Biologie fantastyczne: Czerwie z Diuny

W ekosystemie Arrakis wszystko zaczyna się od czerwi i na nich się kończy. Woda jest dla tych istot toksyczna, dlatego tak świetnie dostosowały się do planety, na której ta substancja niemal nie występuje. Jednocześnie Diuna jest tak sucha właśnie dlatego, że czerwie są kluczowymi organizmami napędzającymi jej ekosystem.

Samodzielne segmenty: Podstawowa biologia czerwi

Czerwie, nazywane również Szej-huludami lub Stworzycielami mają kilka przystosowań, które można odnaleźć również u ziemskich gatunków. Na przykład, ich ciało ma budowę segmentową – tak, jak u tasiemców z naszej planety. W obu tych przypadkach poszczególne segmenty mogą się oddzielić i dać początek całemu, nowemu organizmowi. Różnica polega jednak na tym, że człony ziemskich pasożytów są wyposażone w komplet wszystkich potrzebnych im do życia organów.

U Szej-huludów jest inaczej: posiadają one dość klasyczny przewód pokarmowy, który – przy rozerwaniu ciała – sam również uległby rozczłonkowaniu. Należy więc założyć, że czerwie mają ponadprzeciętną zdolność do regeneracji i odtwarzania utraconych części anatomicznych. Sztuczka ta jest praktykowana przez kilka ziemskich organizmów. Na przykład, aksolotle potrafią odtworzyć całą kończynę, gdy ta zostanie ucięta.

Pustynny kryl: Cykl rozwojowy czerwia

Wbrew pozorom, cykl rozwojowy czerwi bardzo przypomina transformacje zachodzące u ziemskich bezkręgowców. Podobnie, jak u gatunków przechodzących na naszej planecie przeobrażenie zupełne, u Szej-huludów osobniki z poszczególnych stadiów cyklu wiodą bardzo odmienny tryb życia, mają nawet odmienne systemy żywienia (są samożywne lub cudzożywne).

Stworzyciele rozpoczynają swój cykl życiowy od formy planktonicznej. Mikroskopijne organizmy młodociane żyją na powierzchni piasku Arrakis na podobnej zasadzie, co kryl pływający w ziemskich oceanach. Na tym etapie rozwoju larwy czerwi żywią się melanżem, czyli przyprawą. Nasyciwszy się odpowiednio, zakopują się w piasku i przechodzą przeobrażenie w najbardziej tajemniczą formę rozwojową, nazywaną pstrągiem piaskowym. Jest to jedyny etap, w którym czerwie są organizmami samożywnymi (pół-roślinami, pół-zwierzętami), a zarazem jedyny zależny od wody (jak wspomniano – trującej dla dorosłych czerwi). Pstrągi nie tylko wody potrzebują, ale też ją wytwarzają, a następnie mieszają ze swoją żółcią i w ten sposób tworzą związek będący prekursorem melanżu.

Pracowite jak bobry: Pochodzenie i przystosowania czerwi

Z „Dzieci Diuny” dowiadujemy się, że pstrągi piaskowe mogą pochodzić z innej planety, a także – że w momencie, w którym pojawiły się po raz pierwszy na Arrakis, planeta ta była bogata w wodę. Dlatego rozmnożyły się na ogromną skalę, a następnie przekształciły Diunę w suchy glob – umożliwiając sobie tym samym przejście do kolejnych etapów rozwoju.

Każde z tych przystosowań i zależności jest nie tylko prawdopodobne, ale też spotykane na Ziemi w jakiejś postaci. Zdolność do przetrwania latami pod ziemią w oczekiwaniu na przeobrażenie i wyjście na powierzchnię jest powszechna u owadów (ich podziemne larwy nazywają się zresztą czerwiami). Podobnie, jak umiejętność przekształcania ekosystemu na potrzeby swojego gatunku – czynią to chociażby bobry (nie wspominając o ludziach). Nawet zwierzęta o zdolnościach samożywnych nie są wyłącznie wymysłem. Taki talent ma np. ślimak morski z gatunku Elysia chlorotica. Posiada on w swoim ciele chlorofil i potrafi przeprowadzać fotosyntezę. Może również odżywiać się cudzożywnie.

Bardzo realistyczna jest również koncepcja, zgodnie z którą ewolucyjna przeszłość organizmu znajduje odzwierciedlenie w jego cyklu życiowym (pstrągi piaskowe są ściśle związane z wodą, ponieważ gatunek ten wywodzi się z mokrych habitatów). Takie zjawisko jest powszechne na Ziemi, dlatego wiele zwierząt, zwłaszcza płazów, musi „cofać się” do wody na czas rozrodu. Są i takie, np. żółwie morskie, które wychodzą z wody i „wracają” na ląd, by tam złożyć jaja, ponieważ wywodzą się z kręgowców lądowych.

Podobnie wiarygodna jest „wybiórcza” wrażliwość na toksyny (u czerwi: na wodę), zależna od stadium rozwojowego. Na przykład, z badań opublikowanych w 1998 r. w „Chemosphere” wynika, że aż 68 proc. testowanych substancji może być trująca dla larw ryb, a nie wyrządza krzywdy ich zarodkom.

