Komerční prezentace
Registrace uživatele

Přihlašte se k odběru informací, novinek, získejte přístup do diskuzního fóra.

Vesmír č. 10
Vesmír č. 10
Toto číslo vychází
2. 10. 2017
Novinky
Zdarma jedno celé číslo Vesmíru v pdf.
• Říjnové číslo Vesmíru
reklama

Proč žáby skáčou

Publikováno: Vesmír 93, 156, 2014/3
Obor: Zoologie
Rubrika: Glosy

Děti mají někdy záludné otázky. Proč je obloha modrá? Jak najde včela cestu do úlu? A tati, proč žáby skáčou? Většina z nás ví, jak je někdy obtížné odpovědět ihned a správně.

Pro odpověď na poslední z těchto otázek se musíme vrátit do doby před více než čtvrt miliardou let, na počátek druhohor. Svět byl v té době zcela jiný než dnes. Neexistovali ještě savci ani ptáci, dokonce ani dinosauři, ptakoještěři a ryboještěři. Pevnina byla jeden veliký superkontinent, zvaný Pangea, který se rozprostíral z jižní polokoule až na severní. Nebylo tomu tak ale vždycky. Ještě na začátku devonu, v době před 400 miliony let, byla veškerá pevninská masa (včetně budoucí Evropy) soustředěna na jižní polokouli. První obojživelníci (tedy první obratlovci, kteří byli schopni existovat na souši) se objevili před 365 miliony let na území dnešního Grónska, severní Kanady a jižního Ruska, což byly všechno oblasti v tehdejším rovníkovém pásmu. Počátkem karbonu, tedy přibližně před 350 miliony let, byli již obojživelníci rozšířeni v klimaticky vhodných oblastech po celém světě. A nejen to – byli rovněž zastoupeni mnoha různými typy včetně těch, které byly přizpůsobeny životu v mořské vodě (na rozdíl od dnešních obojživelníků, z nichž ve slané vodě není schopen přežít žádný).

Na počátku druhohor, v období zvaném trias, se Pangea rozkládala od jižních polárních oblastí až téměř k severnímu pólu. A je pozoruhodné, že se na takto rozsáhlém kontinentu, na dvou místech vzdálených od sebe tisíce kilometrů, našli předkové žab. Určit je nebyl žádný problém – jeden z nich byl téměř kompletní jedinec s typicky žabí lebkou a dlouhými, dozadu směřujícími kyčelními kostmi. Zbytek kostry nesl ještě znaky rhachitomních obojživelníků: velký počet trupových obratlů, zadní nohy stejně dlouhé jako přední, a dokonce i krátký ocásek. Místo nálezu leží na dnešním Madagaskaru a za zmínku stojí i okolnosti nálezu. Francouzská expedice, kterou vedl profesor J. Piveteau, v této oblasti nacházela pouze kostry ryb. Jednou však profesor Piveteau něco projednával na místní policejní stanici a náhle spatřil, že jeho protějšek típe oharek doutníku o jakýsi kámen, na kterém je otisk kostry. Tak byl objeven Triadobatrachus, který má pro studium vzniku žab stejný význam, jako má archeopteryx pro vznik ptáků. O mnoho tisíc kilometrů severněji, až v jižním Polsku nedaleko vesnice Czatkovice u Krakova, leží jeskyně, v jejíchž nánosech bylo objeveno množství izolovaných kostí triasových obratlovců, mezi nimi i typicky žabí kyčelní kosti. Obojživelník, který měl takto protažené kyčelní kosti, dostal název Czatkobatrachus.

Z těchto nálezů bezprostředních předků žab vyplývají některé překvapivé závěry. Jednak že evoluce žabí lebky „předběhla“ evoluci mimolebeční části kostry (lebka triadobatracha má i jeden z typických žabích rysů, tedy čelní kosti srostlé s temenními), jednak to, že typické žabí kyčelní kosti, o nichž již byla řeč, vznikly ještě předtím, než si předci žab osvojili skákání jako způsob pohybu. Z ontogenetického vývoje žabí kostry víme, že se kyčelní kosti zakládají jako u všech ostatních suchozemských čtvernožců, tedy jako vertikální spoj mezi základem pletence pánevního (kosti stydké a sedací) a páteří. Poté ale kyčelní kosti ze své vertikální pozice začnou rotovat směrem dozadu do pozice horizontální, podél ocasní části páteře. Krátce nato splynou ocasní obratle do podoby tyčkovitého útvaru zvaného urostyl, na který se upínají svaly důležité pro skákání. Protože Triadobatrachus měl ještě ocasní obratle navzájem oddělené, lze to považovat za důkaz toho, že skákat ještě nemohl (o tom ostatně svědčí i poměrně slabé zadní končetiny, stejně dlouhé jako přední, a možná také stále ještě oddělené kosti předloktí a bérce).

