Bursztyn w tomografie

Powstały dzięki dawnym drzewom, które wydzielały żywicę, aby walczyć ze szkodnikami oraz leczyć rany zadane przez ogień, pioruny i wiatr. Naukowcy nie ustalili jeszcze, kiedy rośliny po raz pierwszy zastosowały tę strategię. W każdym razie najstarsze znane bursztyny mają ponad 300 mln lat. Jednak większość jest co najmniej o połowę młodsza, a te najbardziej znane - bursztyny bałtyckie - liczą sobie ok. 40-45 mln lat.

Bursztyny cieszą oko i od tysięcy lat służą do wyrobu przedmiotów ozdobnych oraz mikstur leczniczych. Zarazem stanowią niezwykle cenny materiał badawczy dla geologów i geochemików, a także paleontologów i biologów. Przedmiotem ich zainteresowania są zachowane w żywicy rozmaite inkluzje lub wrostki. Mogą to być drobniutkie pęcherzyki gazów, które zmniejszają przezroczystość bursztynu, a także wtrącenia minerałów nadające bursztynom rozmaite barwy, a nawet powodujące ich opalizację, jak w przypadku rzadkiego czerwonego symetytu ze wschodniej Sycylii.

Jednak najważniejsze są inkluzje organiczne, czyli zatopione w skamieniałej żywicy rośliny i zwierzęta. Zwykle są to owady i pajęczaki, ale natrafiano też na drobne kręgowce, np. niewielkie płazy i gady. Ostatnio bada się też ukryte w bursztynach mikroorganizmy - glony, bakterie, grzyby. Nie ma roku, by badacze nie dokonali intrygujących odkryć. Informacja o tych największych natychmiast trafia na łamy prestiżowych czasopism naukowych. Zeszły rok obfitował w sensacyjne znaleziska.

Najpierw badacze donieśli o wydobyciu w Etiopii pięknych, dużych i przezroczystych brył bursztynu, w których zachowały się wspaniałe okazy afrykańskich pajęczaków i owadów. Łącznie naliczono 30 gatunków. Stworzenia te żyły przed 95 mln lat, czyli w okresie kredowym ery mezozoicznej, kiedy Ziemią rządziły dinozaury.

Dzieje wielkich gadów znamy dość dobrze z licznie zachowanego materiału kostnego, który uległ fosylizacji, natomiast o najmniejszych mieszkańcach mezozoicznych lasów wiemy niewiele. Ich zazwyczaj miękkie tkanki nie miały szans na przetrwanie w skałach. Bursztyny są jednym z głównych źródeł wiedzy na ich temat. Za to jakże cennym i wyjątkowym. W żywicy mógł się przechować cały osobnik, z wszystkimi tkankami, organami wewnętrznymi, narządami zmysłu. Taki okaz można oglądać ze wszystkich stron, mierzyć, prześwietlać i poddawać rozmaitym analizom. To pozwala uzyskać pełniejszy obraz dawnego świata.

Dzięki znalezisku z Afryki wiemy nieco więcej o przyrodzie planety zdominowanej przez wielkie gady. Kontynent ten wchodził wtedy w skład wielkiego lądu zwanego Gondwaną leżącego na półkuli południowej. Przed 95 mln lat klimat na Ziemi był niezwykle gorący, a poziom mórz - bardzo wysoki. Większość lądów zajmowały niziny, często zalewane przez morza. W tym czasie tereny dzisiejszej Etiopii porośnięte były... no właśnie, czym? Tę niezwykle cenną informację można także próbować pozyskać z bursztynu.

Rzecz jasna, zrobili to także autorzy zeszłorocznych badań.

Analizy chemiczne bursztynów wykazały, że jest to najprawdopodobniej żywica wydzielana przez drzewa liściaste (okrytonasienne). Byłaby to spora niespodzianka. Wcześniej znajdowane bursztyny z kredy były bowiem wytworem drzew iglastych (nagonasiennych), które doskonale wtedy prosperowały. A tu proszę! Okazuje się, że już prawie 100 mln lat temu w niektórych regionach Ziemi rosła tropikalna puszcza przypominająca trochę współczesną.

