Student World

Je obecně známo, že zuby se liší od ostatních orgánů svou tvrdostí. Je to logické, protože musí být tvrdší než potrava, kterou rozrušují. Jen si představte, že byste měli kousat do bifteku něčím s konzistencí houby. Zuby jsou tvrdé jako kámen, to proto, že jsou podobně jako kámen složeny z molekul tvořících krystalové jednotky v podobě minerálů. Minerál zvaný hydroxyapatit impregnuje buněčnou infrastrukturu zubů a kostí, a tím je činí odolnými proti ohýbání, stlačování a jinému namáhání.

Zuby jsou obzvláště tvrdé, protože jejich vnější vrstva – sklovina – je bohatší na hydroxyapatit než kterákoli jiná část těla včetně kostí. To sklovina dává zubům jejich bílý lesk. Je však jen jednou z vrstev, ze kterých se zuby skládají. I vnitřní vrstvy, dřeň a dentin, jsou prostoupeny hydroxyapatitem.

Spoustě živočichů – například měkkýšům nebo korýšům – chrání povrch těla tvrdé struktury. Ty však nikdy neobsahují hydroxyapatit. Schránky měkkýšů a korýšů obsahují jiné materiály, například uhličitan vápenatý nebo chitin. Navíc na rozdíl od obratlovců mají tito živočichové kostru na povrchu těla, kdežto obratlovci mají tvrdou kosterní výztuhu uvnitř, pod povrchem.

Tato charakteristická vlastnost obratlovců, totiž zuby uvnitř dutiny ústní a kostra uvnitř těla, je velmi důležitá. Díky přítomnosti tkání obsahujících hydroxyapatit můžeme přijímat potravu, pohybovat se, dýchat, dokonce i ukládat určité minerály přijímané v potravě. Za tyto schopnosti můžeme děkovat našemu společnému předku s rybami. Každá ryba, obojživelník, plaz, pták a savec na této planetě jsou na tom v tomto ohledu stejně jako my. Všichni mají ve svém těle struktury obsahující hydroxyapatit. Jak k tomu všemu došlo?

Tady je důležité si uvědomit jednu závažnou okolnost. Budeme- li vědět, u kterých živočichů kosti vznikly a kdy a jak se to stalo, pak porozumíme tomu, proč k tomu došlo. Proč vznikl právě onen typický druh tvrdé tkáně obsahující hydroxyapatit?

Aby byli tito živočichové chráněni před vlivy prostředí? Nebo to bylo výhodné při pohybu? Odpovědi na tyto otázky jsou ukryty ve fosiliích starých přibližně 500 milionů let.

Jednou z nejběžnějších fosilií pocházejících z usazenin pravěkých oceánů z doby před 500 až 250 miliony let jsou zoubkovité struktury, které patřily živočichům zvaným konodonti. Objevil je v třicátých letech 19. století ruský biolog německého původu Christian Pander (ještě o něm bude řeč). Dnes se ví, že tyto zoubkovité útvary nalézané v horninách všech kontinentů, na některých lokalitách dokonce v obrovských množstvích, byly součástí drobných živočichů podobných kopinatci.

V dnešní době jich známe stovky druhů. Konodontové zoubky byly dlouhou dobu záhadou. Paleontologové se přeli, zda jde o pozůstatky živočichů, rostlin, nebo jen o pouhé minerály. Téměř každý paleontolog v nich viděl něco jiného. Jejich nositelé byli považováni za zvláštní mlže, živočišné houby, obratlovce, dokonce i za červy. Všechny tyto spekulace však vzaly zasvé, když fosilní záznam začal vydávat kompletní těla živočichů, v jejichž těle byly tyto zoubky zabudovány.

První exemplář, který do problému vnesl jasno, objevil jeden profesor paleontologie, když se probíral sbírkami uloženými v suterénu univerzity v Edinburghu. Našel ho v kusu horniny, na jehož povrchu byl otisk něčeho, co na první pohled vypadalo jako mihule. Možná že si na mihule – primitivní vodní obratlovce, kteří nemají čelisti – pamatujete z hodin přírodopisu. Živí se tak, že se přisají na tělo jiné ryby a sají její krev. Na předním konci těla měla uvedená podivná mihule zvláštní zoubkovité struktury, které se zdály být povědomé.

Další podobní fosilní živočichové pak byli nalezeni v Jižní Africe a později i na západě Spojených států. Všichni se odlišovali jedním zvláštním rysem: několika zoubkovitými útvary v ústní dutině. A závěr byl nasnadě: Byly to skutečně zuby. A ne ledajaké zuby. Zuby pravěkého bezčelistnatého vodního živočicha.

