Pustynia Zachodnia w Egipcie – dawne dno Oceanu – kryje tajemnicę zdumiewającej ewolucyjnej przemiany: jak ssak parzystokopytny został Wielorybem.

37 mln lat temu w toni prehistorycznego oceanu tetydy 15-metrowa bestia o wielkiej paszczy pełnej ostrych kłów zdechła i opadła na dno. nad jej kośćmi przez miliony lat gromadziła się coraz grubsza pokrywa osadów. potem morze się cofnęło, dawne dno stało się pustynią, a wiatr warstwa po warstwie zdzierał piaskowce i łupki przykrywające szkielet stwora.

Świat się zmieniał. Przesunięcia w skorupie ziemskiej wbiły półwysep Dekan w kontynent eurazjatycki, wypiętrzając przy okazji Himalaje. W Afryce na dwóch nogach stanęli nasi przodkowie. Faraonowie wznieśli piramidy. Powstał i upadł Rzym. A wiatr przez cały ten czas cierpliwie robił swoje. Potem pojawił się Philip Gingerich i dokończył robotę.

W dolinie Wadi al-Hitan na Pustyni Zachodniej, czyli należącej do Egiptu części Pustyni Libijskiej, pewnego jesiennego dnia Gingerich – paleontolog z Uniwersytetu Michigan – położył się na ziemi i wyciągnął wzdłuż kręgosłupa stworzenia o nazwie Basilosaurus. Dookoła poniewierały się skamieniałe zęby rekinów, igły jeżowców i kości gigantycznych sumów.

– Tyle czasu spędzam wśród tych podwodnych stworzeń, że wkrótce wejdę w ich świat – mówi, omiatając pędzelkiem kręg kręgosłupa wielkości sporego polana. – Gdy patrzę na pustynię, widzę ocean.

Gingerich szukał ważnej kości tego zwierzęcia. Spieszył się, bo słońce zachodziło, a on chciał wrócić do obozowiska, zanim koledzy zaczną się niepokoić. Wadi al-Hitan to piękna dolina, ale niebezpieczna. Oprócz kości prehistorycznych morskich potworów Gingerich znalazł tu również ludzkie szczątki. Teraz sprawdzał kręgosłup stworzenia, pukając w kręgi trzonkiem pędzla. Nagle odłożył narzędzie.

– Oto czego szukamy – powiedział. Delikatnie otrząsnął palcami z piasku kość długą zaledwie na 20 cm. – Nie codziennie znajduje się nogi wieloryba – podkreślił, trzymając kość z namaszczeniem.

Bazylozaur to naprawdę wieloryb, ale wieloryb o drobnych, sterczących u boków tylnych nogach, nie większych niż nóżka dziecka. Te urocze kończyny – nienadające się do niczego, a przynajmniej nie do chodzenia – to bardzo ważna wskazówka. Pokazują, jaką drogą walenie, niezawodne maszyny do pływania, powstały ze zwykłych lądowych czworonogów. Gingerich spory kawał życia zawodowego poświęcił na wyjaśnianie tej przemiany, bez wątpienia jednej z najgłębszych w ewolucji zwierząt. Udało mu się wykazać, że walenie – przywoływane  z upodobaniem przez kreacjonistów jako ich sztandarowy argument przeciw teorii ewolucji – są jednym z najelegantszych dowodów na tej ewolucji prawdziwość.

Wadi al-Hitan, czyli dosłownie „dolina wielorybów”, okazała się niezwykle bogata w takie znaleziska. Przez 27 lat Gingerich i jego współpracownicy wykopali skamieniałe szczątki ponad tysiąca wielorybów; nieodkrytych jest znacznie więcej. W obozie spotkaliśmy się z członkami ekipy, którzy wrócili ze swoich stanowisk badawczych. Po chwili, przy kolacji złożonej z pieczonego koźlęcia oraz purée z bobu i podpłomyków, omawiali wyniki całodziennej pracy. Mohammed Sameh, główny strażnik rezerwatu Wadi al-Hitan, rozglądał się za wielorybami na wschodnim skraju doliny. Donosił o znalezieniu kilku nowych zgrupowań kości – świeżych poszlak w jednej z największych zagadek nauk przyrodniczych. Stypendysta   dr Iyad Zalmout i doktorant Ryan Bebej poddawali oględzinom spiczasty pysk wieloryba sterczący z urwiska. – Podejrzewamy, że w skale jest reszta ciała – mówi Zalmout.

