Szturm na plaże: wczesne kręgowce lądowe
Wikimedia Commons
W okresie geologicznym dewonu, około 375 milionów lat temu, grupa kręgowce wyszedł z wody na ląd. To wydarzenie — przekroczenie granicy między morzem a stałym gruntem — oznaczało, że kręgowce w końcu wymyśliły rozwiązania, choć prymitywne, czterech podstawowych problemów życia na lądzie. Aby kręgowiec wodny mógł przetrwać na lądzie, zwierzę:
- Musi być w stanie wytrzymać skutki powaga
- Musi być w stanie oddychać powietrzem
- Musi minimalizować utratę wody (przesuszenie)
- Musi dostosować swoje zmysły tak, aby nadawały się do powietrza zamiast do wody
Jak czworonogi dokonały trudnego przejścia do życia na lądzie?
Wymarły czworonog. dr A.S. Günter Bechly / Wikimedia Commons
Zmiany fizyczne
Skutki grawitacji stawiają wysokie wymagania budowie szkieletowej kręgowców lądowych. Kręgosłup musi być w stanie podtrzymywać narządy wewnętrzne zwierzęcia i skutecznie rozkładać ciężar w dół na kończyny, które z kolei przenoszą ciężar zwierzęcia na ziemię. Potrzebne do tego modyfikacje szkieletu obejmowały zwiększenie wytrzymałości każdego kręgu (pozwalając mu utrzymać dodatkowy ciężar), dodanie żeber (które dodatkowo rozłożyły ciężar i zapewniły wsparcie strukturalne) oraz rozwój zazębiających się kręgów (umożliwiających kręgosłup utrzymać niezbędną postawę i wiosnę). Kolejną kluczową modyfikacją było oddzielenie obręczy piersiowej i czaszki (u ryb kości te są połączone), co pozwoliło kręgowcom lądowym na amortyzację wstrząsu powstałego podczas ruchu.
Oddechowy
Uważa się, że wczesne kręgowce lądowe powstały z linii ryb posiadających płuca. Jeśli to prawda, oznacza to, że zdolność oddychania powietrzem rozwinęła się w tym samym czasie, kiedy kręgowce lądowe robiły swoje pierwsze wyprawy na suchą glebę. Większym problemem, z jakim musiały się zmierzyć te stworzenia, był sposób pozbycia się nadmiaru dwutlenku węgla wytwarzanego podczas oddychania. To wyzwanie – być może w jeszcze większym stopniu niż znalezienie sposobu na pozyskiwanie tlenu – ukształtowało układ oddechowy wczesnych kręgowców lądowych.
Utrata wody
Radzenie sobie z utrata wody (określane również jako wysuszanie) stawiało również wyzwania przed kręgowcami lądowymi. Utratę wody przez skórę można zminimalizować na wiele sposobów: tworząc wodoodporną skórę, wydzielając woskowatą wodoodporną substancję przez gruczoły w skórze lub zasiedlając wilgotne środowiska lądowe. Wczesne kręgowce lądowe wykorzystywały wszystkie te rozwiązania. Wiele z tych stworzeń składało również jaja w wodzie, aby zapobiec utracie wilgoci przez jaja.
Regulacja narządów zmysłów
Ostatnim dużym wyzwaniem związanym z przystosowaniem się do życia na lądzie było przystosowanie narządów zmysłów, które były przeznaczone do życia pod wodą. Konieczne były modyfikacje w anatomii oka i ucha, aby skompensować różnice w transmisji światła i dźwięku. Ponadto niektóre zmysły zostały po prostu utracone, gdy kręgowce przeniosły się na ląd, na przykład system linii bocznych. W wodzie system ten pozwala zwierzętom wyczuwać wibracje, uświadamiając im pobliskie stworzenia; w powietrzu jednak ten system ma niewielką wartość.