsou nové tělní plány nebo nové způsoby života, by však pravděpodobně nedošlo. V důsledku takového vývoje by se evoluce zpomalila a dospěla by do stavu jakéhosi ustáleného dynamického stavu. Z toho pak vyplývá, že hlavní rolí vymírání v evoluci je odstranit druhy a snížit biodiverzitu, takže se objeví ekologický i geografický prostor pro inovace. Zvláštní výjimkou z evoluce, která je poháněná vymíráním, jsou bakterie a jiné primitivní organismy, které převládaly v prekambriu (kap. 2). Zdá se, že se tyto organismy za dlouhou dobu, co mají Zemi v držení, nezměnily. Mnohé z nejstarších fosilií jsou tvarem i strukturou nerozlišitelné od svých současných protějšků, i když biochemické rozdíly mezi nimi existovat mohly. Pokud tyto organismy vskutku přežily v nezměněné podobě, může to být tím, že se nikdy nedostaly na hranici vymírání jako složitější organ ismy. Zvláště bakterie jsou všudypřítomné a jsou schopny žít v extrémních podmínkách. Obvykle není snadné je usmrtit. NASA a podobné agentury pátrající po mimozemském životě - zvláště po životě nadaném inteligencí - si uvědomují důležitost vymírání v evoluci. Před dvaceti lety jsme se domnívali, že pro evoluci pokročilého života jsou nejlepší zárukou stabilní podmínky na planetě. Dnes však NASA zaměřuje svou pozornost výhradně na planety, na kterých dochází k dostatečně častému narušení prostředí, takže může docházet k vymíráním a následným speciacím. Je pro roli, kterou vymírání v evoluci hraje, důležitá výběrovost? V této knize jsme se v různých kontextech setkali se třemi způsoby vymírání: 1. Pěšák v poli - náhodné vymírání nezávislé na rozdílech v adaptacích. 94

2. Poctivá hra - výběrové vymírání v Darwinovském smyslu, které vede k přežívání jen nejodolnějších a nejlépe adaptovaných druhů. 3. Záludné vymírání - výběrové vymírání, kdy některé organismy přežívají přednostně, nikoliv však proto, že by byly lépe adaptovány ke svému normálnímu prostředí. Všechny tyto způsoby bezpochyby hrají svou roli v některých dobách a v některých měřítkách. Tvrdím však, že poslední způsob byl nepostradatelnou složkou při určování dějin života tak, jak je známe z fosilního záznamu. Nejdříve však musím zavést pojem známý jako fylogenetické omezení (constraints). Vztahuje se k poznání, že v evoluci mají skupiny tendenci k funkční i anatomické stabilitě. Určité vývojové dráhy se stanou geneticky zafixované. Přitom jsou pro organismus tak důležité, že jejich změna je nepravděpodobná či dokonce nemožná. "Montážní linka" růstových mechanismů je tak složitá, že jakákoliv důležitá změna volá po úplném přebudování "modelu". Proto je evoluce omezena na poměrně malé změny existujících struktur. Jsou to právě fylogenetická omezení, která třeba savcům zabraňují vytvořit další končetiny nebo změnit zgruntu svůj trávicí systém. Jak by se však mohly objevit nové tělní plány nebo nové fyziologie, kdyby omezení působila bez výjimky? Tato otázka, která dlouhou dobu trápila evoluční biology má dvě možné odpovědi: Zaprvé, evoluční novinky mají často původ v menších, jednodušších a "primitivnějších" členech starých skupin - v druzích, které nesou minimální zátěž fylogenetických omezení. Zadruhé, "výbuch" speciace, která často následuje po vymírání, poskytuje mnoho možností, takže šance, že aspoň jeden z nových tělních plánů či způsobů života uspěje, je vyšší. Vraťme se teď k našim třem způsobům vymírání. V modelu Pěšáka v poli vždy přežijí velké skupiny podobných a příbuzných druhů - jako například trilobiti nebo amoniti - a to jednoduše proto, že jich je hodně. Předpokládejme pro jednoduchost, že svět je obýván jen dvěma druhy organismů: červenými a zelenými. Předpokládejme dále, že každý druh má 10 milionů jedinců. I kdyby bylo náhodně vyhubeno 99,9% z těchto 20 milionů jedinců (bez ohledu na barvu), je pravděpodobnost, že od každé barvy přežije dostatečný počet jedinců - v našem případě asi 10 000, vysoká. To je lekce, kterou jsme dostali při sledování vymírání trilobitů. Při existenci tolika druhů žijících v kambriu a při použití modelu Pěšáka v poli je matematicky neuvěřitelné, že pouze náhoda či smůla by způsobila vyhynutí všech trilobitů za 325 mil. let. Důležité adaptivní radiace v minulosti byly bezpochyby umožněny vyhynutím celých skupin druhů, které předtím zaujímaly velký rozsah habitatů a životních stylů. Vymírání tedy muselo být výběrové, jestliže se jím má vysvětlit kvalita fosilních záznamů.