Wspólnym przodkiem waleni i wszystkich  kręgowców lądowych był płaskogłowy czworonóg zbliżony kształtem do salamandry. Wygramolił się on z morza na błotnisty brzeg jakieś 360 mln lat temu. Jego potomkowie stopniowo ulepszyli prymitywne początkowo płuca, przekształcili płatowate płetwy w łapy, a ze stawu łączącego kości szczęki wykombinowali narząd słuchu. Wśród tych „szczurów lądowych” największy sukces odniosły ssaki, które 60 mln lat temu praktycznie opanowały Ziemię. Walenie należą do nielicznej ich garstki, która wykonała ewolucyjny „w tył zwrot”. Przekonstruowały swoje dostosowane do potrzeb życia na lądzie ciało tak, aby móc w wodzie odbierać bodźce zmysłowe, jeść, poruszać się i kopulować.

 

Nad tym, jak zdołały tego dokonać, głowiły się najtęższe naukowe umysły. Karol Darwin zdawał sobie sprawę, że rozwiązanie tej zagadki ma zasadnicze znaczenie dla teorii ewolucji.

W pierwszym wydaniu O powstawaniu gatunków podjął próbę wyjaśnienia pochodzenia waleni. Zwrócił uwagę, że często widuje się baribale, jak godzinami pływają z otwartymi pyskami w jeziorze, chwytając owady unoszące się na powierzchni. Bez trudu można sobie wyobrazić, że jakaś odmiana niedźwiedzi staje się wskutek doboru naturalnego coraz lepiej przystosowana do życia wodnego, zarówno jeśli idzie o budowę ciała, jak i sposób życia, aż w końcu powstanie zwierzę olbrzymie, o wielkiej paszczy, jak wieloryb – pisał. Jego krytycy tak wyśmiali ten fragment, że Darwin zdecydował się pominąć go w następnych wydaniach dzieła.

Wybitny paleontolog George Gaylord Simpson niemal sto lat później nadal nie umiał wpasować waleni do przejrzystego i  logicznego drzewa ewolucyjnego ssaków. Walenie to pod każdym względem dziwna i nietypowa grupa ssaków – pisał z irytacją. Nie da się ich umiejscowić w drabinie jestestw. Można je postrzegać jako grupę, która spośród otaczających typów i gromad emigrowała w inny wymiar.

Kreacjoniści rzucili się na okazję: skoro nauka nie potrafi wytłumaczyć ewolucji waleni, to może wcale jej nie było? Ich zdaniem, gdyby zwierzę lądowe chciało się przystosować do wodnego trybu życia, wyszedłby z tego ni pies ni wydra, istota niezdolna do przetrwania ani na lądzie, ani w wodzie. No i dlaczego nie ma żadnych dowodów kopalnych tej wielkiej transformacji? Ponieważ różnice anatomiczne między waleniami a ssakami lądowymi są tak liczne i tak zasadnicze, należałoby się spodziewać, że w pradawnych morzach taplało się i pływało bez liku przedstawicieli kolejnych niezliczonych ogniw pośrednich, a tymczasem takich form przejściowych nie znaleziono – piszą autorzy popularnego podręcznika kreacjonistycznego Of Pandas and People [O pandach i ludziach].

W połowie lat 70. XX w. rękawicę podjął, zupełnie mimowolnie, Philip Gingerich. Po uzyskaniu doktoratu prowadził wykopaliska w dolinie rzeki Clarks Fork w stanie Wyoming. Przyniosły one liczne skamieniałe szczątki ssaków z wczesnego eocenu, czyli z początków panowania ssaków po wymarciu dinozaurów 10 mln lat wcześniej. W 1975 r., licząc na odnalezienie śladów migracji ssaków z Azji do Ameryki Północnej, rozpoczął badania terenowe pokładów eoceńskich w pakistańskim Pendżabie i Północno-Zachodniej Prowincji Pogranicznej. Jakimże zawodem było dla niego odkrycie, że liczące 50 mln lat warstwy, w których miał prowadzić wykopaliska, okazały się nie osadami lądowymi, lecz morskimi, ze wschodniego skraju Oceanu Tetydy! Dlatego gdy wraz z ekipą wykopał w 1977 r. kości miednicy, wszyscy śmiali się, że to jakiś „chodzący wieloryb”. W tamtych czasach znano tylko skamieniałości waleni bardzo podobnych do współczesnych: wyposażonych w wyrafinowane narządy podwodnego słuchu, potężne ogony z płetwami, pozbawionych zewnętrznych tylnych kończyn.

