Każdy organizm żyjący na Ziemi jest efektem wyjątkowego, trwającego miliony lat procesu ewolucji. Badając skamieniałości wymarłych już gatunków, jesteśmy w stanie prześledzić poszczególne jej etapy. Wiedza ta pozwala nam nie tylko odkryć przeszłość naszej planety. Równie wiele może nam powiedzieć o naszej współczesności. Prof. dr hab. Jerzy Dzik, wieloletni wykładowca Uniwersytetu Warszawskiego, członek rzeczywisty Polskiej Akademii Nauk oraz gość 6. Śląskiego Festiwalu Nauki KATOWICE, od wielu lat bada przebieg ewolucji i jej kopalny zapis na poziomie populacyjnym. Uczony tłumaczy, dlaczego powinna nas interesować historia Ziemi zapisana w skałach i materiale kopalnym, a także wyjaśnia, na czym polega praca paleontologa i jak zmieniło się oblicze tej dziedziny na przestrzeni lat.

Prof. dr hab. Jerzy Dzik (Podkamiennaja, 2019)

Dlaczego tak ważne jest, byśmy zgłębiali wiedzę o wymarłych już organizmach?

Chodzi tu nie tylko o wymarłe organizmy, ale też o ewolucję środowisk. Badania nad nimi są istotne choćby w kontekście zachodzących obecnie zmian klimatycznych. Odnajdujemy w przeszłości geologicznej analogie pozwalające lepiej zrozumieć wpływ dzisiejszych zmian środowiska na ewolucję organizmów oraz sens różnych katastrof. Z tego powodu historię – mówię tu również o historii geologicznej, nie tylko tej dotyczącej cywilizacji ludzkiej – rzeczywiście możemy nazwać nauczycielką życia. Znaczna część informacji zawartej w genomach dzisiejszych organizmów została wymazana w trakcie ich ewolucji. Stąd pojawia się przekonanie, że im dalej w przeszłość, tym organizmy powinny być prostsze. Jeżeli popatrzymy na zapis w warstwach skalnych, widzimy rzeczywisty obraz ewolucji, jak ona naprawdę przebiegała. W rzeczywistości anatomia pradawnych przodków wcale nie była prostsza, tylko do naszych czasów przetrwały najbardziej elementarne ich cechy. Po tych cechach, które decydowały o zdolności przetrwania gatunku w dawnych epokach geologicznych, pozostał jedynie zapis w skałach. Jak najbardziej zatem warto spojrzeć na ten bezpośredni zapis przemian środowiskowych i ewolucji organizmów.

W ostatnich latach dzięki rozwijającej się technologii mocno poszerzył się zasób dostępnych nam informacji z dziedziny paleontologii. Nowe doniesienia często wstrząsały naszymi dotychczasowymi przekonaniami. Dowiedzieliśmy się m.in., że nasze geny noszą ślady bliskich związków Homo sapiens z neandertalczykami. Okazało się też, że wiele dinozaurów nie było tylko przerośniętymi jaszczurkami, ale miało pióra, które pojawiły się wcześniej, niż dotąd przypuszczano. Czy czeka nas jeszcze sporo podobnych zaskoczeń?

Dość długo działam w swojej branży, więc tych zaskoczeń trochę w pamięci przechowuję. Kiedy zaczynałem pracę, mikroskopia elektronowa była czymś przełomowym, co nagle udostępniło nam informacje o wymarłych organizmach z rozdzielczością wcześniej niedostępną. Obecnie duże znaczenie, przynajmniej jeśli chodzi o paleontologię, ma ogólna dostępność technik tomografii komputerowej. Umożliwiają one wgląd w skamieniałości dużych organizmów, które możemy obejrzeć w ich pełnej krasie, bez konieczności rozłupywania skały i niszczenia tego, co jest w niej zapisane. Poza tym otrzymaliśmy też dostęp do skamieniałości organizmów mikroskopijnych zawartych w skale. Techniki tomograficzne dają rozdzielczość nanometrową i pozwalają na poznanie struktur anatomicznych, których możliwości zachowania w stanie kopalnym wcześniej nikt nie oczekiwał, jak choćby tkanek miękkich, niewidocznych w normalnych okolicznościach.

