Kto zabił mamuty

Gdybyśmy dysponowali wehikułem czasu i odbyli podróż w przeszłość, cofając się o 30 tys. lat, mielibyśmy co oglądać. Tam, gdzie dziś znajdują się nasze domy, lasy, pola i drogi, zobaczylibyśmy rozległy step porośnięty setkami gatunków roślin zielnych i traw. Tu i ówdzie natrafilibyśmy na zarośla krzewów. Drzewa, głównie wierzby, brzozy, sosny i olchy, rosłyby w dolinach rzek, gdzie jest bardziej wilgotno. Nie rośliny jednak, ale olbrzymie zwierzęta stanowiłyby największą atrakcję: np. stada wielkich mamutów włochatych pokrytych gęstą sierścią i uzbrojonych w czterometrowe ciosy. Przy odrobinie szczęścia moglibyśmy dostrzec także inne roślinożerne olbrzymy: nosorożce włochate, jelenie wielkie, prażubry. Lepiej, byśmy uważali, bowiem ryzykowalibyśmy także spotkanie z potężnymi lwami jaskiniowymi, większymi od współczesnych lwów afrykańskich, czy z obdarzonymi silnymi szczękami kotami szablastozębnymi.

Cała ta wspaniała menażeria zniknęła z Europy wraz z końcem plejstocenu – epoki lodowcowej, która zaczęła się ponad 2 mln lat temu, a skończyła zaledwie przed 10 tys. lat. Od dziesięcioleci naukowcy próbują poznać zagadkę wymarcia megafauny plejstoceńskiej. Dlaczego nie przetrwała ona w Europie, Azji i Ameryce Północnej? Czy unicestwiły ją wahania klimatu? A może uczynili to ludzie, szybko rozprzestrzeniający się po świecie i tysiącami zabijający wielkich roślinożerców?

Ponad dwa wieki temu francuski przyrodnik Georges Cuvier doszedł do wniosku, że przyczyną zagłady mamutów i mastodontów był jakiś olbrzymi kataklizm. Pogląd ten uznano za dziwaczny, ponieważ powszechnie uważano wówczas, że gatunki nie wymierają, lecz co najwyżej zmieniają „miejsce zameldowania”. Można żartobliwie przyjąć, że sądzono, iż mamuty żyjące dawno temu w Europie to w gruncie rzeczy słonie, które nadal zamieszkują Afrykę (tylko straciły włosy). Według Cuviera dzieje się inaczej: gatunki są unicestwiane przez kolejne katastrofy, choć czasem się odradzają, zawsze w identycznej postaci. W teorię katastroficzną nie wierzył amerykański prezydent Thomas Jefferson, który zbierał kości mastodontów i był przekonany, że zwierzęta te żyją sobie spokojnie gdzieś w dzikszych ostępach Ameryki Północnej. Jednym z celów słynnej ekspedycji Lewisa i Clarka, wysłanych przez niego w 1806 r. na zachód Ameryki, było odnalezienie stad mastodontów skubiących trawę na północnych preriach. Jefferson czuł się bardzo zawiedziony, gdy Lewis i Clark nie natknęli się na żadnego mastodonta.

Natomiast brytyjski przyrodnik Alfred Wallace, który w 1858 r. równolegle z Charlesem Darwinem przedstawił teorię ewolucji napędzanej doborem naturalnym, nie miał wątpliwości, że gatunki przychodzą i odchodzą. W jednej ze swoich prac pisał o wymarłych mamutach i innych olbrzymach: „Żyjemy w świecie zubożałym zoologicznie, z którego całkiem niedawno zniknęły wszystkie największe, najdziwniejsze i najgroźniejsze formy”.

Dwunogi zabójca

Hipoteza, że to człowiek mógł doprowadzić do zagłady mamutów i innych plejstoceńskich olbrzymów, ma długą historię. Jej zwolennicy wskazują, że istnieje ścisła korelacja czasowa między pojawieniem się ludzi na danym terenie a zniknięciem z niego megafauny, która wcześniej żyła tu przez setki tysięcy, a często przez miliony lat. Zauważają, że w tym długim okresie wielokrotnie zdarzały się wahania klimatu, lecz mimo to nie zaszkodziły zwierzętom. Dopiero człowiek doprowadził do ich wyginięcia. Przed 40 laty geolog i ekolog Paul S. Martin napisał na łamach „Science” artykuł, który zaczynał się następującymi słowami: „W ciągu zaledwie tysiąca lat pierwsi Amerykanie zdziesiątkowali faunę półkuli zachodniej”. Winowajca został wskazany.

