Kyslík (Ukázka, strana 99)

5. BOLSOVERSKÁ VÁŽKA Hmyz disponuje dvěma způsoby, jak provětrat vzdušnice. První je známý jako abdominální pumpování (abdominal pumping), druhý jako autokonvekční ventilace (autoconvective ventilation). Většina „moderních“ druhů hmyzu, včetně vos, včel a domácích much, je odkázána na abdominální pumpování, při němž hmyz rytmicky stahuje zadeček (abdomen), aby protlačil vzduch sítí vzdušnic.

Rychlost pumpování se mění v reakci na množství dostupného kyslíku. Pokud například umístíte včely do vzduchu chudého na kyslík, rychlost jejich metabolismu zůstane konstantní – při letu nadále využívají stejné množství kyslíku – avšak tempo ztráty vody odpařováním se může zvýšit až o 40 procent, což napovídá, že včely malé množství kyslíku kompenzují energičtějším abdominálním pumpováním, čímž zvyšují rychlost provětrávání vzdušnic i vypařování. Efektivita tohoto procesu většině hmyzu umožňuje, aby bez potíží fungoval i v měnících se podmínkách.

Vážky, kobylky a někteří brouci se spoléhají na druhý, primitivnější způsob větrání – autokonvekční ventilaci. To je okázale vágní způsob, jak říct, že při mávání křídly dělají průvan. Hmyz, který je odkázán na autoventilaci, zesiluje proudění vzduchu ve vzdušnicích zvýšením frekvence či rozsahu máchání křídly – mává jimi energičtěji. Samozřejmě to má jeden háček: máchání křídly vyžaduje energii, a čím prudčeji jimi hmyz mává, tím více energie potřebuje. Abdominální pumpování ve srovnání s tím spotřebuje méně energie. Poněvadž se produkce energie neobejde bez kyslíku a dostupnost kyslíku lze zvýšit pouze máváním, jež spotřebovává další kyslík, jsou vážky a další autoventilující hmyz mimořádně citlivé na změny koncentrace kyslíku.

Vzestup hladiny kyslíku by měl vážkám v podstatě umožnit, aby dosáhly stejného výkonu při méně aktivním mávání křídly. Anebo by se mohlo tělo při zachování rychlosti mávání zvětšit. Tyto myšlenky otestovali Jon Harrison z Arizonské státní univerzity a John Lighton z Utažské univerzity v detailní studii publikované roku 1998 v časopise Journal of Experimental Biology, která přinesla spolehlivý důkaz, že letový metabolismus vážek je citlivý na kyslík. Měřili produkci oxidu uhličitého, spotřebu kyslíku a hrudní teplotu volně poletujících vážek držených v uzavřených respiračních komorách. Zvýšení podílu kyslíku z 21 na 30, nebo dokonce až na 50 procent, vedlo ke zrychlení metabolismu. To znamená, že v dnešní atmosféře je let vážek omezen nedostatkem kyslíku. Pokud vážky lépe létají ve vzduchu s vysokým obsahem kyslíku, je pravděpodobné, že větší vážky, které by v dnešním řídkém vzduchu nezvládly vyvinout dostatečný vztlak, by v předpokládané, na kyslík bohaté karbonské atmosféře létat mohly.* Zdá se, že Bolsoverská * Protože dodatečný kyslík přibyl k již přítomným atmosférickým plynům, celková hustota vzduchu vzrostla.

Vyšší hustota podporuje vztlak (díky zvyšujícímu se Reynoldsovu číslu), takže mohla povzbudit evoluci letu.

98

Ukázka elektronické knihy, UID: KOS284287

Kyslík a vzestup obrů vážka tedy byla opravdu schopna letu, tedy lovu kořisti a přežití, pouze v atmosféře bohaté na kyslík.

Vážky nebyly jedinými giganty karbonu – řada dalších tvorů dosáhla velikosti, které už nikdy poté nedosáhli. Některé jepice měly takřka půlmetrové rozpětí křídel, mnohonožky se natáhly do víc než metrové délky a pavoukovití zástupci rodu Megarachne s rozpětím nohou kolem půl metru by Indianu Jonese vyděsili k smrti. Ještě hrozivější byli štíři, kteří dosahovali délky jednoho metru a značně převyšovali své moderní příbuzné, z nichž ti největší mají sotva pětinovou velikost. Pokud jde o suchozemské obratlovce, rozměry obojživelníků se pohybovaly od několika centimetrů po pět metrů. Obojživelníci zanechali v Howicku v hrabství Northumberland jedny z nejstarších otisků nohou v Anglii – stopy jsou 18 centimetrů dlouhé a 14 centimetrů široké. Co se týče světa rostlin, mechy se změnily ve stromy a obří plavuně dosahovaly výšky skoro 50 metrů. Jediní dnes žijící zástupci plavuní jsou maličkaté byliny, jako třeba plavuň vidlačka (Lycopodium clavatum), která málokdy roste do výšky přes 30 centimetrů.

Souvisel veškerý ten bující gigantismus s kyslíkem? Je to dost dobře možné.

