Skąd się wzięły wieloryby

Jeszcze kilka wieków temu sądzono, że walenie są rybami. Karol Linneusz, naśladując poprzednich autorów, początkowo klasyfikował walenie właśnie jako ryby, podobnie jak inny szwedzki uczony, uznawany za pioniera ichtiologii Peter Artedi. Jednak w 1758 r. Linneusz zmienił swoje stanowisko, włączając walenie do gromady ssaków.

Polska nazwa „wieloryb” – wiele ryb – także mówi sama za siebie, choć pamiętać też należy o morświnie – morskiej świni. Jest to już znacznie bliższe prawdzie, gdyż walenie spośród współczesnych zwierząt najbliżej spokrewnione są ze świniokształtnymi hipopotamami, czego dowodzą nie tylko podobieństwa anatomiczne i związane z trybem życia, ale również badania molekularne. W dużym uproszczeniu można by powiedzieć, że walenie to takie morskie, drapieżne lub filtrujące pokarm świnie. Jednak zdecydowanie lepiej jest mówić o potomkach lądowych drapieżnych zwierząt kopytnych, którym środowiskowo-przyrodnicze okoliczności pozwoliły wrócić w głębiny po milionach lat przerwy – odkąd rybi przodkowie ssaków wyszli na ląd.

Powrót do źródeł

Gdybyśmy cofnęli się w czasie o około 50 mln lat i wyruszyli w podróż na ocean, nie spotkalibyśmy wielkich ssaków morskich. Powierzchnie otwartych wód wydałyby nam się jeszcze bardziej puste niż dziś (jeśli zignorujemy statki), choć na niższych głębokościach moglibyśmy spotkać wielkich rozmiarów ryby.

Właśnie mniej więcej 50 mln lat temu rozpoczęła się historia waleni. Istniało jeszcze wówczas Morze Tetydy, położone pomiędzy lądami dzisiejszej południowej Azji i północno-wschodniej Afryki, a dziś zastąpione przez Ocean Indyjski. W jego płytkich, przybrzeżnych wodach brodziły lądowe zwierzęta, które dzisiaj nie są już spotykane. Nie wymarły jednak bezpotomnie.

Jednym z takich gatunków było zgrabne, owłosione zwierzę, posturą i wielkością przypominające wilka (nieco od niego cięższe), lecz wywodzące się ze ssaków kopytnych, podobnie jak hipopotamy, świnie czy krowy. Około 49-48 mln lat temu na terenie dzisiejszego Pakistanu zwierzę to prowadziło wodno-lądowy tryb życia. Był to Pakicetus – jeden z pierwszych prawaleni. Bytował na terenach zalewowych, a jego istotnym przystosowaniem do takiego środowiska było między innymi lepsze słyszenie pod wodą, które zapewniała specjalna struktura w czaszce, okalająca części ucha środkowego i wewnętrznego.

Inny znany ze skamieniałości prawaleń o cechach przejściowych między lądowymi zwierzętami kopytnymi a wielorybami i delfinami, żyjący w zbliżonym okresie, to Ambulocetus. Był masywniejszy i większy od Pakicetusa. Miał wydłużoną czaszkę, błony między palcami, a jego małżowiny uszne – w wodzie niezbyt praktyczne – uległy znacznej redukcji. Więcej czasu spędzał w wodzie, polując na swoje ofiary w sposób prawdopodobnie podobny do krokodyli. Jego potomstwo rodziło się na lądzie.

Potomkowie Ambulocetusa lub siostrzanych mu grup, czyli Remingtonocetusy, również żyły tam, gdzie dziś leży Pakistan, także sporo ponad 40 mln lat temu. Zasiedlały laguny, ujścia rzek i tereny zalewowe, wstępując także w wody słone. Miały mniejsze kończyny, a ich kanały półkoliste w uchu uległy zmniejszeniu, co sprzyjało uniknięciu zawrotów głowy w trakcie podwodnych akrobacji. Jeszcze młodsze Rhodocetusy były bardziej opływowe. Ich nozdrza migrowały wyżej, co ułatwiało nabieranie powietrza, z kolei oczy wędrowały ku dołowi – pomagało to we wzrokowym śledzeniu zdobyczy pod wodą. Nie miały jeszcze płetwy ogonowej. Prawdopodobnie pojawiła się ona u wyraźnie młodszych prawaleni, takich jak bazylozaury oraz dorudony.

Zagadkowy podział

Według zgrubnych szacunków około ­30-35 mln lat temu spośród prawaleni wyodrębniły się dwie duże grupy, które istnieją również współcześnie. Chodzi o zębowce, takie jak kaszaloty, delfiny i morświny, oraz o fiszbinowce – typowe wieloryby, np. płetwal błękitny. Pierwsze, zgodnie z nazwą, posiadają zęby i polują, drugie żywią się filtrowanym z wody pokarmem.

