Życie na Ziemi istnieje od niemal 4 miliardów lat – choć dokładny moment jego początku zależy od definicji: czy uznamy za niego pierwsze cząsteczki RNA, proste związki organiczne, czy choćby samoformujące się struktury węglowe. Wiemy jednak na pewno, że wszystko zaczęło się w wodzie. To właśnie w oceanach, opływających pradawne kontynenty o zupełnie innych kształtach niż dziś, rozkwitło pierwsze życie. Gdybyśmy mogli przenieść się w czasie i stanąć na terenach dzisiejszej Polski w okresie środkowego dewonu – około 395 milionów lat temu – krajobraz byłby nie do poznania. Trudno sobie wyobrazić, że w miejscu, gdzie dziś wznoszą się Kielce, znajdowało się wówczas płytkie, tropikalne morze z rafą koralową.
Ślady tej odległej przeszłości przetrwały do dziś w skałach – niczym zapisana w kamieniu kronika Ziemi. Geologia i paleontologia, w przeciwieństwie do archeologii, nie zawsze zajmują się pojedynczymi znaleziskami sprzed wieków (choć czasem publikuje się takie prace), lecz próbują odczytać opowieść rozciągniętą na setki tysięcy, a nawet miliony lat. Dzięki tym dziedzinom możemy zajrzeć w głąb pradawnych oceanów – na przykład poprzez taką analizę, jak niedawna rekonstrukcja ekosystemu rafy koralowej w Wee Jasper. To wyjątkowy zapis kopalny, który rzuca nowe światło nie tylko na zamierzchłą przeszłość, ale i na wyzwania współczesności. Co dokładnie odkryli naukowcy i dlaczego to ma dziś tak duże znaczenie?
Coś więcej niż odkrycie
Wee Jasper w Nowej Południowej Walii, położone około 50 kilometrów na północny zachód od stolicy Australii – Canberry, od dawna przyciągało uwagę geologów. Już w XIX wieku opisano tam formacje skalne z okresu dewonu, znajdujące się nad brzegiem jeziora Burrinjuck. Znaleziska skamieniałych ryb były znane od dawna, jednak sama rafa – a zwłaszcza koralowce – pozostawały na uboczu zainteresowań badaczy. Tę lukę w wiedzy postanowił wypełnić zespół kierowany przez prof. dr. hab. Mikołaja Zapalskiego z Wydziału Geologii Uniwersytetu Warszawskiego.
– Badana przez nas warstwa była znana już wcześniej – identyfikowano ją jako „warstwę z koralowcami” i na tym poprzestawano. Koralowce mają bowiem tę „przypadłość”, że często występują masowo, przez co w terenie wielu paleontologów je ignoruje i szuka czegoś rzadszego czy bardziej efektownego. Tymczasem koralowce niosą ze sobą bardzo cenne informacje o środowisku, w którym żyły – a to często umyka uwadze. My jako pierwsi zrekonstruowaliśmy to środowisko w całości. To pierwsza praca, która nie skupia się jedynie na wybranych elementach, ale ukazuje cały ekosystem – mówi prof. Mikołaj Zapalski.
W tym przypadku nie chodzi o samo odkrycie – bo istnienie tej rafy było już wcześniej znane – lecz o jej szczegółową analizę i opis, który przyniósł zupełnie nową jakość. Zespół badaczy nazywa Wee Jasper najpełniejszą znaną rafą paleozoiczną, czyli pochodzącą z ery paleozoiku – jednej z najstarszych er w dziejach Ziemi, obejmującej okres od ok. 540 do 250 milionów lat temu. To właśnie w jej środkowej części znajduje się dewon, epoka sprzed około 395 milionów lat, kiedy rozkwitały pierwsze rafy koralowe i bujnie rozwijało się życie morskie. Zapisany w australijskich skałach ekosystem wyróżnia się wyjątkową kompletnością: naukowcy odtworzyli faunę trwającego dziesiątki tysięcy lat fragmentu oceanu. Co więcej, mogli też prześledzić zmiany, którym to środowisko ulegało w czasie. Taka rekonstrukcja była możliwa tylko dzięki wyjątkowo sprzyjającym warunkom – a te pojawiły się, jak się okazuje, częściowo przez przypadek.
– Odnalezienie tej warstwy było zaskakująco szybkie, tam nie trzeba było nic szukać. Przyjechaliśmy tam po raz pierwszy w 2022 roku i co nam bardzo pomogło, to to, że była akurat bardzo duża powódź. W związku z przygotowaniami na przyjęcie fali powodziowej spływającej z wyższych partii gór wododziałowych, spuszczono wodę ze zbiornika retencyjnego. Badane przez nas warstwy przestały być zarośnięte trawą po pas. Spuszczone lustro wody spadło o 2 metry, dzięki czemu mieliśmy do dyspozycji kilkadziesiąt metrów gołej skały, wcześniej znajdującej się pod wodą, którą można było bardzo dokładnie analizować – mówi geolog.
