Dziobowal łopatozębny i przewidywania w biologii

Jednym z zarzutów stawianych teoriom ewolucji jest brak możliwości przewidywania. Czy jest to zarzut słuszny? Rozważmy to na przykładzie waleni. Odpowiedzmy na pytania: ile mają żołądków? Czy mają tylne łapy?

Przed lekturą dalszego tekstu wstępne odpowiedzi można zamieścić w komentarzu.

Moje byłyby następujące: stawiałbym na 4 żołądki i niewidoczne z zewnątrz, szczątkowe, niefunkcjonalne tylne łapy.

Jakie 4 żołądki? Na głowę upadłem? Po co zwierzęciu żyjącemu w wodzie 4 żołądki? Taką budowę z jednym żołądkiem właściwym i trzema przedżołądkami (żwacz, czepiec, księgi, trawieniec) spotyka się w zasadzie wyłącznie u ssaków kopytnych z grupy przeżuwaczy, takich jak krowa, jeleń czy hipopotam, żyjących się twardym, bogatym w celulozę pokarmem roślinnym.

Celuloza to wielocukier budujący ściany komórkowe roślin. Jej długie łańcuchy tworzą reszty glukozy – zupełnie takie same jak w przypadku trawionych przez nas z łatwością skrobi czy glikogenu. Ten ostatni magazynują nasze mięśnie czy wątroba. Cała różnica polega na tym, że w łączącym poszczególne reszty glukozy wiązaniu w skrobi czy glikogenie tlen odchodzi od pierwszego, tak zwanego anomerycznego atomu węgla cząsteczki glukozy w dół, a w celulozie w górę. Ta drobna odmienność skutkuje koniecznością użycia innego enzymu trawiennego, nieobecnego w komórkach ssaków. Celulozę trawią natomiast symbiotyczne mikroorganizmy, zasiedlające układy pokarmowe kopytnych. Wymagają one długiego, obszernego przewodu pokarmowego, gdzie będą mogły rozrastać się i powoli wykonywać swoją trudną pracę. Dlatego też przewody pokarmowe roślinożerców są zwykle znacznie dłuższe i pojemniejsze niż te należące do mięsożerców (człowiek jako wszystkożerca cechuje się – wbrew szumnym internetowym twierdzeniom piewców rzekomej ludzkiej mięsożerności – pośrednią budową układu pokarmowego, znacznie krótszego niż u krowy czy nawet mniejszych od niego fitofagów).

Walenie obejmują m.in. wieloryby, delfiny czy morświny i wbrew poglądom starożytnych nie są rybami, lecz ssakami. Oddychają powietrzem, niekiedy widowiskowo wypychając je z nozdrza (często pojedynczego) z fontanną wody. Karmią młode mlekiem. Ich wielka żuchwa tworzona jest przez parzystą kość zębową, nie przez liczne i znacznie mniejsze kości innych kręgowców.

Darwin widział w wielorybach krewnych niedźwiedzi, których niektórzy przedstawiciele, zwłaszcza niedźwiedź polarny, po łacinie morski (Ursus maritimus), świetnie pływają. Współcześni badacze widzą w nich raczej krewnych lądowych ssaków kopytnych. Szereg odkrytych skamieniałości form przejściowych (tak, to te, które wedle kreacjonistów nie istnieją) obrazuje stopniową ewolucję od całkiem lądowego zwierzęcia (Indohyus, nazwa oznacza indyjską świnię) przez formy wodno-lądowe (Pakicetus, pakistański wieloryb; Ambulocetus, chodzący wieloryb; Maiacetus, wieloryb-matka i remingtonocety) aż do wielkich wodnych bazylozaurów nieprawidłowo uznanych niegdyś za jaszczury.

Co więcej, badania genetyczne z końca XX wieku wskazały najbliższych krewnych waleni. Są to prowadzące również częściowo wody tryb życia hipopotamy.

W toku ewolucji kończyny tylne, nieprzydatne w wodzie wobec napędu zapewnianego pionowymi ruchami ogona, uległy uwstecznieniu. Futro i węch także zanikły, a u niektórych form spotkało to nawet zęby. Niemniej w rozwoju zarodkowym bezzębnych fiszbinowców pojawiają się zaczątki i zębów, i włosów.

Czego spodziewać się po żołądku? Uwstecznienia czy jednak pozostawania wielu komór? Bardziej chyba tego drugiego wobec pożeranych przez walenie często gigantycznych ilości pokarmu, przerabianego później na grubą warstwę tłuszczu stanowiących świetną izolację w zimnych, bogatych w kryl wodach, a także pozwalających niektórym waleniom pościć przez pół roku.

Tymczasem nie tak dawno, pół roku temu, pojawiła się okazja do przetestowania takich hipotez. W lipcu w Nowej Zelandii u ujścia rzeki morze wyrzuciło na brzeg zwłoki dziobowala łopatozębnego (Mesoplodon traversii), gatunku nigdy wcześniej nie poddawanego sekcji zwłok i w sumie prawie nie znanego nauce. Należy on do enigmatycznej rodziny zyfiowatych, obejmujących prócz najbardziej znanej zyfii gęsiogłowej rodzaje takie jak butlogłów, dziobogłowiec, dziobowal, tropikowal czy tasmanowal.

Zdziwieni badacze znaleźli nie jeden, nie cztery, ale w sumie aż 9 komór żołądka. Najwyraźniej w morzu żołądek nadal się dzielił. W szczęce znaleziono pozostałości zębów, u zyfiowatych, oficjalnie należących do zębowców, będących zazwyczaj w zaniku lub istniejących w niewielkiej liczbie, zwłaszcza u samców, być może używających zębów do walki z pobratymcami.

Znaleziono również niewielkie, uwstecznione kości szkieletu kończyny dolnej. Tutaj jednak badacze nie uznają ich za w pełni pozbawione funkcji narządy szczątkowe. Mogą one pełnić dwie funkcję. Kości stanowią generalnie miejsce przyczepu mięśni. Być może kości te stanowią przyczep mięśni brzucha ułatwiających skłony ciała, a być może używane są głównie w czasie kopulacji, kiedy to samiec, nie posiadając umożliwiających przytrzymanie się kończyn, musi wprowadzić swój narząd rozrodczy do ciała wybranki. Takie przystosowanie polegające na nabyciu nowej funkcji przez istniejący wcześniej narząd nazywamy egzaptacją.

Czy stawiał ktoś na 9 żołądków? Teorie ewolucji pozwoliły nam przewidzieć, że komór żołądka może być kilka, jednak ich dokładna liczba była już poza zasięgiem przewidywań. Hipoteza wymagała empirycznego zbadania. Tak to bywa w materii opisywanej teorią opartą w dużej mierze na przypadkowym działaniu. Podobnie w przypadku kończyn tylnych, niewidocznych z zewnątrz. Mogliśmy przewidzieć, że jakieś ich szczątki gdzieś się uchowają, etap ich zanikania wymaga już jednak empirycznego sprawdzenia, tym bardziej egzaptacje.

Taka jest właśnie dzisiejsza biologia. Znamy ogólne ramy, zasady wyznaczające działające procesy, ale pojedyncze przypadki wciąż nas zaskakują.

Marcin Nowak

Ilustracje:

  • YassineMrabet: Mesoplodon traversii, za Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0
  • Michael Hayward, Department of Conservation (New Zealand), sekcja Mesoplodon traversii, za Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0