Kilkanaście milionów lat temu występowały już bardzo podobne do dzisiejszych wielorybów Cetotherium, które filtrowały wodę, żywiąc się planktonem. Przodkiem drapieżnych zębowców był natomiast Squalodon lub jakiś jego kuzyn. Na podstawie budowy czaszki można sądzić, że na tym etapie prawalenie miały już pewną zdolność echolokacji. Na pewno nie pojawiła się ona przed podziałem – fiszbinowce jej nie mają.

Nie znamy dokładnej historii tego podziału. U grup morskich organizmów prześledzenie przyczyn takich zjawisk ewolucyjnych, określanych również jako radiacje, jest trudniejsze niż w przypadku zwierząt lądowych, ponieważ w morzach trudniej o terytorialną izolację określonych populacji. Z tego samego powodu podział na fiszbinowce i zębowce mógł być także znacznie rozciągnięty w czasie (ewolucjoniści mówią w tym kontekście o „paradoksie morskiej specjacji” – jeśli organizmy mogą względnie swobodnie migrować, jak to w morzach i oceanach, trudniej o kumulację zmian genetycznych, które uniemożliwiłyby krzyżowanie się gatunków). Jednak znaczące różnice w sposobach odżywiania się obu grup sugerują, że radiacja waleni musiała mieć związek z dostępnością pożywienia.

W tym kontekście interesującą cechą części waleni – zwykle tych filtrujących – są również ich olbrzymie rozmiary. Dlaczego urosły one tak bardzo (współczesne płetwale błękitne ważą nawet po sto kilkadziesiąt ton), podczas gdy większość polujących zębowców jest znacznie mniejsza?

Otwarte wody oceaniczne to ogromna przestrzeń, łatwa w eksploracji i rojąca się od mniejszych zwierząt – niemal niewyczerpanych zasobów potencjalnego pożywienia. Część prawaleni zajęła więc tę niszę, rosnąc i wykształcając w toku ewolucji rogowe twory, czyli filtrujące pokarm fiszbiny. Tym osobnikom, które były w stanie zdobyć i przefiltrować więcej pożywienia, w życiu i miłości wiodło się lepiej. Część naukowców badających kopalne wieloryby uważa, że związek z tym miały zmiany klimatyczne i zlodowacenia prowadzące do tworzenia się skupisk skorupiaków, którymi walenie te mogły się żywić. W takiej sytuacji, przy zagęszczeniu drobnego pożywienia, rozmiar zwiększał wydajność pozyskiwania go, a lepiej odżywiony wieloryb to wieloryb z większą szansą na przeżycie i rozmnożenie się. Większym osobnikom zarazem łatwiej było uniknąć śmierci ze strony drapieżników, a grubsza warstwa tłuszczu zapewniała magazyn energii i możliwość dłuższych migracji w poszukiwaniu pożywienia. Co ciekawe, jak wynika z analizy Grahama Slatera i współpracowników, największy wzrost rozmiarów wielorybów nastąpił niedawno, ­zaledwie w ciągu ostatnich kilku milionów lat. Płetwal błękitny jest zaś największym znanym zwierzęciem w całej historii życia na Ziemi.

Czytaj także: Łukasz Sakowski: Zmiany w spadku

W biologii nie ma jednak darmowych obiadów. Wielkie rozmiary to nie tylko spore korzyści, ale także ogromne koszty – sporą część swojego życia te oceaniczne olbrzymy muszą poświęcać na szukanie pożywienia, co nieraz skutkuje przemierzaniem setek i tysięcy kilometrów. Dzisiejsza bioróżnorodność fiszbinowców pokazuje jednak, że w tym przypadku przeważyły korzyści, ponieważ przetrwały jedynie największe fiszbinowce. Małe wieloryby wyginęły.

Zębowce pozostały drapieżnikami i zachowały zęby, ale te, znacznie się zmieniły. Zatraciły zróżnicowanie na siekacze, kły, przedtrzonowce i trzonowce, jakie charakteryzowało ich przodków i przybliżało do reszty ssaków. Ta nowa cecha upodabnia je za to do gadów.

Ślady zmian

Gdyby przyjrzeć się waleniom z bliska, to okazuje się, że ze skóry tych wodnych ssaków wyrastają włosy. Nie są rzecz jasna tak gęste, jak np. u fok – często są to pojedyncze, ledwo dostrzegalne włoski. Jest to ich szczątkowa cecha, pamiątka po lądowej przeszłości. Inna to miednica – również szczątkowa. W wodzie walenie praktycznie jej nie potrzebują. Może odgrywać rolę przy kopulacji, ale nie spełnia już swoich pierwotnych funkcji w układzie ruchu. Podobnie jest z nogami, czyli kończynami tylnymi, lecz je uznać można już nie za narząd szczątkowy, ale za atawizm, ponieważ pojawiają się rzadko, u pojedynczych osobników, w formie płetw.