Potem, w 1979 r., członek ekipy Gingericha pracującej w Pakistanie znalazł czaszkę wielkości mniej więcej czaszki wilka, ale z wydatnymi grzebieniami kostnymi na szczycie i po bokach, które musiały służyć silnym mięśniom szczęk i karku. Co dziwniejsze, puszka mózgowa tego zwierzęcia nie była większa niż orzech włoski. Parę tygodni później Gingerich natknął się na eksponaty prymitywnych waleni w indyjskich muzeach w Lakhnau i Kalkucie.

– Wtedy właśnie dotarło do mnie, o co chodzi z tą maleńką mózgoczaszką, bo te wszystkie prawalenie miały wielkie czaszki, ale stosunkowo małe mózgi. Przyszło mi do głowy, że to coś, co znaleźliśmy, może być bardzo wczesnym waleniem – wspomina Gingerich.

Po wydobyciu z twardego czerwonego kamienia, co odbyło się w laboratorium na Uniwersytecie Michigan, okazało się, że czaszka ma w tylno-dolnej części grubą, pustą w środku kość. Otacza ona ucho środkowe i ucho wewnętrzne, charakterystyczną dla wszystkich waleni   tzw. puszkę słuchową, a na niej tkwi kostny grzebień w kształcie litery S zwany wyrostkiem sigmoidalnym. Te struktury anatomiczne są charakterystyczne dla waleni, a wiążą się z dostosowaniem do słyszenia w wodzie. Czaszce brakowało jednak kilku innych ważnych cech służących współczesnym waleniom do słyszenia kierunkowego pod wodą. Naukowiec doszedł do wniosku, że zwierzę, którego czaszkę znalazł, prowadziło ziemno-wodny tryb życia – spędzało wiele czasu w wodach przybrzeżnych, ale wracało na ląd spać i rozmnażać się.

Odkrycie prawalenia, któremu Gingerich  nadał nazwę Pakicetus, rzuciło nowe światło na tę grupę ssaków. – Zacząłem coraz więcej myśleć o ogromnej zmianie środowiska życia, której walenie dokonały. Miałem przed sobą zwierzę, które wiodło ziemski żywot i dosłownie przeszło do życia „pozaziemskiego”. Od tamtej pory zająłem się poszukiwaniem form przejściowych, które dokonywały tego ogromnego skoku z lądu z powrotem w morską toń. Chciałem odnaleźć je wszystkie – wspomina.

W latach 80. uwagę Gingericha zwróciła dolina Wadi al-Hitan. Wraz z żoną – paleontologiem B. Holly Smith – i współpracownikiem z Uniwersytetu Michigan Williamem Sandersem   rozpoczęli poszukiwania waleni w pokładach młodszych mniej więcej o 10 mln lat od tych, w których tkwił Pakicetus. We trójkę wykopali niekompletny szkielet waleni już całkiem wodnych, jak bazylozaur i mniejszy od niego, pięciometrowy Dorudon. Miały one duże, grubościenne puszki słuchowe i inne przystosowania do słyszenia pod wodą. Charakteryzowały je też długie, opływowe ciała z wydłużonym kręgosłupem oraz muskularne ogony, które za pomocą silnych uderzeń góra-dół zapewniały im napęd. W dolinie było tych szkieletów pełno.

– Po krótkim czasie spędzonym w Wadi al-Hitan człowiek ma wrażenie, że wieloryby otaczają go ze wszystkich stron. – Zdaliśmy sobie sprawę, że nigdy nie zdołamy ich wykopać. Zaczęliśmy więc tylko nanosić znaleziska na mapę, a wydobywać jedynie te okazy, które wydawały się nam najbardziej obiecujące – mówi Smith.