Z pewnością był to inny las niż dziś, jako że czas drzew liściastych jeszcze nie nadszedł. Dzisiaj okrytonasienne dominują na całej planecie - jest ich kilkaset tysięcy gatunków, podczas gdy nagonasiennych - tylko kilkaset. Wielu badaczy przypuszcza, że ekspansja tych pierwszych zaczęła się właśnie w środkowej kredzie. Wcześniej przez dziesiątki milionów lat funkcjonowały one na marginesie świata roślinnego. Etiopski bursztyn dokumentuje zatem szczególny moment w dziejach planety - początki podboju jej lądów przez drzewa liściaste. Ich odciski i skamieniałości, w tym wspaniale zachowane wczesne kwiaty, będą się od tego momentu coraz liczniej pojawiały w skałach.

Ważną rolę w tym pochodzie drzew liściastych odegrały owady. One same także czerpały z tego zyski. Wraz z okrytonasiennymi rozwinęły się doskonale prosperujące grupy zwierząt: motyle, ćmy, mrówki, pszczoły, osy. Wszystkie one objadały się na potęgę nektarem kwiatowym, a wiele z nich rozwinęło złożone struktury społeczne - zakładały ule i mrowiska. Z kolei dzięki owadom drzewa liściaste i inne rośliny kwiatowe miały gwarancję zapylenia. Piękne, kolorowe kwiaty, ze złożonymi wzorami płatków, powstały, by wabić zapylające je owady. Można powiedzieć, że ewolucja okrytonasiennych i owadów przebiegała równolegle. Obie te grupy organizmów zgodnie podbiły świat.

W bursztynach z Etiopii odnaleziono licznych przedstawicieli tego zróżnicowanego już na wiele grup owadziego towarzystwa. Za najciekawszy autorzy badań uznali pewien prymitywny gatunek mrówki, najstarszy na Gondwanie. Podobnie jak dla okrytonasiennych, również dla mrówek najlepsze czasy miały nadejść dopiero w następnej erze geologicznej. Inne zeszłoroczne, i także niesamowite, odkrycia bursztynów pochodzą właśnie z tych czasów.

Pod koniec 2010 roku w jednej z kopalni węgla brunatnego w indyjskiej prowincji Gujarat w północno-zachodniej części kraju natrafiono na nagromadzenia bursztynów sprzed 52 mln lat. To czasy znacznie nam bliższe. Układ kontynentów i mórz zaczął się upodobniać do współczesnego. Klimat był jednak inny - znacznie cieplejszy niż dziś. Ziemia gorączkowała. Temperatury sięgnęły wartości nienotowanych przedtem i potem.

Na świecie od dawna nie było dinozaurów, natomiast w rozkwicie znajdował się świat drobnych zwierząt, w tym niezliczonych gatunków owadów i polujących na nie drapieżnych pajęczaków. Sukces tej leśnej braci, a także ciepłolubnych ssaków (mniej więcej wtedy pojawiły się naczelne), był konsekwencją ekspansji lubiącej ciepło roślinności. Na licznych lądach, które powstały z rozpadu superkontynentów, dominowały puszcze tropikalne. Wilgotne lasy równikowe porastały nawet południową część Europy. Dalej na północ rozciągały się mniej bujne, ale też wiecznie zielone lasy podzwrotnikowe, które sięgały aż po Spitsbergen i północną Grenlandię. Wszędzie w warstwie koron przeważały drzewa liściaste.

Wspaniałą kolekcję bursztynów w Gujaracie odkrył i zbadał zespół geologów i paleontologów, którym kierowali Jes Rust z uniwersytetu w Bonn i David Grimaldi z American Museum of Natural History w Nowym Jorku. Z brązowych brył ważących łącznie ok. 150 kg wyłuskano ok. 700 okazów owadów i pajęczaków. Zaklasyfikowano je do 100 gatunków reprezentujących 55 rodzin. Wiele osobników zachowało się w całości. To prawdopodobnie nie koniec odkryć. Na początku tego roku naukowcy znów pojechali do Gujaratu, co oznacza, że lada moment możemy się spodziewać ogłoszenia kolejnych niespodzianek.

W owym czasie Indie były wyspą, która kilkadziesiąt milionów lat wcześniej oddzieliła się od Gondwany i ruszyła na północ. Znajdowała się wówczas w pobliżu równika i stopniowo zbliżała do Azji, od której jednak wciąż oddzielało ją morze. Oba lądy połączyły się dopiero kilkanaście milionów lat temu, dając początek niebotycznym Himalajom.