Od raného triasu, ve kterém žili Triadobatrachus a Czatkobatrachus, až do počátku jury je fosilní záznam evoluce žab na dobu téměř 30 milionů let přerušen. Je to velká škoda, protože v té době došlo ke klíčovým anatomickým přestavbám, jež vedly k definitivní anatomické struktuře žab, která – jak se dnes ukazuje – byla natolik biologický úspěšná, že se během zbývajících 200 milionů let prakticky nezměnila. Nezměnila se ani stavba pletence pánevního. Žebra křížového obratle s tímto obratlem srostla a vytvořila pevnou podporu pro pohyblivý kloub, ve kterém pánev včetně kyčelního kloubu může rotovat (u skokana je tento kloub vidět před odskokem jako pár hrbolů na zadní části hřbetu). Tento rotační pohyb pánve ve vertikálním i horizontálním směru umožňují svaly, které se upínají na urostyl. Přirozeně že se zdokonalováním skákání šlo ruku v ruce i zvětšování velikosti zadních končetin a redukce počtu trupových (tedy presakrálních) obratlů. I ptáci, kteří se pohybují ve vzduchu, mají redukovaný počet trupových obratlů, které navíc srůstají v jediný nepohyblivý celek.

Jinou výraznou přestavbou byla redukce a zánik žeber. Zdá se to jako prosté zjednodušení kostry, ale význam to má mnohem hlubší. Žebra u suchozemských obratlovců se významnou měrou podílejí na dýchacích pohybech, při nichž zvětšování objemu hrudního koše znamená vdechování vzduchu do plic a naopak jeho zmenšování znamená výdech. Jak se ale žáby nadechují, když se žebra v lepším případě redukovala do podoby nefunkčních rudimentů, v horším zmizela úplně? Nahradila je ústní pumpa, která pracuje pomocí vertikálního pohybu spodiny dutiny ústní. Zná to každý, kdo někdy pozoroval zblízka třeba rosničku. Ale proč žebra – byť byla velmi důležitá při dýchání – zanikla a dýchání musí zajišťovat jiný mechanismus? Jedinou odpovědí na tuto otázku je, že se lopatkový pletenec díky redukci žeber zcela uvolnil a je fixován pouze ve svalstvu. U ostatních obratlovců včetně člověka je lopatkový pletenec spojen prostřednictvím žeber pevně s páteří, takže dopad na přední končetiny se přenáší na celé tělo. U žab je však pletenec lopatkový jako kostěný prstenec ukotvený ve svalech, takže při dopadu na přední končetiny funguje jako tlumič. Je nutné si uvědomit, že žáby často skáčou na obrovské vzdálenosti (drobná Litoria meiriana ze severní Austrálie dokáže skočit až stonásobek délky svého těla), a proto je nezbytné účinné tlumení doskoku na přední nohy.

V rané juře se tedy žáby vynořily 30 milionů let po triadobatrachovi ve své definitivní podobě. Byly poměrně drobné, jejich délka těla jen zřídka přesahovala 25 mm. Nejstarší zástupce Prosalirus (název má připomenout, že se již jednalo o skákavou žábu) byl nalezen v Arizoně, a i když je dokumentován pouze izolovanými kostmi, lze jej podle nich celkem dobře rekonstruovat. Stojí za zmínku, že ze stejné lokality pochází i nejstarší zástupce jiné skupiny recentních obojživelníků, červorů. Snadno si lze proto představit, že žáby a červoři mají stejný fylogenetický původ. Neznamená to však, že žáby vznikly na území dnešní Arizony, je to pouze paleontologický záznam nejstaršího známého reprezentanta této skupiny. Z doby jen o málo pozdější (rovněž raná jura) je znám Notobatrachus a Vieraella z území dnešní Argentiny a v obou případech to jsou už žáby, se kterými bychom se mohli setkat i v dnešní fauně.

Vraťme se však ke stěžejní otázce, co bylo příčinou toho, že žáby skáčou. Nejpravděpodobnější je to nejjednodušší vysvětlení – jde o únik před predátory. Je tu ale ještě alternativní vysvětlení: Co když skákání není nic jiného než plavání na suchu? To může namítnout každý, kdo viděl plavat skokana pomocí synchronizovaného pohybu zadních končetin. Tato alternativní hypotéza, která předpokládá vznik skákání z plavání, však nedokáže vysvětlit jeden základní problém, a sice proč by se plavání pulců, zajišťované vlnivým pohybem ocasu do stran (tedy střídavými stahy svalů na levé a pravé straně těla), mělo změnit na synchronizovaný pohyb obou končetin dospělců. Tato změna totiž vyžaduje hlubokou přestavbu motorické inervace během metamorfózy larvy (čili pulce) v dospělou žábu. K němu by při setrvání ve vodním prostředí nebyl žádný důvod. Naproti tomu útěk před predátorem dlouhým skokem do vody se nabízí jako mnohem logičtější vysvětlení.