Jednak dopiero w 1989 r. ekipa znalazła usilnie poszukiwane „brakujące ogniwo” lądowych przodków waleni, i to niemal zupełnie przypadkowo. Pod koniec wyprawy Gingerich,   opracowując szkielet bazylozaura, natknął się na pierwsze w historii kolano walenia. Okazało się, że nogi u tych zwierząt znajdują się znacznie bardziej z tyłu kręgosłupa, niż się spodziewano. Teraz, gdy naukowcy dowiedzieli się, gdzie ich szukać, przyjrzeli się dokładniej wcześniejszym szkieletom. Szybko odkryli kość udową, piszczel i kość strzałkową, a także kości stopy   i stawu skokowego. Ostatniego dnia wyprawy Holly Smith odkryła pełny zestaw smukłych 2,5-centymetrowych palców. Na widok tych drobniutkich kostek niemal się rozpłakała. – To ogromne, całkowicie już wodne zwierzę miało wciąż w pełni ukształtowane nogi, stopy i palce, zdałam sobie sprawę, jakie to miało znaczenie dla ewolucji waleni, i poczułam wielkie wzruszenie – wspomina.

Chociaż nogi nie dałyby rady unieść ciężaru bazylozaura na lądzie, nie były tak zupełnie szczątkowe. Miały przyczepy dla dużych mięśni, staw skokowy okazał się w pełni ruchomy, a w stawie kolanowym istniał złożony mechanizm blokujący. Gingerich podejrzewa,   że mogły mieć znaczenie jako narządy pobudzające lub przytrzymujące przy podwodnej kopulacji. – Trudno było przecież manewrować długim, wężowatym cielskiem tak daleko od mózgu – mówi.

Niezależnie od tego, co tak naprawdę bazylozaur robił owymi nóżkami, znalezienie ich potwierdzało, że przodkowie waleni niegdyś chodzili, truchtali, galopowali na lądzie. Niemniej ich tożsamość wciąż pozostawała nieodgadniona. Niektóre cechy szkieletów prawaleni, a zwłaszcza ich duże, trójkątne zęby trzonowe, przywodziły na myśl wymarłe mięsożerne ssaki z rzędu Mesonychia żyjące w eocenie (wielki, podobny do hieny Andrewsarchus, chyba największy mięsożerny ssak lądowy w dziejach, należał prawdopodobnie właśnie do rzędu Mesonychia). Natomiast immunolodzy już w latach 50. zauważyli we krwi waleni pewne cechy wskazujące na ich pochodzenie od parzystokopytnych. Co więcej, w latach 90. biolodzy molekularni badający genotyp waleni doszli do wniosku, że najbliższym ich krewniakiem jest konkretne zwierzę kopytne: hipopotam.

 


Gingerich, tak jak wielu innych paleontologów, bardziej ufa „twardym dowodom”, jak skamieniałości, niż molekularnym badaniom porównawczym współczesnych zwierząt. Był   przekonany, że walenie pochodzą od Mesonychia. Ale chcąc sprawdzić tę hipotezę, musiał znaleźć jedną konkretną kość – skokową, najbardziej charakterystyczny element szkieletu parzystokopytnych. Ma niezwykły kształt, z dwiema bruzdami wyraźnie widocznymi u góry i u dołu kości, przypominającymi podwójny rowek na linę na obwodzie krążka w bloku linowym. Zapewnia to parzystokopytnym lepsze   odbicie i elastyczność niż kość z pojedynczym rowkiem występująca u innych ssaków (współczesne walenie nie dostarczały wskazówek,   bo w ogóle nie mają kości skokowej).