Wśród uwięzionych w indyjskim bursztynie owadów dużą grupę stanowią stworzenia społeczne: pszczoły, mrówki, termity. Żyją one w ściśle zintegrowanych koloniach, w których ma miejsce podział pracy i zadań. Owady społeczne świetnie funkcjonowały w czasach ekspansji drzew liściastych. Z wzajemnością. Trudno przecenić rolę, jaką błonkówki (pszczoły i osy) odegrały w rozprzestrzenianiu się roślin kwiatowych. Gdyby nagle ich zabrakło, stanęlibyśmy w obliczu globalnej katastrofy ekologicznej.

Co ciekawe, gatunki znalezione w bursztynach z Gujaratu niewiele się różnią od tych, które w tym samym czasie lub nieco później występowały w Europie, Azji, a nawet Ameryce. Najwyraźniej Indie, choć stanowiły osobny ląd, nie były odizolowane od reszty świata. Łączność zapewniały im prawdopodobnie wulkaniczne archipelagi, podobnie jak dziś wyspy Indonezji tworzą rodzaj pomostu pomiędzy Azją a Australią. Wysokie temperatury panujące na całym globie umożliwiały łatwe rozprzestrzenienie się tropikalnych gatunków ku biegunom.

Rzecz jest warta uwagi także dlatego, że obecnie klimatolodzy ostrzegają nas przed globalnym ociepleniem. Jeśli wzrost średnich temperatur na Ziemi przekroczy kilka stopni Celsjusza, jedną z konsekwencji może być pochód rozmaitych ciepłolubnych gatunków, w tym wielu owadów przenoszących choroby. Będą migrowały na północ, podbijając umiarkowane szerokości geograficzne, spychając rodzimą faunę za koło polarne. Wypisz wymaluj sytuacja jak sprzed 50 mln lat, tyle że teraz intensywność zjawiska może być znacznie większa.

Ciekawy przykład dawnej ekspansji tropikalnych gatunków na ciepłej Ziemi przedstawili parę tygodni temu brytyjscy mineralodzy. Korzystając z tomografii komputerowej, prześwietlili kilka bursztynów pochodzących z rejonu Bałtyku, a obecnie przechowywanych w kolekcji berlińskiego Museum für Naturkunde przy Humboldt--Universität w Berlinie. Kamienie znaleziono w połowie XIX wieku i od tego czasu kompletnie zmatowiały. Tymczasem z zapisków ich znalazcy wynikało, że w środku znajdują się intrygujące inkluzje zwierzęce.

Tomograf to potwierdził. W jednym z bałtyckich bursztynów, datowanym na 49 mln lat, odkryto wielkiego pająka z rodziny spachaczowatych (Sparassidae), której przedstawiciele słyną z aktywności i iście sprinterskich umiejętności. Obecnie spachaczowate zamieszkują głównie strefę międzyzwrotnikową, ale najwyraźniej w czasach, gdy powstawał bursztyn bałtycki, zwierzęta te występowały nawet w północnej Europie. Być może niedługo do nas powrócą.

Nasz bursztyn, czyli ten z rejonu Morza Bałtyckiego, fachowo zwany sukcynitem, zwykle jest nieco młodszy. Liczy przeważnie 40-45 mln lat i pochodzi z czasów, kiedy klimat ziemski znów zaczął się ochładzać. Zdecydowały o tym zapewne przesunięcia kontynentów, co doprowadziło do zmian w krążeniu wody w oceanach. Roślinność tropikalna zaczęła być spychana w stronę równika, a w wyższych szerokościach geograficznych pojawił się znany nam doskonale las mieszany strefy umiarkowanej, który składa się z gatunków iglastych oraz drzew zrzucających liście na zimę.

Z racji swej obfitości bursztyn bałtycki stanowi niezwykle cenne źródło informacji o drobnych zwierzętach zamieszkujących dawne lasy północnej Europy. Inkluzje w sukcynitach są badane od ponad 100 lat. Wspaniałe zbiory posiada Muzeum Ziemi PAN w Warszawie i niedawno powstałe Muzeum Inkluzji w Bursztynie mające siedzibę w Gdyni. Warto też zajrzeć do Muzeum Przyrodniczego PAN w Krakowie oraz do Muzeum Bursztynu w Gdańsku.

W tym ostatnim znajduje się słynna "Jaszczurka Gierłowskiej" tkwiąca w kawałku bursztynu o długości 5 cm, znaleziona w 1997 roku na wydmie w gdańskich Stogach. To absolutny rarytas. Tego typu znaleziska na świecie można policzyć na palcach obu rąk. Znacznie częstsze są falsyfikaty. Ponieważ bursztyny z inkluzjami osiągają znacznie wyższe ceny, od dawna zatapia się w nich rozmaite zwierzątka, z jaszczurkami włącznie. Nieświadomy klient wszystko kupi.