Dostęp do danych molekularnych, kopalnego DNA również niesłychanie poszerzył naszą wiedzę, chociaż niekoniecznie w dziedzinie wąsko rozumianej paleontologii, raczej paleoantropologii, ponieważ DNA jest nietrwałe i możemy zajrzeć z jego pomocą najwyżej paręset tysięcy lat wstecz. Ewolucja jest powolna i jej rzeczywiste anatomiczne skutki są zauważalne dopiero po milionach lat. To oznacza, że sięgnięcie nawet do genów neandertalczyka niewiele nam mówi o ewolucji, więcej o przemianach populacyjnych, migracjach. To rzeczywiście doprowadziło do rewolucji, bo do niedawna wydawało się, że antropologia w odniesieniu do populacji ludzkich sprzed kilkudziesięciu tysięcy lat już doszła „do ściany”, że właściwie z tych garnków i krzemiennych narzędzi niewiele da się więcej wydobyć. Nagle pojawiło się kopalne DNA, które wywróciło to wszystko do góry nogami i w tej chwili jesteśmy coraz bliżsi zrozumienia, skąd się wzięła złożoność populacji europejskiej. To, co przez kultury archeologiczne można prześledzić tylko z grubsza, da się zgłębić, badając kopalne DNA, dzięki widzimy w rzeczywiste przemiany biologiczne, które niekoniecznie mają związek z kulturowymi. Prowadzi to do fundamentalnej zmiany sposobu myślenia.

Rejon rzeki Chorbusuonki na północy Jakucji (2001)

Które odkrycie naukowe z ostatnich lat było według Pana Profesora najbardziej doniosłe?

Z perspektywy ostatnich dwudziestu lat są to na pewno możliwości zagłębienia się w zapis kopalny z okresu formowania się głównych grup świata zwierzęcego, czyli prekambryjskiej fauny tzw. ogrodów z Ediacara. Do niedawna także wiedza o miękkiej anatomii organizmów z okresu kambryjskiego, sprzed pięciuset milionów lat, wydawała się całkiem niedostępna. Tutaj w badaniach prym wiodą Chińczycy, którzy stale poszerzają również możliwości rozpoznania skamieniałości z ery dinozaurów. Formacja Yixian w północnych Chinach dostarczyła tego, o czym Pani wcześniej wspomniała, czyli dinozaurów opierzonych, a przynajmniej wyposażonych w przydatki keratynowe. Z kolei w Anglii odkryta została fauna wieku sylurskiego, dogłębnie poznana dzięki technice badań analogicznej do tomografii komputerowej, ale wymagającej niszczenia obiektów badań przez ich stopniowe zeszlifowywanie. Nagle się okazało, że jesteśmy w stanie rozpoznać najdrobniejsze szczegóły anatomiczne tych wymarłych zwierząt. Rzecz jasna, otrzymane dane wyjaśniają pewne problemy, ale też dostarczają nowych. Nowe źródła informacji w zupełnie innym świetle ukazują nam historię świata żywego, a szczególnie zwierzęcego.

Napomknąłem wcześniej, że na podstawie interpretacji zoologicznych powzięto kiedyś przekonanie, że im pierwotniejsze organizmy, tym prostsze. Przykładem takiego archaicznego gatunku miała być stułbia, o której uczy się w szkole. Tymczasem dziś dzięki filogenetyce molekularnej oraz znaleziskom kopalnym wiemy, że stułbia jest wtórnie uproszczona, a w rzeczywistości jej przodkowie byli złożonymi organizmami kolonijnymi. Ponadto, jeśli sięgniemy do kambru i ediakaru, to okazuje się, że złożoność tych organizmów i ich rozmiary zupełnie nie przystają do pierwotnych wyobrażeń zoologicznych. Przy czym tej wiedzy daleko jeszcze do upowszechnienia. Wciąż w podręcznikach stułbia występuje jako organizm pierwotny. Istnieje wiele innych przykładów takiego rozdźwięku pomiędzy niedawno zdobytymi faktami a tradycyjną wiedzą o przebiegu ewolucji.