 


W 2000 r., tym razem znów w Pakistanie, Gingerich wreszcie zobaczył po raz pierwszy staw skokowy walenia. Jego doktorant Iyad Zalmout znalazł kość z bruzdą wśród kopalnych szczątków prawalenia sprzed 47 mln lat, z nowego gatunku, któremu nadano nazwę Artiocetus. Kilka minut później pakistański geolog Munir ul-Haq trafił na tym samym stanowisku na podobną kość. Z początku Gingerich myślał, że są to kości skokowe z pojedynczą bruzdą z lewej i prawej kończyny zwierzęcia – dowód, że miał rację, jeśli idzie o pochodzenie waleni. Kiedy jednak położył je obok siebie, zauważył z niepokojem, że jedna nie jest symetrycznym odbiciem drugiej. Zastanawiając się nad tym, układał kości w różne strony niczym kawałki układanki, gdy wtem obie dopasowały się idealnie, tworząc jedną kość skokową z podwójną bruzdą. Biolodzy molekularni jednak się nie mylili.

Wracając tego wieczoru do obozowiska, Gingerich i  jego ludzie minęli grupkę grających w kości dzieciaków używających do tego kości skokowych kozy (kości skokowe domowych kopytnych są używane w różnych stronach świata do gier i do wróżenia od tysięcy lat). Zalmout pożyczył od dzieci jedną kostkę i dał ją Gingerichowi, a potem obserwował z rozbawieniem, jak profesor przez cały wieczór przygląda się na zmianę to kości walenia, to kości kozy, wynajdując wciąż nowe podobieństwa.

 

– To było ważne znalezisko, ale zupełnie zrujnowało moją koncepcję. Niemniej teraz wiemy już  na pewno, od kogo walenie pochodzą, i teoria z hipopotamami nie była wyssana z palca – mówi z kwaśnym uśmiechem.

Ząb po zębie, paluszek po paluszku – od tamtej pory Gingerich i inni paleontolodzy rozpoznawali dzieje wczesnych waleni. Gingerich jest przekonany, że prawalenie przypominały Anthracotherium – roślinożercę podobnego do hipopotama, choć smuklejszego, który w eocenie żerował na bagiennych nizinach (alternatywna hipoteza Hansa Thewissena zakłada, że walenie pochodzą od krewniaków ssaka o nazwie Indohyus – parzystokopytnego, podobnego do jelenia, wielkości szopa, który prowadził częściowo wodny tryb życia). Niezależnie od wielkości i kształtu, najwcześniejsze walenie pojawiły się jakieś 55 mln lat temu, tak jak przedstawiciele wszystkich pozostałych współczesnych rzędów ssaków, podczas globalnego ocieplenia w początkach eocenu. Żyły u wschodnich wybrzeży Oceanu Tetydy, którego wody oferowały wielkie możliwości ewolucyjne: były ciepłe, słone i tętniły życiem – a brak w nich było morskich dinozaurów, które wymarły 10 mln lat wcześniej. Sięgając po pożywienie coraz głębiej, te brodzące zwierzęta miały coraz dłuższe pyski i ostrzejsze zęby – dostosowane do chwytania ryb. 50 mln lat temu osiągnęły stadium, którego ucieleśnieniem jest Pakicetus: czworonożny pływak, który wciąż często porusza się na lądzie.

 

Przystosowując się do wody, prawalenie wchodziły w środowisko będące poza zasięgiem większości innych ssaków, bogate w pokarm i kryjówki, wolne zaś od konkurentów i drapieżników. Dzięki temu stworzyły sobie idealne warunki do ewolucyjnej eksplozji. I taka eksplozja nastąpiła. Pojawiły się najróżniejsze dziwaczne i ekscentryczne „pomysły na walenia”, z których większość wymarła dawno temu. Był klocowaty 700-kilogramowy Ambulocetus, łowca na ugiętych nogach, z wielką paszczą, polujący z zasadzki, taki owłosiony słonowodny krokodyl. Dalanistes o długiej szyi i głowie niczym czapla. Wreszcie Makaracetus z zakrzywionym, umięśnionym długim ryjem, którym prawdopodobnie zjadał mięczaki.