Mimo 100 lat badań nad inkluzjami w bałtyckich bursztynach, biolodzy wciąż odnajdują w nich nowe gatunki. Każdego roku pojawiają się informacje o frapujących odkryciach. Parę tygodni temu naukowcy ze wspomnianego już berlińskiego Museum für Naturkunde znaleźli w kawałku bursztynu sprzed 44 mln lat larwę osy pasożytniczej, która siedzi na grzbiecie pająka, czekając, by wniknąć do jego kokonu i pożreć znajdujące się tam jajeczka. Jak widać, ta podstępna strategia przetrwania jest dość stara. Inni badacze - to także tegoroczne doniesienie - dostrzegli w kawałku sukcynitu, również pochodzącym z muzealnej kolekcji, dwa roztocza schwytane w żywiczną pułapkę w momencie kopulacji. Znawcy obyczajów tych zwierząt natychmiast zauważyli, że dawniej stroną aktywną była samica, a obecnie dominują samce. Sytuacja, można rzec, odwróciła się o 180 stopni. Może to chłody, które nastały na globie parę milionów lat temu, sprawiły, że panowie odzyskali inicjatywę i teraz są górą?

Lepiej powstrzymać się od zbyt śmiałych wniosków na podstawie tak skąpych danych, niemniej jest coś niezwykłego w tym, że dzięki bursztynowi możemy poznać intymne życie wielu drobnych stworzeń, które żyły przed dziesiątkami milionów lat. Lepka żywica spływająca po korze drzew zaskakiwała je podczas konsumowania posiłku, wydalania, aktów miłosnych czy też opieki nad młodymi. Całą gamę takich zachowań i czynności utrwalonych w bursztynie opisują w wydanej w zeszłym roku książce "Fossil Behavior Compendium" dwaj zoolodzy George Poinar i Arthur Boucot z Oregon State University. Można w niej znaleźć niezwykłe zdjęcie krocionoga, który stara się ochronić przed śmiercią swoje dziecko - za chwilę zginą w lepkim, żywicznym soku.

Takich obrazków będzie przybywało dzięki coraz powszechniejszemu wykorzystywaniu do badania bursztynów promieniowania rentgenowskiego. To, czego gołe oko nie dojrzy, ujawni tomograf, a jeszcze lepiej - o wiele dokładniejszy od niego synchrotron, który prześwietla obiekt skoncentrowaną, niczym w laserze, wiązką promieni X. Dotychczas interesowano się głównie kamieniami o dużej przezroczystości, w których wszystko było widać jak na dłoni. Nowe techniki przynoszą rewolucję. Niedawno francuscy badacze zabrali do Europejskiego Synchrotronu w Grenoble nieprzezroczyste bursztyny z okresu kredowego znalezione w południowej Francji. Po prześwietleniu okazało się, że w 356 bryłkach spośród 640 przebadanych, a więc w ponad połowie, znajdowały się inkluzje organiczne.

Zatem skarb może się kryć w każdym niepozornym - nieprzezroczystym lub zmatowiałym - bursztynie, odnalezionym na bałtyckiej plaży lub wyciągniętym z dna strumyka na Kurpiach. Tam także, o czym nie każdy wie, znajduje się mnóstwo tych niezwykłych żywicznych brył, przyniesionych tu znad morza przed lodowiec plejstoceński.

Na co możemy liczyć? Najszybciej może nam się trafić owad tworzący rój (muchówka) albo zwierzę żyjące w pniu drzewa, np. pająk lub mrówka. Na większe stworzenia szansa jest znikoma. Za to jest niemal pewne, że pod zwietrzałą skorupą bursztynu tkwią w pułapce najmniejsi mieszkańcy dawnego świata - bakterie, grzyby czy nicienie. Bursztyny są wciąż pełne życia - szczególnie te naturalne: niepoprawiane, niepodbarwiane i nieprażone. Takie jednak są rzadkością w sklepach jubilerskich. Trzeba je znaleźć samemu.

Andrzej Hołdys, dziennikarz popularyzujący nauki o Ziemi, współpracownik "WiŻ"

WIEDZA I ŻYCIE nr 8/2011

Śródtytuły pochodzą od redakcji portalu INTERIA.PL.