95

Jsem si dostatečně jist, že požadovaná výběrovost měla převážně charakter záludného vymírání. Pokud by vymírání bylo vždy poctivou hrou, ve které by přežívali a umírali jen ti, ktěří si to zaslouží, fosilní záznam by musel vypadat jinak. Zmínil jsem se už o tropických mořských útesech (obr. 2.2). Stavby útesu se v různých dobách ujímaly nejrůznější druhy organismů. K nahrazení jednoho takového druhu jiným obvykle došlo až poté, co byly zlikvidovány útesy vybudované předchůdcem. Pokud by vymírání bylo poctivou hrou, pak se domnívám, že by se útesové společenstvo ustanovilo v počátcích fanerozoika, přičemž by v něm převládal jediný druh - ten, který se v té době prosadil jako nejlepší. Tento druh by mohl, ale také nemusel být organismem optimálním. Jeho dominance by však v dalším průběhu evoluce odradila nové a odlišné, třeba i lépe adaptované organismy. I při tomto scénáři vývoje by dodnes existovaly tropické útesy, a dokonce by po celou tu dobu mohly velmi dobře fungovat jako ekosystémy. Velká část evolučních možností by však nikdy nebyla uskutečněna. Uzavírám tedy, že pro evoluci tak jak ji známe je vymírání nezbytné. Přitom s největší pravděpodobností převládá výběrové vymírání, které je z větší části slepé k adaptivním kvalitám organismů (záludné vymírání). Jak zdůraznil Stephen Jay Gould a jiní, pravděpodobně bychom zde nebyli, kdyby vymírání bylo naprosto poctivou hrou. I když řečené může být pravdou vzhledem k vymírání na Zemi, život v jiných planetárních prostředích by se mohl vyvíjet i jinak. Scénáře Pěšáka v poli a Poctivé hry jsou zcela možné ve vhodném fyzikálním prostředí, i když zase výsledky by nemusely být tak zajímavé jako ty pozemské. Špatné geny nebo smůla? Vymírání je bezesporu kombinací špatných genů a náhody. Některé druhy vymírají, protože se nemohou vyrovnat s podmínkami svého normálního habitatu nebo proto, že je vytlačují nadřazenější kompetující druhy nebo predátoři. Jak je však jistě jasné z této knihy, mám pocit, že většina druhů vymírá proto, že se jim nedostává štěstí. Vymírají, protože jsou vystaveny nepředvídatelným biologickým nebo fyzikálním zátěžím, se kterými se v předchozí evoluci nesetkali a nedostává se jim času, aby se s nimi vyrovnali mechanismem přírodního výběru. I když jsem právě učinil zásadní prohlášení - smůla, nikoliv špatné geny! - věřím, že čtenář pociťuje určitou nejistotu. To, že dávám přednost smůle před geny, je věcí mého nejhlubšího přesvědčení. Sdílím tento názor s mnoha svými kolegy. Většina paleontologů a biologů však zatím dává přednost darwinovskému pohledu na vymírání, tedy pohledu, že vymírání je konstruktivní silou, která zvýhodňuje lépe přizpůsobené druhy. Jde o rukavici hozenou darwinovskému přírodnímu výběru? Nikoliv. Přírodní výběr zůstává jediným životaschopným a přírodovědeckým vysvětlením, které máme k dispozici pro vysvětlení 96