Podwodne życie jak na dłoni
Co to właściwie znaczy, że rafa jest „kompletna”? To pytanie może przywodzić na myśl archeologiczne porównania – na przykład Pompeje – ale badacze zastrzegają, że to uproszczenie. Wyjaśniają, że kompletność rafy oznacza coś zupełnie innego niż „zamrożony moment w czasie”.
– Pierwsze skojarzenie, które przyszło mi do głowy – choć od razu podkreślam, że jest całkowicie błędne – to właśnie Pompeje. Tam mamy zachowaną całość: ludzi, domy, konkretną chwilę w czasie. W przypadku naszej rafy analogią byłyby szkielety koralowców, które tworzą całe środowisko, ale kluczowa różnica polega na tym, że Pompeje są jak „snapshot”, zamrożony moment. Tymczasem rafa to zapis uśredniony – obejmujący nie jeden dzień, lecz co najmniej kilka tysięcy lat, a prawdopodobnie nawet kilkadziesiąt tysięcy lat. Gdyby przenieść to na grunt archeologii, to jakby między Pałacem Kultury z lat 50., wieżowcami z lat 2000 i średniowiecznym chłopem z workiem kaszy próbować znaleźć jedną wspólną opowieść – wyjaśnia badacz. – Naszą rekonstrukcję rafy przyrównać można do obrazka z książki dziecięcej – narysowany jest las, a w nim wilk, jeleń, borsuk, wiewiórka i kilka innych zwierząt. Wiadomo, że żyją w tym lesie, ale szansa na zobaczenie ich wszystkich naraz jest raczej znikoma.
Kompletność rafy w Wee Jasper opiera się na kilku wyjątkowych cechach. Po pierwsze – w jednym miejscu zachowały się zarówno szkielety koralowców, jak i ryb, które żyły obok siebie w tym samym środowisku. Już samo to jest niezwykłe, ponieważ dotychczas ryby w rafach kopalnych zachowywały się niezwykle rzadko. Dzięki temu naukowcy mogli odtworzyć pełny model ekosystemu sprzed setek milionów lat, pokazujący, jak różne gatunki współistniały – a czasem też ze sobą konkurowały.
Po drugie – i być może jeszcze ważniejsze – rafa przechowuje dowody na szerokie występowanie koralowców fotosymbiotycznych, czyli takich, które żyją w symbiozie z glonami (tzw. zooksantellami). Ta współpraca miała – i nadal ma – kluczowe znaczenie. To właśnie dzięki glonom współczesne koralowce mogą szybko rosnąć i budować rozległe rafy.
Z badań wiadomo, że w tzw. rafach mezofotycznych – czyli położonych na średnich głębokościach, gdzie światła jest już niewiele – dominują płaskie formy koralowców. Rozrastają się one właśnie dzięki wsparciu ze strony glonów. Takie płaskie koralowce prof. Zapalski (wspólnie z prof. Berkowskim z UAM) opisał wcześniej z pojedynczego stanowiska ze starszego okresu, syluru (ok. 430 mln lat temu) ze Szwecji. Podobne płaskie koralowce odkryto w Wee Jasper, co sugeruje, że także w dewonie symbioza z glonami była powszechnym zjawiskiem, a zatem mechanizm budowy raf, zbliżony do współczesnego był szeroko rozprzestrzeniony w płytkich morzach wczesnego dewonu.
Rafy aż po Warszawę!
Zaskakujące jest jednak nie tylko to, że symbioza z glonami istniała już w dewonie, ale też jak bardzo powszechna była. Odkrycia z Wee Jasper – podobnie jak wcześniejsze znaleziska z Gotlandii, Gór Świętokrzyskich czy Maroka – pokazują, że koralowce o podobnej budowie występowały na rozległych obszarach ówczesnych kontynentów.
– Nasz artykuł pokazuje, że koralowce zdolne do budowania raf miały w dewonie niezwykle szeroki zasięg. Najprawdopodobniej to właśnie dzięki symbiozie z glonami były w stanie tworzyć rozległe struktury rafowe. W tamtym okresie rafy koralowe były największe w historii Ziemi – rozciągały się mniej więcej między 45.–50. równoleżnikiem południowym a północnym. To tak, jakby dziś rafy sięgały niemal szerokości geograficznej Warszawy – wyjaśnia prof. Mikołaj Zapalski.