Podobně jako vážka je každý z těchto organismů závislý na pasivní difuzi plynů jedním či druhým směrem. Například velikost obojživelníků je omezená jejich schopností absorbovat kyslík difuzí skrze kůži, kdežto výška rostlin závisí na síle jejich strukturální podpory, jež je zase limitována nutností, aby se plyny dostaly k vnitřním tkáním. Nicméně i když zní docela věrohodně, že vysoká hladina kyslíku umožnila organismům dosáhnout větší velikosti, je těžké tohle tvrzení doložit přímými evolučními důkazy. Existuje ovšem jeden lákavý názor, který vychází ze současných ekosystémů a naznačuje, že tomu tak skutečně je.

Zastrčený v sekci „vědecké korespondence“ časopisu Nature se v květnu 1999 objevil krátký článek o velikosti korýšů – skupiny, do níž patří garnáti, krabi či humři – v polárních oblastech. Článek celkem elegantně vyřešil jednu letitou záhadu: vztah mezi gigantismem a dostupností kyslíku. Autoři, jimiž byli Gauthier Chapelle z Královského belgického přírodovědného institutu a Lloyd Peck z Britské antarktické služby, prozkoumali data týkající se délky těla více než 2 000 druhů korýšů z polárních a tropických oblastí a z mořského a sladkovodního prostředí. Zaměřili se na jedinou skupinu známou jako různonožci (Amphipoda), což jsou poikilotermní, krevetám podobní živočichové s rozměry od několika milimetrů po asi 9 centimetrů. Různonožci nejsou výhradně mořští V sérii fascinujících článků dal Robert Dudley do souvislosti schopnost letu hmyzu, ptáků a netopýrů se změnami hustoty atmosféry.

99

Ukázka elektronické knihy, UID: KOS284287

5. BOLSOVERSKÁ VÁŽKA a někteří čtenáři se s nimi v zahraničí možná setkali v podobě „písečných blech“ [anglicky sand hoppers, což je termín označující na pláži žijící zástupce čeledi Talitridae; termín blecha písečná je už v češtině vyhrazen pro skutečnou blechu, která se řadí mezi hmyz]. Na území České republiky se ze skupiny různonožců můžete setkat například s blešivci žijícími ve vodě.

Tisíce mořských druhů různonožců představují základ potravních řetězců v polárních oblastech, neboť jsou hlavní součástí stravy nedospělých tresek, jež loví tuleni, a tuleně zase loví lední medvědi. V některých dnových sedimentech se různonožci nacházejí v neuvěřitelné hustotě 40 000 jedinců na metr krychlový. Více vydatné potravy skýtají tato drobná stvoření v polárních vodách: největší antarktické druhy jsou asi pětkrát větší než jejich tropičtí příbuzní – na poměry různonožců jsou to skuteční obři. Různonožci tedy v tomto ohledu nepředstavují výjimku. Zhruba v posledních sto letech zaznamenali vědci v polárních mořích mnoho ohromných druhů. Ačkoli se polární gigantismus obvykle připisuje nízkým teplotám a snížené rychlosti metabolismu poikilotermních živočichů, nejedná se o přímý vztah. Polární gigantismus kupodivu nikdy nebyl uspokojivě objasněn. Problém je, že negativní korelace mezi velikostí a teplotou je spíš zakřivená než lineární a obsahuje řadu nepochopitelných výjimek.

Zejména jde o to, že mnoho druhů dosahuje ve sladkovodním prostředí daleko větší velikosti, než by pouze na základě teploty mělo. Například sladkovodní různonožci z ruského jezera Bajkal jsou při stejné teplotě dvakrát větší než jejich mořské protějšky.

Chapelle a Peck dostali chytrý nápad, který aplikovali na data týkající se různonožců. Co když korelace neměla vůbec co dělat s teplotou vody, ale s koncentrací rozpuštěného kyslíku? Kyslík se lépe rozpouští v chladné vodě, přičemž v polárních mořích je jeho rozpustnost ve srovnání s moři tropickými dvojnásobná. Na rozpustnost kyslíku má vliv i obsah soli: ve sladké vodě se rozpouští o 25 procent lépe než ve slané. Nejvíce prosycená kyslíkem jsou proto sladkovodní jezera na okraji arktické tundry, jako je Bajkal – a to jsou také místa, kde žijí největší korýši. Když Chapelle s Peckem data o velikosti korýšů znovu zanesli do grafu, tentokrát však proti saturaci vody kyslíkem, nemohli si přát lepší výsledek (obrázek 6). Ačkoli je pravda, že korelace neříká nic o mechanismu, vypadá pravděpodobně, že nedostatek kyslíku omezuje velikost mnoha druhů, nebo jinak, že vysoká hladina kyslíku otevírá brány gigantismu.

Závislost gigantů na vysoké koncentraci kyslíku samozřejmě znamená, že jsou tyto organismy nebezpečně náchylné na prudký pokles hladiny plynu. V závěru článku Chapelle a Peck neúprosně předpovídají, že obrovští různonožci budou mezi prvními druhy, které zmizí, pokud stoupne globální teplota nebo pokud klesne hladina kyslíku. Sotva si dovedeme představit, jaký dopad by to mělo na zbytek potravního řetězce.

100

Ukázka elektronické knihy