Rzeczywiście, sama pamiętam ze szkoły podobne wyjaśnienie dotyczące stułbi. Czy mógłby Pan Profesor wskazać jakiś przykład informacji, która nie zawitała jeszcze do podręczników i przeczy wiedzy wyniesionej ze szkoły?

Jeden z obszarów rozbieżności pomiędzy faktami a powszechnym przekonaniem, nie tylko wśród laików, ale też znacznej części środowiska naukowego, dotyczy mojego głównego przedmiotu badań, czyli ewolucji na poziomie przemian populacji. Istnieją grupy organizmów kopalnych, które mają zapis dostatecznie precyzyjny, żeby te przemiany ewolucyjne można było prześledzić, np. amonity czy konodonty, którymi się zajmuję. One pokazują, że przemiany ewolucyjne są bardzo powolne, rozciągłe w czasie, trwają miliony lat i mają odwrotny związek z przemianami środowiska, niż się dotąd wydawało. Powszechne jest przekonanie, że to zmiany środowiska są motorem ewolucji, tymczasem z zapisu kopalnego wynika, że jest zupełnie odwrotnie. To stabilność środowiskowa umożliwia intensywne przemiany ewolucyjne, przemiany środowiska natomiast raczej je zaburzają. Ewolucja, jeśli trwa długo w odosobnionych środowiskach, takich jak stare jeziora, np. jezioro Bajkał, prowadzi do rzeczywistego postępu. Jest to sprzeczne z powszechnie przyjętym przekonaniem.

Uczestniczył Pan Profesor w licznych wyprawach badawczych w różne miejsca na świecie, w tym na Antarktykę, do Kazachstanu, Chin czy Rosji. Którą z nich wskazałby Pan Profesor jako najważniejszą w karierze, najbardziej zapadającą w pamięć?

Niewątpliwie najważniejsza była ekspedycja antarktyczna. To był początek naszej eksploracji Antarktyki. Znalazłem się wtedy na pokładzie statku badawczego r/v Profesor Siedlecki w towarzystwie kilkudziesięciu biologów i badaczy z wielu innych dziedzin. Mieliśmy możliwość wykorzystania nowoczesnego (na tamte czasy) sprzętu badawczego. Czasem wykonywaliśmy głębokie połowy w środku nocy, kiedy organizmy głębinowe unoszą się bliżej powierzchni. Tego, co się wówczas w takiej sieci znajdowało, w żadnym podręczniku z takim bogactwem i obfitością nie mógłbym znaleźć. To doświadczenie było dla mnie warte więcej niż całe studia uniwersyteckie. Bardzo też sobie chwalę ekspedycje syberyjskie, w głąb Rosji. Satysfakcja jest podwójna, bo tego już się nie uda powtórzyć, przynajmniej przez najbliższe parędziesiąt lat. Pierwszy raz znalazłem się na Syberii w 1987 roku, gdy był to czas tzw. suchego zakonu w Rosji, czyli zakazu sprzedaży alkoholu. Mnie przyłączono do ekspedycji Instytutu Paleontologicznego w Moskwie jako obcokrajowca, dzięki czemu ekspedycja stała się międzynarodowa, z dodatkowym przydziałem wódki. Stałem się przez to najważniejszym uczestnikiem tej ekspedycji (śmiech). W późniejszych latach, już po rozpadzie Związku Radzieckiego, znalazłem się w jednostce wojskowej na brzegu Morza Białego, niedaleko Siewierodwińska, gdzie stacjonują rosyjskie okręty atomowe. To też był wyjątkowy czas, od strony naukowej absolutnie nie do powtórzenia. Tam znajdują się najlepiej na świecie zachowane skamieniałości z epoki ediakaru. Byłem też w Chinach. Niestety te ekspedycje nie zostały do końca wykorzystane, bo nie było chętnych wśród moich młodszych kolegów, żeby je kontynuować, chociaż przetarłem tam wtedy szlaki do władz politycznych, co w państwach takich jak Chiny jest niezbędne.

Pytałam o zagraniczne projekty Pana Profesora, a jest przecież jeszcze Krasiejów, największe paleontologiczne stanowisko w Polsce, które dzięki odkryciom Pana Profesora zyskało międzynarodowy rozgłos. Co sprawiło, że tamtejsze badania odbiły się tak szerokim echem?