Pstrąg centralny: Oddziaływanie gatunku na ekosferę

To, co wydaje się w ekosystemie Diuny ponadprzeciętne, to skala oddziaływania jednego gatunku na całą biosferę, hydrosferę i geosferę. Doświadczenia związane z gatunkami inwazyjnymi pokazują nam jednak, że wprowadzenie obcego organizmu do ekosystemu, w którym do tej pory on nie występował, może prowadzić do drastycznej skali przekształceń. Jeśli pstrągi pustynne rzeczywiście pojawiły się na Arrakis „z zewnątrz”, to środowisko tej planety mogło być całkowicie bezbronne i nieprzygotowane na tak ekspansywny organizm. Brakowało tu drapieżników szczytowych, które stabilizowałyby tę rozwijającą się populację. Należy również zauważyć, że ekosystem Diuny jest bardzo surowy i ubogi.

Paradoksalnie, można go porównać do ziemskich ekosystemów polarnych. W takich wymagających warunkach liczba gatunków zasiedlających dany teren może być niewielka (mniejsza, niż np. na ziemskim równiku), ale sieć powiązań pomiędzy tymi organizmami staje się wtedy ściślejsza. W polarnych warunkach pomiędzy jednym a drugim szczeblem ekosystemu przepływa więcej energii, niż dzieje się to w tropikach, dlatego nawet jeden gatunek może wpływać na los pozostałych. W warunkach ziemskich lasów równikowych sieć troficzna jest bardzo gęsta i składa się z wielu ogniw, dlatego modyfikacja jednej zależności może nie wywrzeć tak gigantycznego efektu, jak w surowym ekosystemie polarnym lub tym piaskowym, występującym na Diunie.

Zwierzę z kompozytów: Konstrukcja i wytrzymałość ciała

Jak dotąd wszystkie aspekty fizjologii czerwi, choć niesamowite, wydają się realistyczne. Jednak biologia tych organizmów kryje kilka zagadek. Pierwsze i najbardziej narzucające się pytanie dotyczy ich rozmiarów. Zwierzęta te mogą dorastać do kilkuset metrów (a istnieją doniesienia o osobnikach o długości przekraczającej 2 km). To o rząd wielkości więcej od największych zwierząt, jakie kiedykolwiek żyły na Ziemi, takich jak płetwal błękitny czy niedawno odkryty, prehistoryczny wieloryb Perucetus colossus. Na korzyść koncepcji Franka Herberta przemawia to, że czerwie „pływają” w środowisku, które stanowi dla ich ciał naturalną podporę. Podobnie jak zwierzęta morskie, mogą więc sobie pozwolić na nieco większe gabaryty.

Tylko że woda nie tylko „ściska” ciało, lecz także je unosi, dzięki czemu bardzo ciężkie organy wewnętrzne nie zapadają się i nie uszkadzają pod własnym ciężarem. Mówimy tu jednak o ziemskich warunkach i ziemskich tkankach, które w zdecydowanej większości składają się z wody… nietolerowanej przez czerwie. Niewykluczone, że zarówno szkielet tych organizmów, jak i same narządy są zbudowane z kompozytów o nieznanej nam wytrzymałości. Pająki bazują na znanej nam chemii, a jednak wytwarzają nici o wytrzymałości, jakiej ludzka technologia przez wiele lat nie była w stanie dogonić.

Droga z kraja: Termoregulacja i metabolizm czerwi

Ogromne rozmiary czerwi wiążą się z jeszcze jedną wątpliwością. Im większe gabaryty zwierzęcia, tym proporcjonalnie mniejsza powierzchnia oddawania ciepła w stosunku do objętości ciała. Wielkie organizmy, które są sprawne metabolicznie (a takie zapewne są Szej-huludy, skoro potrafią tak szybko i sprawnie ruszać tak gigantycznym ciałem), produkują w swoich tkankach dużo ciepła, a mają ograniczone możliwości jego oddawania. Tym bardziej że temperatura piasku na Arrakis wynosi kilkadziesiąt stopni. Jeśli w takiej sytuacji chce się uniknąć przegrzania, należałoby zainwestować w bardzo sprawne systemy izolacyjne. Te jednak uniemożliwiają oddawanie ciepła, co pogłębia problem. Może czerwie nie muszą unikać przegrzania?

Ziemskie zwierzęta unikają hipertermii, ponieważ większość tutejszych białek w temperaturze 40 st. C ulega denaturacji. Dotyczy zarówno wielu białek strukturalnych organizmu, jak i enzymów. To oznacza, że organizm, który nie zapobiegnie w porę przegrzaniu, nie będzie w stanie kontynuować podstawowych procesów biochemicznych i umrze. Jednocześnie wiadomo, że wysoka temperatura koreluje z wyższą efektywnością enzymatyczną. Dlatego wiele gatunków na Ziemi stara się kroczyć drogą złotego środka: podnieść temperaturę jak najwyżej się da, ale bez ryzyka śmierci.

A co, jeśli czerwie na Arrakis mają inne enzymy, których optimum temperaturowe jest znacznie wyższe od naszego? W takiej sytuacji nie tylko nie dążyłyby do redukcji ciepłoty ciała, ale wręcz czerpałyby korzyść z nieziemskich upałów tej planety, ponieważ ich systemy enzymatyczne pracowałyby w takich warunkach sprawniej. Być może w tym właśnie kryje się największy sekret ich sukcesu ewolucyjnego.