tak složitých adaptací, jakými jsou třeba oči nebo křídla. Bez přírodního výběru bychom tady nebyli. Vymírání nešťastnou náhodou pouze přidává další prvek k evolučnímu procesu, prvek působící na úrovni druhů, čeledí a tříd spíše než na úrovni místních populací jediného druhu. Darwinismus je tedy živý a životaschopný, ale připouštím, že sám o sobě nemohl vytvořit mnohotvárnost dnešního života. Poznámka k vymírání v současnosti V dnešní době zvýšených obav o ohrožené druhy a snižování biodiverzity mohou některé části této knihy podráždit čtenáře . Pokud je pravda, že dobře zavedené druhy nelze tak snadno vyhubit, proč se znepokojovat nad rozrušením habitatu zde nebo nad nadměrným lovem onde? Pokusím se o několik odpovědí. Příklad tetřívka jasně ukazuje, že lidská činnost je tím prvním úderem nutným k omezení rozsahu druhu a tím ho vystavuje pravděpodobnosti vymírání z jiných příčin. Současné obavy o ohrožené druhy jsou proto oprávněné, protože lidský druh je neustálým zdrojem prvních úderů o velké intenzitě - úderů, k jakým v přírodě dochází jen v intervalech milionů let. Většina současných obav z vymírání a snižování biodiverzity je založena na přesvědčení, že všechny druhy jsou důležité, a musí být proto chráněny. Toto přesvědčení je zdůvodňováno mnoha morálními, estetickými i pragmatickými hledisky; všechna jsou platná z lidského úhlu pohledu. Pokud se rozhodneme chránit všechny druhy, potom vydláždění plochy pro parkoviště je důležitou událostí. Většina druhů obývá malý areál, a proto místním rozrušením habitatu bude nutně docházet k likvidaci mnoha druhů, podobně jako přírodní katastrofy místního významu mohou vyhladit málo rozšířený druh. Tato kniha se však zaměřila na hlavní hráče v historii života trvajícího po miliardy let. Proto jsem nutně kladl větší důraz na rozšířené druhy a na jejich překvapující vysokou odolnost k vymírání.

97

Epilog

Zvolili jsme si bezpečnou planetu? Fosilní záznamy jsou svědectvím o vymírání mnoha druhů, kterým se dařilo docela dobře dokud nevymřely. Jsme my sami výjimkou? Může Homo sapiens podlehnout prvnímu úderu způsobenému přírodou, kteý nás zdolá navzdory mnohokrát prokázané schopnosti s běžnými záludnostmi přírody? Může první úder menšího rozsahu - který nezapříčiní úplné vyhubení zničit lidskou civilizaci tak, jak ji známe? Ať je naše mínění o roli meteoritů při minulých katastrofách jakékoliv, je nesporné, že i přítomnost skýtá riziko dopadu komety či asteroidu. Je však toto riziko dosti velké - oproti všem běžným každodenním nebezpečím, aby nám stálo za obavu? Jestliže ano, můžeme s tím něco dělat? Bylo vyvinuto značné úsilí s cílem najít odpovědi na tyto otázky. Laboratoř proudových motorů sponzorovala v roce 1981 konferenci ve Snowmass (Colorado). Organizátor konference Gene Shoemaker na ní soustředil některé z nejlepších astronomů zabývající se Sluneční soustavou, astrogeologů, inženýrů a odborníků na aeronautiku. Zpráva z této konference byla vypracována, ale nebyla nikdy zveřejněna, zřejmě proto, že účastníci byli příliš zaměstnáni jinými projekty včetně hledání dalších asteroidů křížících zemskou dráhu. Naštěstí shrnutí z první ruky lze najít v poslední kapitole knihy Kosmické katastrofy (Cosmic Catastrophes) od Clarka Chapmana a Davida Morrisona. Jaké je nebezpečí, že Země bude zasažena asteroidem či kometou během našeho života či během čivota našich dětí nebo vnuků? Z jedné strany nejsou známy žádné nehody způsobené dopadem meteoritů, což by naznačovalo, že riziko je zanedbatelné. Na druhé straně Tunguský meteorit v roce 1908 (kap. 9) mohl zlikvidovat větší město. Při jeho dopadu se uvolnila energie 12 megatun TNT - asi tisíckrát víc než byla energie hirošimské atomové bomby. Isaac Asimov vypočítal, že kdyby se tunguské těleso opozdilo o pouhých šest hodin - tj. čtvrt obratu Země mohlo zničit Petrohrad. K dopadům této velikosti (nebo větší) dochází podle odhadů jednou za 300 let (průměrná čekací doba). Pokud je tento odhad správný, dopadl na Zemi v průběhu historické doby víc než tucet takových těles. Není až tak překvapující, že víme jen o jediném, protože velká část zemského povrchu (včetně oceánů) není obydlena. Z toho také vyplývá, že skutečná čekací doba na události, které by zničily města je mnohem delší než 300 let. Existuje však i jiný přístup, kterým lze riziko odhadnout. Účastníci uvedené konference se shodli, že každých 300 000 let dochází k impaktu, který může zničit civilizaci. Při takové 98