Martin swoją hipotezę nazwał „overkill”. Dowodził, że wszędzie na Ziemi – od Ameryki Północnej przez Europę po Australię i Nową Zelandię – ludzie błyskawicznie wybijali wielkie ssaki. Wykorzystywali to, że zwierzęta nie miały z nimi złych doświadczeń. Nim się zorientowały, z kim mają do czynienia, było już po nich. Za to ludzie dzięki obfitości jedzenia mogli szybko się rozmnażać i rozprzestrzeniać, zajmując coraz to nowe terytoria i wybijając kolejne populacje roślinożerców. „To był blitzkrieg” – pisał Martin. Nic dziwnego, że stał się gorącym zwolennikiem przywrócenia Ameryce jej utraconej megafauny. Postulował np. sprowadzenie lwów i słoni z Afryki. Tak radykalne koncepcje naprawienia „grzechu pierworodnego” nie mają zbyt wielu amatorów, ale teza o człowieku jako sprawcy zagłady mamutów trzyma się mocno. W sierpniu tego roku brytyjscy badacze z uniwersytetów w Cambridge i Exeter przedstawili wyniki analiz statystycznych, które – jak napisali – „rozwiązują zagadkę zniknięcia plejstoceńskiej megafauny: siłą sprawczą był człowiek, a klimat odgrywał tylko niewielką rolę”.

Co innego mówią zwolennicy alternatywnej teorii, według której to szybko ocieplający się klimat (pomiędzy 15–10 tys. lat temu średnia temperatura na Ziemi wzrosła o 6–8°C) doprowadził do raptownych zmian w środowisku. Ich konsekwencją było wymarcie megafauny. Step, który był dla niej głównym źródłem pokarmu, po prostu przestał istnieć. Niektórzy badacze dodają, że potężnym, pokrytym gęstą sierścią zwierzętom zaszkodzić mogło także samo ciepło – padały z przegrzania. Oczywiście przedstawiciele tej grupy wysuwają rozmaite argumenty krytyczne wobec hipotez „myśliwskich”. Twierdzą, że dotychczas nie znaleziono żadnych archeologicznych śladów masowych rzezi zwierząt, a w Afryce wielcy roślinożercy przetrwali, choć przecież człowiek zamieszkuje ten kontynent od bardzo dawna.

DNA z mamuta

Kto ma rację? Wiele wskazuje na to, że spór między paleontologami mogą rozstrzygnąć… genetycy. Rewolucję, nie pierwszy raz w dziejach nauki, przyniosły nowe narzędzia. W tym przypadku są to szybkie maszyny do odczytywania (sekwencjonowania) DNA. Pamiętacie prace nad odczytaniem ludzkiego genomu? Opublikowano go w 2003 r., po ponad 10 latach badań i wydaniu około 3 mld dolarów. Dziś maszyny do odczytywania DNA (sekwenatory) mieszczą się na biurku, a odczytanie ludzkiego DNA zajmuje im półtorej doby. Jeszcze większe urządzenia w ciągu trzydniowego cyklu pracy odczytują od razu 16 genomów człowieka. Lada dzień koszt wykonania takiej analizy zjedzie poniżej 1000 dolarów.

Jedną z konsekwencji tej rewolucji jest lawinowy wzrost badań poświęconych kopalnemu DNA znajdowanemu w kościach wymarłych zwierząt (a także prehistorycznych ludzi) oraz w glebie i lodzie. Dwie dekady temu, gdy pionierzy rozpoczynali próby odczytywania DNA pobranego z tkanek mocno nadgryzionych zębem czasu, zajęcie, któremu się oddawali, było tak żmudne i mało ekscytujące, że takich jak oni desperatów można było policzyć na palcach obu rąk.

Morderczą czynnością, w której upodobanie mogą znajdować tylko osoby o nieprzeciętnej cierpliwości oraz potrafiące miesiącami ślęczeć w laboratorium, było (i nadal jest) odseparowywanie tego właściwego, kopalnego DNA (także: antycznego, starożytnego) od rozmaitych zanieczyszczeń. O pomyłkę nie jest trudno. Zdarzały się spektakularne, kompromitujące porażki, takie jak uznanie DNA jednej z osób, która miała kontakt z analizowaną próbką, za DNA dinozaura. Wielu naukowców rezygnowało po takich wpadkach.

Jednak nakręcany rywalizacją między producentami sprzętu postęp w szybkości analizowania genomów sprawił, że kopalne DNA w ostatnich latach wdarło się przebojem do dyscyplin naukowych zajmujących się badaniem prehistorii ludzi, zwierząt i środowiska naturalnego. Do paleoantropologii, paleontologii i paleoekologii dołączyła paleogenetyka. Okazuje się bowiem, że jeśli weźmiemy próbkę kopalnej gleby rozmiarów paznokcia i odczytamy z niej wszelkie fragmenty DNA, które uda się wyizolować i oczyścić, możemy z nieosiągalną wcześniej dokładnością rekonstruować ekosystemy, które nie istnieją od kilkuset tysięcy lat. To tzw. środowiskowe DNA, w skrócie eDNA (od ang. environmental DNA), umożliwia szybkie i dokładne poznanie dawnego (i obecnego oczywiście też, jeśli bada się współczesną próbkę wody czy gleby) składu gatunkowego fauny i flory.