U waleni ciekawy jest jeszcze jeden brak – gruczołów łzowych. Ich redukcja wydaje się być naturalnym następstwem życia w wodnym środowisku, w którym nie byłyby przydatne, zaś same oczy i tak mają ochronę w postaci zmodyfikowanego nabłonka. Redukcja narządów i struktur, które nie są już gatunkowi przydatne, to naturalny proces wynikający ze zbalansowania energii organizmu i kierowania jej tam, gdzie jest potrzebna. Budulec i energia wykorzystywane wcześniej do wytworzenia tylnych kończyn, mogą zostać przekierowane do rozwijania innych przystosowań, takich jak, przykładowo, większy zapas tkanki tłuszczowej albo wytworzenie płetwy ogonowej.

W przypadku waleni podobnie stało się nawet z niektórymi szlakami mózgowymi, które u zwierząt lądowych odgrywają olbrzymią rolę. Chodzi o struktury związane ze zmysłem powonienia. U zębowców zanikły one w dużym stopniu, przez co zwierzęta te pozbawione są węchu (fiszbinowce zachowały go w ograniczonym stopniu). Prawdopodobnie coś zbliżonego stało się ze zmysłem smaku – u zębowców nie występują bowiem receptory odpowiedzialne za odczuwanie smaków gorzkiego, słodkiego i umami.

Ponownie w rzece

Filogeneza waleni pełna jest interesujących zjawisk ewolucyjnych. Jednym z nich jest występowanie paralelizmu, czyli niezależnego pojawienia się podobnych cech, będących przystosowaniem do podobnego środowiska.

Paralelizm często występuje u bliskich sobie gatunków, np. delfinów rzecznych. Do tej grupy zalicza się inia amazońska w Amazonce, tonina mała z estuarium La Platy, suzu gangesowy z wód Indusu oraz Gangesu, a także najprawdopodobniej wymarły już baji chiński z rzeki Jangcy. Ich odrębne populacje żyjące w Amazonce, nizinie La Platy i w dużych rzekach Południowej Azji wykształciły niezależnie od siebie – na co wskazują badania molekularne – cechę taką jak bardzo cienka szczęka. Jest to ważne dla tych zwierząt, gdyż niejednokrotnie są zmuszone pływać pomiędzy drzewami i ich korzeniami na terenach zalewowych wymienionych rzek. Zasiedlenie rzek wymagało zresztą u tych gatunków ponownej adaptacji do życia w słodkiej wodzie – po tym jak całe pokolenia waleni spędziły życie w słonych morzach i oceanach.

U znacznej części gatunków waleni, zwłaszcza u tych zębowych, występują rozmaite zachowania stadne, wliczając w to altruistyczne. Regularnie obserwowane są np. akcje ratownicze humbaków, przybywających na pomoc mniejszym zwierzętom – często też waleniom – atakowanym przez dwa razy od nich mniejsze orki. To zachowanie może mieć także podłoże osobiste, a nie czysto altruistyczne – humbaki mogą pamiętać z dzieciństwa, jak same atakowane były przez orki, dlatego jako dorosłe osobniki chcą się „zemścić”. Mają ku temu dobre narzędzia – wśród wszystkich waleni ich płetwy piersiowe – czyli odpowiedniki naszych rąk – są największe i najlepiej rozwinięte. Dodatkowo obrastają je pąkle, których pancerzyki mogą ranić wrogów.

Niezależnie od tego, które z tych wyjaśnień jest prawdziwe, daje obraz złożonego życia społecznego i umysłowego tych zwierząt. Tę złożoność umożliwiają także olbrzymie mózgi – zarówno w rozmiarach bezwzględnych, jak i w stosunku do rozmiarów ciała. Pod tym kątem niektóre walenie, zwłaszcza delfiny, ustępują wyłącznie człowiekowi. Testy behawioralne pokazały, że niektóre walenie przechodzą pozytywnie tzw. test lustra, czyli posiadają jakąś formę samoświadomości. Potrafią także rozumieć symbole, uczyć się zaprojektowanego przez człowieka języka i występuje u nich dziedziczenie kulturowe, czyli przekazywanie określonych zachowań i umiejętności z pokolenia na pokolenie dzięki wiernemu naśladowaniu starszych osobników przez młodsze. Walenie fascynują więc kognitywistów i etologów.

Ale i tak chyba najbardziej zachwycają ewolucjonistów. Ich filogeneza obejmuje niezwykłe zwroty akcji oraz cały katalog zjawisk ewolucyjnych, towarzyszących kolejnym radiacjom. A przy tym zostawiły one po sobie olbrzymie ilości materiału kopalnego, które pozwalają te wszystkie zmiany śledzić z niespotykaną dokładnością. W podręcznikach do ewolucji zajmują szczególne miejsce – i chyba nikt im go już nie odbierze. ©