události by se uvolnila energie asi 100 000 megatun - víc než 8000krát víc než v Tungusce a 8 000 000krát víc než v Hirošimě. Škoda způsobená takovým tělesem by byla tak rozsáhlá, že by pravděpodobně následovalo dlouhé období srovnatelné se středověkou dobou temna či dokonce dobou kamennou. Jestliže je průměrný interval mezi takovými událostmi 300 000 let, pak pro každý rok je zde pravděpodobnost 1:300 000, že k ní dojde. Pro člověka, který žije 75 let se riziko zvyšuje na 1:4000. To už jsme v rozmezí jiných přírodních i člověkem způsobených rizik. Chapman a Morrison ve zmíněné knize poskytují některá velmi zajímavá srovnání. Podle nich je pravděpodobnost, že člověk bude obětí impaktu, který zničí civilizaci, mnohem vyšší než pravděpodobnost, že zahyne při letecké nehodě, přibližně stejná jako že nás náhodně zabije elektrický proud a asi třetinová oproti pravděpodobnosti, že se staneme obětí náhodné přestřelky. Při odhadu rizika účasníci konference ve Snowmass nezapomněli zdůraznit, jak málo spolehlivých informací o pravděpodobnosti impaktů máme. I když nejlepším odhadem rizika zničení civilizace je zmíněná roční pravděpodobnost 1:300 000, konstatují, že skutečné číslo může být kdekoliv mezi 1:10 000 a 1:1 000 000. Nejistota pramení částečně z našich nedostatečných znalostí množiny komet a asteroidů, respektive jejich oběžných drah a částečně z toho, že nedokážeme odhadnout důsledky takových impaktů na prostředí. Nejistota je mnohem větší než chyba, kterou udává Jim Shoemaker pro datování velkých kráterů (kap. 9). Odhady jsou bohužel spolehlivější pro velké krátery než pro menší, protože po menších impaktech nezůstává dlouhotrvající geologický záznam. Jistěže riziko pro lidskou populaci může být nazíráno jako triviální nebo naopak velmi významné, a to v závislosti na tom, co je považováno za vážnou katastrofu a jak se nakládá s aritmetikou. Já sám se domnívám, že unikáme jen o vlásek a ke katastrofě může dojít kdykoliv. Nevím však, na které straně hranice mezi přijatelným a nepřijatelným rizikem se nacházíme. Chapman a Morrison jsou také opatrní. Uvádějí, že odhad účastníků konference ve Snowmass udává riziko zničujícího impaktu (na hlavu) vyšší než riziko úmrtí v důsledku vdechování trichlorethylenu (karcinogen) nebo azbestu, požívání sacharinu, odpalování světlic či jaderné energie; přesto mnohem nižší než riziko úmrtí v důsledku kouření nebo autonehod. Hodně záleží na tom, zda se můžeme impaktu vyhnout. A to nutně vede k otázkám. Můžeme být varováni před hrozícím impaktem? Jestliže ano, dá se něco dělat, abychom mu zabránili? Budeme na to mít dost času? Odhaduje se, že zatím známe asi jen 5% velkých asteroidů (s průměrem větším než 1km), které kříží zemskou dráhu. Dráhu těchto asteroidů známe dostatečně dobře na to, abychom riziko znali