Pechowi zjadacze niezapominajek

Przykładem fantastycznych możliwości tej metody były badania opisane w zeszłym roku w „Nature”. Alan Cooper z University of Adelaide w Australii i Eske Willerslev z Københavns Universitet (oraz ich ponad 40 współpracowników z 12 krajów) zebrali 200 próbek dawnej gleby zachowanej w wiecznej zmarzlinie w strefie subarktycznej półkuli północnej. Następnie wydobyli z nich DNA pochodzące od rozmaitych roślin i zwierząt. W tym drugim przypadku materiał genetyczny odzyskiwano nawet ze skamieniałych wnętrzności jelit oraz stolca roślinożerców. Na podstawie analizy tego koktajlu genów naukowcy ustalili, że ulubionym pokarmem mamutów i innych olbrzymów z epoki lodowcowej były rośliny zielne, takie jak niezapominajka alpejska, czy też przedstawiciele rodziny jaskrowatych, np. kaczeniec. To one najliczniej porastały tzw. step mamuci – formację roślinną charakterystyczną dla umiarkowanych szerokości geograficznych Eurazji i Ameryki Północnej w epoce lodowcowej. Gdy jednak 15 tys. lat temu klimat ziemski zaczął się zmieniać na cieplejszy i wilgotniejszy, a lód uciekł na północ, większość roślin zielnych zniknęła, ustępując miejsca mniej pożywnym trawom i zaroślom krzewów. To już nie był ten sam step, pełen soczystych niezapominajek.

Analizy DNA pokazały, że dokładnie w tym samym czasie w kryzysie znalazły się populacje roślinożerców – ich liczebność błyskawicznie się zmniejszyła, aż w końcu olbrzymy wymarły. „To sugeruje, że główną przyczyną zagłady megafauny plejstoceńskiej były zmiany w środowisku i szacie roślinnej. Mamuty i inne zwierzęta przeszły do historii, gdy zniknęło ich główne źródło pożywienia” – komentował wyniki tych badań Cooper. Niezapominajki alpejskie skryły się na górskich łąkach. Plejstoceńscy roślinożercy nie zdołali tam dotrzeć.

Nagłe zastępstwo ratuje sytuację

Genetyk z Adelajdy poszedł za ciosem i zaraz po zakończeniu tamtego genetycznego śledztwa zabrał się do kolejnego, by zobaczyć, czy wcześniej w plejstocenie zdarzały się podobne wymierania. Dochodzenie miało zatem objąć nie tylko schyłkową fazę ostatniego zlodowacenia, ale także jego wcześniejsze momenty.

Plejstocen składał się z wielu zlodowaceń przedzielanych długimi okresami ciepłymi. Ostatnie ze zlodowaceń zaczęło się przed 100 tys. lat i charakteryzowało się niskimi temperaturami. Nie znaczy to jednak, że klimat był przez cały czas taki sam. Przeciwnie – często się wahał. Nieco cieplej zrobiło się około 45 tys. lat temu (wtedy do Europy dotarli pierwsi przedstawiciele gatunku Homo sapiens), a przed 30 tys. lat temperatury zaczęły szybko się obniżać (wtedy zniknęli ostatni neandertalczycy). Minimum przyszło 22–18 tys. lat temu – wielokilometrowej grubości lądolód zajął pół Europy. Potem klimat zaczął się ocieplać – najpierw powoli, potem coraz szybciej. W końcu 10 tys. lat temu nastąpił kres zimnego plejstocenu. Zastąpiła go trwająca do dziś cieplejsza epoka zwana holocenem. Mamuty tego nie doczekały (z wyjątkiem kilku izolowanych stad na paru wyspach arktycznych, które przetrwały nieco dłużej, zanim w końcu też wymarły).