Základní anatomické řešení u žab bylo, jak se zdá, optimální a funguje bez hlubší změny již zhruba 200 milionů let. Ale i v tomto rámci docházelo k dílčím změnám. Již zmíněný kloub mezi příčným výběžkem křížového obratle a kyčelní kostí se mohl rozšířením tohoto výběžku do plochy změnit v zařízení, které umožňuje pohyb pánve do stran, což však je na úkor skákání. Vidíme to například u blatnic, které špatně skáčou, ale obratně se zahrabávají střídavým pohybem levé a pravé zadní končetiny. U drápatek (mezi něž patří i známá laboratorní žába Xenopus laevis) nebo u jejich příbuzných, jihoamerických žab rodu Pipa, je rozšíření příčných výběžků křížového obratle jakousi kluznou plochou pro předozadní pohyb kyčelních kostí a tím celé pánve při plavání. Nepracují však při tom pouze zadní končetiny, ale předozadní pohyb pánve je vyvoláván i přemisťováním vzduchu z plic, které zasahují až do pánevní oblasti, do dutiny ústní a naopak.

Relativně uniformní anatomický rámec žabího těla je kompenzován obrovskou variabilitou v jiném ohledu, a tím je reprodukční strategie. Péče o potomstvo je dobře známa například u zmíněné jihoamerické pipy, jejíž pulci tráví celý svůj vývoj a metamorfózu v drobných kožních důlcích na zádech samic, odkud jsou i vyživováni. Dostatečně známé jsou i příklady samců (například Rhinoderma darwini), jejichž pulci se vyvíjejí v jakýchsi kožních kapsách na bocích těla, nebo u jiných druhů v podkožních rezonátorech. Zcela unikátním případem je ale australský Rheobatrachus silus, jehož pulci se vyvíjejí v žaludku samice (Vesmír 70, 679, 1991/12 a 92, 259, 2013/5). Je totiž nutné si uvědomit, že se v žaludku musí na dobu několika měsíců zastavit produkce žaludečních šťáv, aby pulci nebyli stráveni. Žaludek se změní na tenkostěnný vak, ve kterém se vyvíjejí vždy jen čtyři pulci.

Žáby jsou tudíž z hlediska studia anatomické evoluce velmi důležitou skupinou obratlovců. Jejich anatomie se ustálila relativně rychle (bráno v měřítkách geologického času), během přibližně 30 milionů let. Jejich předky byli tzv. temnospondylní obojživelníci (skupina Rhachitomi), pohybující se jako mloci vlnivým pohybem do stran na všech čtyřech končetinách. Zdá se, že hlavním evolučním mechanismem vzniku žab bylo zkrácení somatogeneze v důsledku neotenie (kdy se schopnost pohlavního rozmnožování posouvá před metamorfózu, do larvální fáze vývoje) nebo pedomorfózy (zkrácení ontogeneze, ale až po dosažení metamorfózy). V obou případech bylo výsledkem zmenšení velikosti těla a zablokování osifikace. Adaptace ke skákavému pohybu se postarala o zbytek: ještě před osvojením skákání se prodloužily kyčelní kosti (ilia) a celá pánev rotovala do horizontální pozice podél ocasu. Kyčelní kloub se tím posunul dozadu, ale k prodloužení trupu nedošlo, protože se zároveň zmenšil počet trupových obratlů. Skákání se projevilo zmohutněním zadních končetin a se zdokonalováním a prodlužováním skoku se zdokonaloval i mechanismus kompenzující doskok – redukovala se žebra a pletenec lopatkový se stal v předozadním směru pohyblivý, neboť byl zavěšen pouze ve svalstvu. Náraz při dopadu se tím značně utlumil. A nakonec se tento systém zdokonalil i v detailech – ocasní obratle splynuly v jedinou tyčkovitou kost, na kterou se upínají pánevní svaly důležité při skákání, kosti bérce a předloktí navzájem splynuly.

Je vidět, že lebky se tyto proměny vůbec nedotkly. Charakteristické rysy žabí lebky vznikly na skákání nezávisle. Ústní patro bylo redukováno už u temnospondylních předků, takže žáby při polykání objemnější potravy musejí vyboulit oční bulvy. Lebka se výrazně zkrátila a zjednodušila, čímž došlo i ke splynutí kostí čelních a temenních do jediné, zvané frontoparietale.

Žáby tak již před téměř čtvrtmiliardou let konstituovaly své anatomické schéma, které se ukázalo natolik úspěšné, že jim umožnilo přežít všechny krize globálního ekosystému jak během druhohor, tak i později. Umožnilo jim ale přežít také mnoho ve své době dominantních skupin živočichů, například dinosaurů, pterosaurů a ichthyosaurů. Z žab naopak vymřela jediná skupina, čeleď Palaeobatrachidae, ale to jen z toho důvodu, že podobně jako drápatky byly tyto žáby příliš specializovány k vodnímu způsobu života. Není proto divu, že je před 500 tisíci lety vyhubil kontinentální ledovec, protože ve vodě prostě zamrzly. Žáby (a obojživelníci obecně) jsou tedy evolučně velice úspěšnou skupinou obratlovců, přesto však mají jednu slabinu – vývoj jejich larev je závislý na vodním nebo alespoň vlhkém prostředí. Nemohou proto přežít v oblastech intenzivně zemědělsky obdělávaných a hustě zalidněných, kde chybějí vodní nádrže.

Soubory

článek ve formátu pdf: V201403_156-159.pdf (438 kB)

Diskuse

Žádné příspěvky