99

léta či dokonce desetiletí dopředu. U zbylých 95% zatím neobjevených asteroidů, které kříží dráhu Země, by doba mezi objevením tělesa a dopadem byla velmi krátká. V březnu 1989 ke kolizi téměř došlo. Asteroid o poloměru nejméně 350 metrů nás minul ve vzdálenosti jen dvakrát větší než je vzdálenost Měsíce. Tento asteroid pojmenovaný 1989 FC byl zpozorován až několik dní poté co minul Zemi. Normální metodou k zjišťování asteroidů je srovnávání fotografií hvězdné oblohy pořizovaných v intervalu 45 minut. Po korekci na posun hvězd způsobený otáčením Země lze asteroid nebo kometu zaznamenat jako světelný bod, který se posunul během intervalu mezi dvěma snímky. Je ironií, že pokud takové těleso míří přímo k Zemi, neodhalíme žádný posun a pravděpodobně nebude objeveno. Může se tedy stát, že nebudeme mít dost času, abychom na blížící se objekt zareagovali. Někteří lidé jsou přesto optimističtí. V květnu 1990 bylo zveřejněno stanovisko Amerického ústavu pro letectví a kosmonautiku. Vyslovuje kategorický požadavek důkladného studia (a financování) problému impaktů, aby se zvýšila úroveň našich znalostí o tělesech, které kříží zemskou dráhu a aby se studovaly "metody a technologie pro odklonění nebo zničení" objektů, které hrozí impaktem. Tento požadavek byl podpořen víceprezidentem Quaylem jako předsedou Národní agentury pro Vesmír. Opět jako v předchozích případech naléhavost takových požadavků závisí na určení a přesnosti současných odhadů pravděpodobností impaktů. Je to typický neřešitelný paradox jako vystřižený z Hellerovy Hlavy 22: nevíme nakolik je planeta bezpečná a nebudeme to vědět dokud neprovedeme hlubší výzkum pravděpodobnosti kolizí. Na druhé straně však je financování takového výzkumu těžko zdůvodnitelné dokud nevíme, že riziko impaktu je vážné. Nevíme, zda jsme si zvolili bezpečnou planetu.

100

Obrázky Kapitola 1. Obr.1.1. Zjednodušený evoluční strom znázorňující vznik ptáků z linie dinosaurů v jurské době. Toto schéma vede některé paleontology k názoru, že dinosauři nevyhynuli na konci křídy, ale narostla jim prostě křídla a odletěli. Obr.1.2. Schema evolučního stromu znázorňující rozdíl mezi fyletickou transformací a speciací. Organismy představované kruhy a čtverci se postupně mění v čase a mění svoji velikost (fyletická transformace). V bodě větvení (speciace) vzniká z jednoho druhu linie druhu jiného. Obr.1.3. Hypotetické evoluční stromy znázorňující vliv vymírání na biodiverzitu. Strom vlevo odráží skutečnou evoluci života, kdy z mnoha druhů vzniklých větvením většina vymírá a pouze tři se dožívají dneška. Schéma vpravo zobrazuje evoluci v případě, že druhy časem nevymírají: počet současně existujících druhů (biodiversita) stoupá. Kapitola 2. Obr.2.1. Standardní geologická časová škála posledního období vývoje Země. Vyznačeny jsou éry (Paleozoikum), útvary (kambrium - tercier) a jednotlivá oddělení tercieru (po miocénu následuje ještě pliocén, období příliš krátké na to, aby se vešlo do měřítka). Dělení je založeno hlavně na podkladě fosilií. Časová škála vlevo je současnou kalibrací fosilní chronologie (Harland a spol. 1990). Obr.2.2: Výskyt tropických útesů v geologickém čase. Povšimněte si, že dobře vyvinuté útesy se vyskytovaly jen během poloviny časového rozsahu. Období bez útesů následuje vždy po masovém vymírání. (Upraveno podle Copper, 1988) Kapitola 3. Obr.3.1: Modelování hry panna/orel (50% šance výhry v každé hře). Počáteční kapitál hráče je 10 dolarů a každá sázka činí jeden dolar. Částka tedy kolísá náhodně v jednodolarových intervalech. K bankrotu hráče dochází, když je dosaženo nuly - absorbující hranice. Každá hra se podobá osudu rodu, který začíná s 10 druhy. Počet druhů se zvyšuje, pokud se od stávajícího druhu odštěpí druh nový a klesá, když druhy vymírají. Obr.3.2. Histogram znázorňující distribuci doby života fosilních rodů. Průměrná doba života a rodu je asi 20 milionů let. Graf je silně asymetrický - mnohem víc rodů žije po dobu kratší než je průměr a jen některé průměr přesahují. (Sestrojeno na podkladě doby života 17 505 rodů; sestrojil J.J. Sepkoski ml.) Obr.3.3. Asymetrická distribuce velikosti rodů u dnešních savců. Asi polovina rodů obsahuje jen jediný druh. Rody s deseti a více druhy jsou vzácné. (Podle Andersona a Jonese, 1967.) 101