Cooper zapragnął sprawdzić, jak plejstoceńska fauna radziła sobie z klimatem w ciągu ostatnich 60 tys. lat. Wybrał 31 lokalizacji w Europie i Ameryce Północnej, w których odnaleziono materiał kostny należący łącznie do kilkudziesięciu mamutów, nosorożców włochatych i innych roślinożerców. Analiza pobranego z nich starożytnego DNA miała mu powiedzieć, jakie zmiany zachodziły w lokalnych populacjach tych zwierząt. Równolegle dla każdego miejsca wykonano szczegółowe (z dokładnością do dekady) rekonstrukcje zmian środowiskowych i klimatycznych. Środowiskiem zajął się sam Cooper, badając próbki gleby, datując je i uzyskując z nich eDNA, klimatem – Chris Turney, paleoklimatolog z University of New South Wales w Sydney. Potem obaj badacze, z pomocą asystentów i statystyków, zaczęli przekopywać masę danych. Interesowało ich jedno pytanie: czy kolejne wahania klimatu redukowały, czasami do zera, liczebność populacji plejstoceńskich zwierząt? Odpowiedź przedstawili w artykule, który w lipcu tego roku ukazał się na łamach „Science”.

– Nasz główny wniosek jest następujący: wymierania megafauny były powszechnym zjawiskiem w plejstocenie. Liczne populacje ginęły, gdy warunki środowiska w danym regionie ulegały nagłemu pogorszeniu. Zazwyczaj nie dochodziło do wymarcia całego gatunku, choć to też się zdarzało. Przeważnie jednak było tak, że w miejsce wymarłej populacji pojawiała się nowa, np. jedna odmiana bizona zastępowała drugą. Z samego materiału kostnego nie można wyczytać tych cykli wymierań i zastępowań. Potrzebne są badania genetyczne – mówi Cooper.

Nie ma miejsca dla mamuta

Co ciekawe, niemal zawsze przyczyną kryzysu wśród zwierząt było nagłe ocieplenie klimatu. Chłód, nawet utrzymujący się przez wiele tysiącleci, zupełnie nie przeszkadzał megafaunie. Najgorsze dla niej były raptowne wzrosty temperatury. A okazuje się, że w środku zlodowacenia zdarzały się stulecia, gdy klimat w ciągu paru dekad ocieplał się o 6–8°C. Jakby ktoś raptownie rozkręcił do maksimum centralne ogrzewanie w wychłodzonym domu. Potem przez jakiś czas temperatury były wyższe od plejstoceńskiej normy, w końcu jednak zimno zwyciężało. Ale po paru tysiącach lat sytuacja się powtarzała: nagły skok temperatur, stabilizacja i stopniowy zjazd. Czasem taka krótkotrwała inwazja ciepła obejmowała całą półkulę, a czasami tylko jeden region. Istotne jest to, że zawsze powodowała dotkliwe straty wśród zwierząt przywykłych do zimna.

Czy nie pora więc uniewinnić ludzi? Zdjąć z nich ciężar odpowiedzialności za „zoologicznie zubożały świat”? Turney uważa, że jednak odegraliśmy pewną negatywną rolę w wymarciu wielu gatunków zwierząt przed 10–12 tys. lat. – Co klimat zaczął, to człowiek dokończył. Bez wątpienia mamuty i inne zwierzęta znalazły się wtedy w poważnym kryzysie. Ocieplenie objęło cały glob i było bezprecedensowe, na miarę końca epoki lodowcowej. Ale ludzie raczej nie pomogli zwierzętom w przetrwaniu tego kryzysu. Jeśli już, to przyspieszyli ich zagładę – mówi naukowiec.

W jaki sposób to uczyniliśmy? Cóż, oczywiście polując, ale też sama obecność ludzi, coraz liczniejsza w Europie i Ameryce Północnej szybko pozbywającej się lodu, mogła stanowić poważną przeszkodę dla migracji zwierząt. Te populacje mamutów, nosorożców włochatych i innych roślinożerców (oraz podążających za nimi drapieżców), które wciąż jakoś sobie radziły w ocieplającym się świecie, nie mogły swobodnie się przemieścić w miejsca, które stałyby się ich holoceńskimi azylami. Człowiek odciął im drogę ucieczki, nie dał czasu na przystosowanie się do nowej sytuacji. Czy zatem przetrwałyby, gdyby nas nie było?

Cooper mimo wszystko uważa, że klimat nie dałby im większych szans. – To on poczynił większość szkód w megafaunie. Udział ludzi miał drugorzędne znaczenie – twierdzi. Jednak Turney, choć też nie podważa znaczenia klimatu jako głównego sprawcy zagłady, zauważa, że „pod sam koniec plejstocenu zdarzyło się coś, czego nie obserwowaliśmy wcześniej: wielkie zwierzęta zaczęły znikać wszędzie i nie zostały zastąpione przez innych przedstawicieli swojego gatunku. Tak się składa, że było nas już wtedy sporo w Europie i Ameryce Północnej. Mamuty musiały stawić czoła nie jednemu, ale dwóm zagrożeniom: klimatowi i człowiekowi. I być może dlatego przegrały”.

Artykuł ukazał się w „Wiedzy i Życiu” 10/2015