Lekcja sprzed setek milionów lat
Około 372 miliony lat temu, pod koniec dewonu, doszło do jednego z największych kryzysów ekologicznych w dziejach Ziemi. Wymarły niemal wszystkie rafy koralowe – zjawisko to, choć mniej znane niż zagłada dinozaurów i mniejsze skalą niż największe masowe wymieranie (na przełomie permu i triasu), zaliczane jest do tzw. wielkiej piątki wymierań w historii naszej planety.
To właśnie ten kryzys czyni badania rafy z Wee Jasper tak istotnymi z perspektywy współczesnej. Dzięki nim naukowcy mogą lepiej zrozumieć, co doprowadziło do wyginięcia dawnych raf – i jakie analogie można dostrzec w dzisiejszych zmianach klimatycznych.
– Przyczyny były bardzo złożone, ale nasze wcześniejsze badania sugerują, że kluczową rolę odegrał gwałtowny wzrost temperatur powierzchniowych wód oceanicznych. Analizy izotopowe pozwalają odtworzyć te wartości – wiemy, że w tropikach przekraczały one 32°C. A to dziś uznaje się za absolutną granicę przeżycia dla koralowców żyjących w symbiozie z glonami – wyjaśnia uczony.
Dziś w wielu miejscach (np. w Morzu Czerwonym, wokół Wielkiej Rafy Koralowej czy na Karaibach) temperatura wody już przekracza 30–31°C, a fale ciepła (marine heatwaves) są coraz dłuższe i częstsze. Zwiększone temperatury powodują znaczne zaburzenia w symbiozie koralowców z glonami, a co za tym idzie utratę zdolności budowy raf przez te pierwsze.
Z tego powodu rekonstrukcja środowiska rafy w Wee Jasper jest tak cenna: nie tylko poszerza naszą wiedzę o ekosystemach sprzed setek milionów lat, lecz również stanowi punkt odniesienia do obecnych raf koralowych, gdyż pokazuje, jak funkcjonowały rafy jeszcze przed znaczącymi wahaniami klimatycznymi (warstwy z Wee Jasper są o kilkadziesiąt milionów lat starsze od warstw zapisujących właściwe wymieranie późnodewońskie). Pokazuje, że już wtedy kluczową rolę w budowie raf odgrywała zależność koralowców od glonów – a jednocześnie, jak bardzo były one wrażliwe na zmiany temperatury.
Choć dziś mamy więcej narzędzi do badania klimatu, nadal nie wiemy, jak szybko następowały zmiany w odległej przeszłości. Ustalenia oparte na kopalnych analogiach są więc zawsze pewnym uśrednieniem – ale mogą dostarczyć bardzo cennych wskazówek. Zwłaszcza, jeśli do analizy włączą się eksperci z różnych dziedzin.
– Mamy nadzieję, że pokazując wyraźne podobieństwa między rafami kopalnymi a współczesnymi, zachęcimy biologów do współpracy. Może dzięki wspólnym badaniom uda się dokładniej zrekonstruować rozwój fauny przed wymieraniem i mechanizm samego wymierania. To z kolei pozwoli lepiej przewidzieć, co może nas czekać dziś – na ile te procesy są podobne, a na ile się różnią. Analiza przeszłości może stać się swego rodzaju prognozą – albo przynajmniej wskazówką dla tych, którzy zajmują się ochroną dzisiejszych raf – dodaje prof. Mikołaj Zapalski.
Choć odnalezienie prawdziwych „geologicznych Pompejów” to raczej marzenie niż realna perspektywa, przeszłość wciąż potrafi mówić do nas zaskakująco wyraźnym głosem. Polscy naukowcy kontynuują w tym roku badania w Wee Jasper, analizując kolonię wyjątkowo wrażliwych koralowców. Ich zaburzenia wzrostu – niczym pierścienie przyrostu w pniu drzewa – mogą pomóc odpowiedzieć na pytania, które dotąd pozostawały otwarte: jak szybko podnosiła się temperatura mórz w dewonie? Jak długo trwał kryzys ekologiczny? I czy istniały wyraźne sygnały ostrzegawcze, które poprzedzały masowe wymieranie koralowców? Analiza skamieniałości z Wee Jasper może pomóc w ustaleniu warunków niezbędnych do rozwoju rafy tak, by potem móc przeanalizować młodsze skamieniałości związane już bezpośrednio z wymieraniem późnodewońskim.
Zrozumienie tych zjawisk może mieć dziś bardzo praktyczne znaczenie – jako swoisty barometr tego, co może wydarzyć się we współczesnych oceanach. Być może właśnie w danych sprzed milionów lat kryje się wiedza, która pomoże nam chronić rafy przyszłości.
