Analizy kości żółwi pomagają zrozumieć, dlaczego gady te uciekły z lądu do wody

Badacze z Instytutu Paleobiologii PAN oraz Uniwersytetów w Zurychu i w Bonn, mając dostęp do wyjątkowych zasobów prehistorycznych żółwich kości odkrytych przed ponad dekadą w Porębie i w szwajcarskim Frick, chcieli wyjaśnić, w którym momencie ewolucji tych zwierząt pojawiły się specyficzne adaptacje w budowie kości. Czy na podstawie tej budowy można dowiedzieć się czegoś na temat środowiska życia najwcześniejszych żółwi? Odpowiedzi na te pytania przybliżyli w piśmie Comptes Rendus Palevol.

Kość kości nierówna 

Jak tłumaczy dr Tomasz Szczygielski z Instytutu Paleobiologii PAN, struktura kości kończyn u niemal wszystkich czworonogów jest schematyczna. Są one zbudowane z długiego, zwykle pustego w środku trzonu, który można porównać do rurki ze zbitej kości, zaś wewnątrz znajduje się tkanka gąbczasta i szpik kostny. Taka struktura w różnych wariacjach występuje u większości zwierząt. Jest ona zwykle bardzo mocno związana ze środowiskiem życia.

„Jako ssaki jesteśmy zwierzętami lądowymi, dlatego nasze kości mają formę rurki. Ze względów biomechanicznych jest to bardzo trwały, odporny sposób budowy, który zwiększa ich wytrzymałość na obciążenia i złamania. U ptaków jest podobnie, ale w środku ich kości są worki powietrzne, które sprawiają, że kości są lżejsze, choć wytrzymałe” - mówi dr Szczygielski.

U zwierząt wodnych dochodzi do bardzo silnego wzmocnienia, rozbudowy kości, zwiększa się ich gęstość. Zaczynają one działać trochę jak balast, aby przezwyciężyć siłę wyporu tworzoną przez powietrze w zwierzęcych płucach. Te zwierzęta, które są już bardzo dobrze zaadaptowane do środowiska wodnego, mają jeszcze inne mechanizmy do regulowania wyporności i magazynowania tlenu, więc kości przestają pełnić u nich funkcję obciążników i stają się bardziej porowate.

Wyjątkowy jak żółw 

„Żółwie są pod tym względem specyficzne. Większość żółwi, które od mezozoiku do dziś żyją na świecie, to zwierzęta wodne i wodno-lądowe. U nich nie obserwujemy wyraźnej jamy szpikowej w środku kości, ani takiej zależności między gęstością kości a środowiskiem, jaką obserwujemy u innych czworonogów” - opisuje badacz.

W miarę adaptacji do środowiska wodnego, gęstość ich kości zmniejszała się ze względu na to, że mają skorupę, która sama w sobie działa jako obciążnik. Nie ma więc konieczności, by kości kończyny się rozbudowywały, aby ściągać je w głąb.

Dr Szczygielski wyjaśnia, że już bardzo wcześnie, w późnym triasie (ok. 215 mln lat temu), pojawiły się specyficzne cechy budowy kości żółwi: brak jamy szpikowej i słabe ukrwienie tkanki kostnej. Już te najwcześniejsze żółwie ewoluowały inaczej niż reszta czworonogów.

Naukowcy Instytutu Paleobiologii PAN, Uniwersytetu w Zurychu i Uniwersytetu w Bonn przebadali dwa najlepiej poznane gatunki żółwi z triasu: Proganochelys quenstedtii z Niemiec i Proterochersis porebensis, którego liczne szczątki odkrywane są od 2012 r. w Porębie koło Zawiercia. Reprezentują one najwcześniejsze formy, które już możemy nazwać żółwiami.

Badacze analizowali tkankę kostną triasowych żółwi, która przyrastała powoli i odkładała się warstwami. W przekroju można zauważyć linie przyrostowe, które przywodzą na myśl słoje w drzewach. Na tej podstawie badacze szacują, jak kości wzrastały z sezonu na sezon.