W latach 80. XX wieku nauka w Polsce była w opłakanym stanie, przede wszystkim ze względu na finansowanie. Mało było chętnych do tego, żeby paleontologię uprawiać. Nawet w odniesieniu do kręgowców, które zwykle skupiają największą uwagę publiczności i młodych ludzi. Wtedy przy okazji prac prowadzonych na Śląsku Opolskim odwiedziłem kopalnię iłu w Krasiejowie, o której było wiadomo, że znajdują się w niej skamieniałe kości. Jak to się czasem zdarza, stuknąłem w ścianę i wydobyłem prawie kompletną czaszkę fitozaura – gada wodnego z okresu triasu. Najbardziej rozsądnym rozwiązaniem wydało mi się wtedy przekazanie całej sprawy badaczom kręgowców, bo ja sam się z nimi nigdy nie identyfikowałem – nie jest to moja ulubiona dziedzina. Okazało się jednak, że nikt nie jest tym zainteresowany, ani we Wrocławiu, ani w Warszawie, ani w innych ośrodkach, więc chcąc nie chcąc, sam się do tego zabrałem. Zorganizowałem zespół magistrantów, doktorantów i dzięki temu udało nam się to fachowo opracować. Duży udział w rozsławieniu Krasiejowia mieli moi młodsi koledzy. Mam tu na myśli przede wszystkim Tomasza Suleja, Grzegorza Niedźwieckiego i parę innych osób, które i dziś skutecznie rozszerzają te badania. Odkrycie zyskało międzynarodową sławę m.in. na skutek zupełnie nieoczekiwanego położenia biogeograficznego Górnego Śląska. Na początku spodziewałem się, że to, co tam znajdę, będzie tylko odpowiednikiem dwustuletnich badań prowadzonych przez niemieckich kolegów na terytorium ich kraju i Śląska. Tymczasem okazało się, że w Krasiejowie są zupełnie inne zwierzęta, których w Niemczech nie znajdowano. Do dziś do końca nie wiemy dlaczego. Prawdopodobnie jest to skutek ówczesnego układu kontynentów – w późnym triasie Górny Śląsk znajdował się bardziej na południe od dzisiejszych Niemiec. Warto dodać, że w Polsce jest również parę innych stanowisk, równie ciekawych co Krasiejów, nie tylko na Śląsku, ale i w Górach Świętokrzyskich. Nikt się wcześniej nie spodziewał, że mamy u siebie tak bogate złoża, jeśli idzie o szczątki mezozoicznych kręgowców.

Wspomniał Pan Profesor, że kręgowce nie należą do Pana ulubionych organizmów. Który z wymarłych gatunków mógłby Pan wobec tego wskazać jako najbardziej interesujący?

Ponieważ głównym moim zainteresowaniem badawczym jest natura procesu ewolucji na poziomie populacji, najbardziej lubię takie skamieniałości, które pozwalają na dotarcie do tego rzeczywistego procesu ewolucyjnego z możliwie dużą dokładnością – tak, by można to było policzyć, przedstawić w postaci wykresów. Grupą spełniającą te wymagania są konodonty, zwierzęta pokrewne rybom i bezszczękowcom – bliscy krewniacy naszych przodków z ery paleozoicznej. Organizmy te trwały na Ziemi około trzysta milionów lat, a wymarły przed stoma milionami lat, więc niewiele o nich wiemy. Jest to jednak grupa bardzo łatwa do udokumentowania ewolucji, ponieważ fosforanowe szczątki aparatu gębowego konodontów dają się wydobyć ze skał wapiennych przez rozpuszczenie ich w kwasie octowym. Z kilograma skały można uzyskać nawet kilkaset, a czasem kilka tysięcy ząbków, których statystyczne współwystępowanie lub niewystępowanie pozwala na odtworzenie kompletnej złożoności aparatów gębowych, a ta jest porównywalna ze złożonością naszego uzębienia. W związku z tym konodonty można uznać za organizmy modelowe do badania ewolucji – dlatego je lubię.

Bardzo dziękuję za rozmowę.