Obr.3.4. Výsledky počítačové simulace lámání hole v 25 náhodně zvolených místech. Histogram znázorňuje velikostní distribuci úlomků. Vysoká asymetrie připomíná rozložení, které běžně potkáváme u hodnot přirozených jevů. Kapitola 4. Obr.4.1 Časová škála s vyznačenými hlavními katastrofami fanerozoika. Délky šipek zhruba odpovídají intenzitě vymírání. Zvlášť je vyznačeno pět největších katastrof. (Upraveno podle podobného diagramu, Sepkoski, 1986.) Obr. 4.2 Metoda reversní rarefakce použitá k odhadu procenta vyhynulých druhů na základě údajů o vymírání vyšších taxonomických skupin. Vyznačený příklad (čárkovaně) ukazuje, že vymření 40% rodů znamená vyhlazení 70% druhů. Metoda používá zjednodušující předpoklad, že druhy vymírají náhodně, nezávisle na tom, ke kterému rodu patří. Používá tedy metody "Pěšáka v poli" a její schopnost předvídat je spolehlivá pouze do té míry do jaké je tento předpoklad splněn. Odhad, že během permské katastrofy mohlo vyhynout až 96% všech druhů (Raup, 1979) je založen na tomto grafu a na pozorování, že během této události vyhynulo 52% všech čeledí. Obr.4.3. Dvě hypotetické sekvence hornin dokumentují vliv eroze na polohu hranice KT. V posloupnosti na pravé straně chybí v důsledku eroze záznam několika milionů let z konce křídy. V důsledku toho první usazeniny třetihor spočívají na hornině uložené téměř 2 mil. let před koncem křídové doby. Ztráta tohoto záznamu způsobuje nejistotu při určování doby vymizení křídových organismů. Fosilie se mohou vyskytovat na nepravé hranici KT a přitom nemusely dožít až do doby skutečného rozhraní. Obr.4.4. Histogram vyjádřující intenzitu vymírání fosilních rodů ve 106 časových intervalech (geologická období nebo jejich části). Distribuce je silně asymetrická: 52% zkoumaných intervalů zaznamenalo jen 10% vymírání. Histogram plynule přechází od těchto nízkých hodnot (pozadí) k pěti největším katastrofám a naznačuje, že neexistuje žádný předěl mezi vymíráním malého a velkého rozsahu. (Data poskytl J.J. Sepkoski) Obr.4.5. Křivka záhuby, znázorňující průběh vymírání mořských organismů za posledních 600 milionů let (fanerozoikum). Křivka vyjádřuje průměrnou dobu, která musí uplynout, aby došlo k vymirání dané intenzity (čekací doba). Tak například, k události, která vyhubí asi 5% druhů dochází přibližně jednou za milion let. Ke katastrofě typu pěti největších dochází přibližně jednou za 100 milionů let (s možnou výjimkou katastrofy na konci permu), a v průměru v nich zahyne 65% všech druhů. (Data poskytl J.J. Sepkoski)Obr.6.1 Křivka záhuby převzatá z kapitoly 4@LH 3 102