Na podstawie tych analiz widać, że już wśród najwcześniejszych żółwi obserwować można było rozbieżne strategie wzrostu w zależności od gatunku. Tempo wzrostu różniło się zwłaszcza za młodu, więc poszczególne gatunki żółwi osiągały porównywalne rozmiary na różnych etapach życia.

„Wiemy że Proganochelys quenstedtii (gatunek z Niemiec) osiągał bardzo duże rozmiary. Jego pancerz mierzył nawet ponad 60 cm długości, a cały żółw powyżej metra. Miał on długi ogon, dosyć dużą głowę i długą szyję. Proterochersis zaś był dotąd uznawany za dużo mniejszego żółwia. Nasze badania wskazują jednak, że finalnie mógł mieć rozmiary ciała podobne do Proganochelys, tylko osiągał je na późniejszym etapie życia” - opisuje dr Szczygielski.

Czemu żółwie czmychnęły do wody

Prawdopodobnym wyjaśnieniem tych odmiennych strategii wzrostu mogą być kwestie środowiskowe.

Proganochelys najpewniej był żółwiem całkowicie lądowym, gatunek znany z Poręby był zaś częściowo wodny, częściowo lądowy. Nie musiał więc bronić się przed drapieżnikami poprzez osiąganie dużych rozmiarów ciała. Woda zapewniała mu bezpieczeństwo, bo w niej żółwie są bardziej mobilne, są w stanie uciekać przed drapieżnikami.

„W jurze, kiedy na Ziemi zaczęły pojawiać się większe dinozaury drapieżne, żółwie w zasadzie prawie całkiem zeszły do środowiska wodnego. Tę tendencję do życia w wodzie obserwujemy do dzisiaj. Mamy oczywiście żółwie lądowe, ale to niewielka i wyspecjalizowana grupa, która pojawiła się stosunkowo późno” - opisuje paleontolog.

Pomimo iż żółwie współczesne są dobrze przebadane, to w niewielu publikacjach analizowano, jak budowa ich kości zmienia się z wiekiem. Przede wszystkim jednak mało było informacji o budowie kości kończyn u żółwi kopalnych.

Żółwie są stosunkowo stałym składnikiem faun współczesnych i kopalnych. Dzięki temu, że mają twardy pancerz, który łatwo ulega kamienieniu, naukowcy w badaniach skupiają się właśnie głównie na nim. Same kończyny są już bardziej problematyczne. Niewielkie kości łatwo ulegają zniszczeniu, mogą być też pożerane przez drapieżniki i padlinożerców. Nie ma ich dużo, więc też niewielu badaczy skupiało na nich dotąd uwagę.

„Dzięki temu, że w Porębie odkryto liczne okazy jednych z najstarszych na świecie żółwi, ich pełne pancerze i kości kończyn, mogliśmy przyjrzeć się im bliżej. Część z nich mogliśmy poddać niszczącej procedurze badawczej, jaką jest wykonywanie płytek cienkich. Szlify takie są w istocie półprzeźroczystymi, cienkimi plasterkami kości, które można oglądać pod mikroskopem. Dają zatem wgląd w strukturę tkanek” - opisuje dr Szczygielski.

O odkryciu w Polsce licznych szczątków jednych z najstarszych na świecie żółwi, które żyły ok. 215 mln lat temu, naukowcy poinformowali już w 2012 r. Jest to nieznany wcześniej gatunek, nazwany Proterochersis porebensis, co w wolnym tłumaczeniu oznacza „pierwotny żółw z Poręby" (jego szczątki odkryto w Porębie koło Zawiercia).

Znaczenie tych znalezisk zostało nawet docenione przez nadanie w 2023 roku miejscowej oczyszczalni nazwy Proterochersis porebensis. Choć nowoczesna infrastruktura nie przywróci do życia triasowego gatunku, istnieją plany reintrodukcji na tym obszarze populacji współczesnego wodno-lądowego żółwia błotnego.

Źródło informacji: Nauka w Polsce