Paleontologové tedy nacházeli zuby nejstarších obratlovců už před 150 lety, aniž si byli vědomi jejich pravé podstaty. To proto, že se tvrdé tkáně, jako jsou zuby, zachovávají velmi dobře. Měkké tkáně – například svaly, kůže a trávicí trubice – se obyčejně velmi rychle rozloží a na fosiliích se nezachovávají. V depozitářích muzeí najdete plno koster fosilních obratlovců, ulit a jiných schránek bezobratlých a spoustu izolovaných zubů, zato fosilní střevo nebo mozek je obrovskou vzácností.

V těchto vzácných případech, kdy se měkké tkáně zachovaly, navíc jde o jejich otisky v sedimentu nebo o výlitky, kde orgán tvořený měkkou tkání nahradila hornina vzniklá zpevněným bahnem. Ve fosilním záznamu se zachovalo velké množství konodontových zoubků, ale teprve po 150 letech se podařilo najít fosilie se zachovanými zoubky i měkkými částmi těla.

A ještě něčím byla tato těla, k nimž zoubky patřily, pozoruhodná: nebyla vyztužena kostmi. Tito měkkotělí živočichové však měli tvrdé zuby. Paleontologové se dlouhá léta dohadovali, co způsobilo, že se u našich vzdálených předků vyvinul tvrdý skelet obsahující hydroxyapatit. Pro zastánce názoru, že kostra obratlovců vznikla nejdříve v podobě čelistí, páteře nebo nějakého ochranného krunýře na povrchu těla, jsou konodontové zoubky nepříjemným protiargumentem. Dokazují, že nejstaršími částmi těla obsahujícími hydroxyapatit byly zuby. Kosti nevznikly jako výztuha těla nebo jeho ochrana, ale jako podpora zubů. Svět nejstarších obratlovců si tedy můžeme bez nadsázky představit jako svět navzájem se požírajících ryb. Nejdříve zkrátka velké druhy požíraly příslušníky malých druhů a teprve potom u obou skupin začal závod kdo s koho. U malých druhů se coby obranný prostředek vyvinuly krunýře, velké druhy odpověděly mohutněním čelistí schopných tyto krunýře drtit, a tak to pokračovalo dále. Zuby a kosti zcela změnily soutěžní pole.

Celý proces se stal ještě zajímavějším, když se objevili obratlovci s kostěnou výztuhou hlavy, tedy s lebkou. Posuneme-li se v geologickém čase od prvních živočichů s konodontovými zoubky k nejstarším živočichům, jejichž hlava byla pokryta kostmi, uvidíme obrovský rozdíl. Tito vodní obratlovci souhrnně označovaní jako Ostracodermi se objevili přibližně před 500 miliony let a jejich fosilní zbytky nacházíme po celém světě, od Arktidy až po Bolívii. Hlavu a přední část trupu jim chránil masivní kostní krunýř, zbytek těla tlusté kostěné desky.

Právě hlavový krunýř tyto živočichy odlišuje od všech ostatních příslušníků živočišné říše. Kdybych někde v muzejním depozitáři otevřel zásuvku, okamžitě byste jej poznali – podle zvláštního lesku, podobného lesku zubní skloviny nebo lesku rybích šupin.

Jedním z důvodů, proč věda skýtá badatelům takové potěšení, je, že je příroda dovede neustále překvapovat. Ostracodermi – tajemná skupina starobylých bezčelistnatých vodních obratlovců – to dokládají velmi názorně. Jsou to nejstarší obratlovci s lebkou. Když si uděláte příčný výbrus jejich fosilní kostí a dáte jej pod mikroskop, neuvidíte jen nějakou starobylou tkáň, uvidíte něco, co bude připomínat řez vaším zubem – na povrchu vrstvu skloviny a uvnitř dokonce cosi podobného zubní dřeni. Celý krunýř tvoří tisíce navzájem spojených drobných zoubků. Kostěná lebka těchto starobylých vodních obratlovců byla tedy tvořena drobnými zoubky. Zuby, původně vzniklé kvůli lovu potravy, daly později vznik ochranným krunýřům, které měly živočichy naopak chránit.

Tento text je úryvkem z knihy: Neil Shubin: Ryba v nás, Paseka, Praha 2009

O knize na stránkách vydavatele

Foto: Bílý žralok, zdroj Wikipedia,  licence GNU Free Documentation License

autor