Kapitola 6 Obr.6.1. Křivka záhuby. Legenda jako u obr. 4.5 Kapitola 7. Obr.7.1. Příklad vztahu mezi geografickou plochou a počtem druhů. Tvar křivky je typický, i když v jednotlivostech se liší pro různé oblasti. V tomto případě je zdvojení plochy doprovázeno jen asi 25% vzestupem počtu druhů. Vztah druhů k ploše používají často konzervátoři při navrhování parků a jiných chráněných oblastí a při předpovědích rozsahu vymírání, ke kterým dojde při omezení obyvatelné oblasti. Obr.7.2. Srovnání současné rozlohy deštného pralesa v Jižní Americe s rozlohou, kterou patrně zaujímaly během ledových dob, kdy v oblasti panovalo sušší klima. Odhad je založen na nepřímých důkazech a k jeho potvrzení bude potřeba víc geologických dat. (podle Simberloff, 1986).@LH 3 Kapitola 8. Obr. 8.1 - Jeden z odhadů kolísání mořské hladiny během fanerozoika. Některé z největších výkyvů pleistocénu a jiných zalednění nejsou zahrnuty. Povšimněte si, že současná hladina moře je o něco nižší než po většinu minulých dob. (Podle Vail a spol., 1977) Obr. 8.2 - Vývoj teploty v SZ Evropě za posledních 100 milionů let odhadnutý z poměru izotopů kyslíku ve fosilních schránkách mořských měkkýšů. Šířka pruhu je výrazem rozptylu mezi analýzami. I když rozptyl je velký, celkovým trendem je ochlazování směrem k dnešku. Tento trend je typický i pro jiné fosilie z jiných oblastí, což naznačuje, že ochlazování bylo globální. (Podle Andersona, 1990) Kapitola 10 Obr.10.1. Počet vymřelých druhů v závislosti na průměru kráteru vytvořeneého impaktem. Křivka je výsledkem kombinace křivky záhuby se Shoemakerovými odhady frekvence vznikání kráterů různých velikostí; pracovní hypotézou je, že impakt je primární příčinou vymírání. Stupeň, do jakého lze této křivce věřit je také mírou platnosti hypotézy.

103

Tab. 5.1 Pleistocenní vymírání severoamerických savců. Závislost na velikosti těla počet vyhynulo % vyhynulých malá zvířata (do 44kg) - druhy 211 21 10 - rody 83 4 5 velká zvířata (nad 44kg) - druhy 79 57 72 - rody 51 33 65

104

Tab. 5.2 Statistika vymírání rodů obratlovců na konci křídy Skupina Původně Vyhynulo % vyhynulých "ryby" -Chondrichthyes 5 3 60 -Ostheichthyes 13 5 38 obojživelníci 12 4 33 plazi -Chelonia 18 2 11 -Eosuchia 1 0 0 -Crocodilia 4 1? 25? -Eolatacertilia 1 1 100 -Lacertilia 15 4 27 -Serpentes 2 0? 0? -Saurischia 8 8 100 -Ornithischia 14 14 100 -Pterosauria ? ? 100 ptáci ? ? ? savci -Microtuberculata 11 4 36 -Marsupialia 4 3 75 -Placentalia 9 1 11 TOTÁL 117 50 43

105

Tab. 4.1 Vymírání hypotetického taxonu podle modelu pěšáka v poli Dělení je decimální: kmen má 10 tříd, třída 10 řádů atd. Náhodně hyne 75% jedinců. Skupina Ztráty v procentech kmen 0 třídy 1 řády 10 čeledi 14 rody 38 druhy 65-70 jedinci ?

106

Tab 9.1 Frekvence (čekací doby) tvorby kráterů o různých velikostec Průměr kráteru (km) průměrný čekací doba (roky) >10 110 000 >20 400 000 >30 1 200 000 >50 12 500 000 >100 50 000 000 >150 100 000 000

107

Tab. 10.1 Popsané iridiové anomálie Geologická doba Iridiová anomálie (mil. let) Pliocén (třetihory) 3 Střední miocén (třetihory)) 12 Eocén (třetihory) 35 [hranice KT 65] Cenoman (křída) 90 Callov (jura) 157 Frasn (devon) 367

108

Tab. 10.2 Časová koincidence doby velých vymírání s věkem kráterů Kráter (průměr v km) věk věk vymírání Manson, Iowa (32) 65 65 K/T Manicouagan, Québec (100) 210 208 trias/jura Charlevoix, Québec (46) 360 367 frasn/famen (devon) Siljan, Švédsko (52) 368

109

110