Mniej więcej 45 mln lat temu, w miarę jak korzyści płynące z życia w środowisku wodnym wyciągały prawalenie coraz dalej w morze, ich szyje się skurczyły i usztywniły, co sprzyjało skuteczniejszemu pokonywaniu oporu wody. Ich pyski się wydłużyły i zaostrzyły niczym dziób łodzi. Tylne łapy skróciły się i zgrubiały; palce wydłużyły się i połączyły błoną – przypominały teraz ogromne kacze stopy, zakończone małymi raciczkami, spadkiem po kopytnych przodkach. Usprawnił się styl pływacki: część prawaleni zapuściła sobie mocne ogony pchające ciało energicznymi machnięciami góra-dół. Nacisk selekcyjny przy tej skutecznej metodzie poruszania się faworyzował dłuższy i elastyczniejszy kręgosłup. Nozdrza przesunęły się do tyłu i ku górze, na szczyt głowy. Z czasem, w miarę jak zwierzęta nurkowały coraz głębiej, ich oczy odbyły wędrówkę ku bokom głowy, co umożliwiało lepsze widzenie otoczenia w wodzie.

Uszy waleni robiły się coraz wrażliwsze na podwodne dźwięki, wspomagane przez poduszki tłuszczu biegnące kanałami wzdłuż szczęk. Te utwory tłuszczowe zbierały drgania środowiska jak anteny i przekazywały do ucha środkowego.

Choć już tak precyzyjnie dostrojone do środowiska morskiego, prawalenie sprzed 45 mln lat wciąż musiały gramolić się na brzeg na spiętych błonami palcach. Szukały tam słodkiej wody do picia, miejsca do zalotów i godów, bezpiecznego schronienia na urodzenie i wykarmienie młodych. Ale minęło parę milionów lat i walenie osiągnęły punkt, z którego już nie było powrotu. Bazylozaury, dorudony i ich krewniacy nigdy nie postawiły stopy na suchym lądzie. Pływały dzielnie po pełnym morzu, docierały nawet przez Atlantyk na wybrzeża dzisiejszego Peru i południowych Stanów Zjednoczonych. Ich ciała dostosowywały się coraz lepiej do wyłącznie wodnego trybu życia. Przednie kończyny skróciły się i zesztywniały, zamieniając się w płetwy umożliwiające ślizganie po powierzchni wody. Ogony poszerzyły się na końcu w poziomą płetwę. Pas miedniczny oddzielił się od kręgosłupa, dzięki czemu mógł się zwiększyć zakres ruchów ogona. Tylne łapy pozostały jednak, jak jakaś drogocenna pamiątka z zamierzchłej przeszłości: maleńkie, ale kompletne – z kolankiem, stópką, stawem skokowym i paluszkami. Nienadające się już do chodzenia, ale może przydatne w seksie?

Ostateczne przejście od bazylozarów do współczesnych waleni rozpoczęło się 34 mln lat temu, w okresie ochłodzenia klimatu, które zakończyło eocen. Spadek temperatury wody wokół biegunów, przesunięcia prądów oceanicznych i unoszenie się żyznych wód głębinowych u zachodnich wybrzeży Afryki i Europy stworzyły waleniom nowe nisze ekolo-giczne. Zmiany środowiska stały się napędem do kolejnych przystosowań. Wykształciły się duże mózgi, powstała echolokacja, gruba warstwa izolacyjna tłuszczu, a ponadto, u niektórych gatunków, zęby zostały zastąpione przez fiszbiny służące do odcedzania kryla.

Głównie dzięki Philipowi Gingerichowi kopalne świadectwa ewolucji waleni stanowią dziś sztandarowy pokaz darwinowskiej ewolucji w działaniu – a nie dowód przeciwko niej. Paradoksem jest, że sam Gingerich wyrósł w środowisku fundamentalistów chrześcijańskich – w rodzinie amiszów (jego dziadek był rolnikiem i świeckim kaznodzieją). Nie odczuwał jednak sprzeczności między wiarą a nauką.

– Dziadek miał otwarty umysł, ale o ewolucji się nie wypowiadał. Trzeba pamiętać, że byli   to ludzie wielkiej skromności. Zabierali głos tylko wtedy, gdy mieli na jakiś temat głęboką wiedzę – mówi. Gingericha dziwi, że wiele osób dostrzega sprzeczności między religią a nauką. Ostatniego wieczoru mojego pobytu w Wadi   al-Hitan poszliśmy na spacer pod rozgwieżdżoną kopułą nieba. Powiedział mi wtedy: – Nigdy nie byłem specjalnie pobożny. Ale uważam, że moja praca ma wymiar duchowy. Dość tu miejsca dla każdej religii.

Tom Muller,  2011