Jak se tvoří krunýř želvy?

Želva je symbolem pomalosti, bezpečí a stability, ne nadarmo v některých kosmogonických systémech drží Zemi na sobě, často i se slony. Všechny tyto vlastnosti získala želva díky své kostěné krunýři, úžasné stavbě, která nemá v moderním světě zvířat obdoby. Otázka jeho původu pronásleduje vědce téměř dvě století. Ulita želvy se skládá z horní poloviny (krunýř) a dolní poloviny (plastron), které jsou spojeny kostními můstky. Plastron byl vytvořen z gastralia – břišních žeber nepřipojených k jiným kostem. Krunýř je složen z přerostlých hrudních žeber a obratlů. Analýzou zkamenělých kostí předků želv lze vidět, jak se žebra postupně rozšiřují a spojují a vytvářejí skořápku (obr. 1), jejíž vytvoření trvalo asi 50 milionů let.

Úžasnou stavbu želv už řadu let studuje kurátor Denverského muzea přírody a vědy Tyler R. Lyson a jeho kolegové z University of the Witwatersrand (Jihoafrická republika). Vědci poznamenávají, že expanze žeber způsobila předkům želv velké potíže. Když se zvíře nadechne, jeho žebra a svaly k nim připojené se roztáhnou a hrudní koš se roztáhne, čímž se protáhnou plíce, ale široká žebra prvních želv se překrývala a bránila si v roztahování, takže hrudní koš zůstal téměř nehybný ( Obr. 2A). Předkové želv se neudusili, protože funkci ventilace plic převzaly břišní svaly a mezižeberní svaly prakticky vymizely [1].

Žebra se nejen rozšířila, ale jejich počet se snížil z 18 na 9 a tělo ztratilo pružnost. Mezitím se plazi pohybují ohýbáním těla: čím větší je ohyb, tím širší je krok a tím vyšší je rychlost. S velkým a tuhým hrudníkem nemohly želvy chodit široce a odsoudily se k hlemýždí rychlosti (obr. 2B).

Aby se ospravedlnila tak vážná nepříjemnost, musí být evoluční výhoda získaná rozšířením žeber velmi významná. Donedávna bylo všeobecně přijímáno, že široká žebra chrání první želvy před zuby dravce. O tom však Lyson a jeho kolegové pochybovali. A Eunotosaurus africanus, první známá želva a další po ní Pappochelys rosinae docela masité; jejich krční, ocasní a zádové svaly zůstaly nechráněné a predátor se měl čeho chytit. Pouze v Odontochelys žebra a obratle narostly tak, že mohly chránit záda. Navíc pro pokrytí těla není třeba pěstovat kostní skořápku. Mnoha zvířatům, fosilním i moderním, včetně krokodýlů a pásovců, se daří na kožním brnění vyrobeném z osteodermálních plátů.

Možná byly některé starověké želvy pokryty takovými deskami. Nedávno paleontologové ze Spojených států a Švýcarska popsali suchozemského plaza Chinlechelys tenertesta, který žil asi před 210 miliony let [2]. V překladu z latiny jeho jméno znamená „želva s tenkým krunýřem“. Jedná se o jednu z nejprimitivnějších želv, zřejmě suchozemskou. Její krunýř je skutečně velmi tenký: od 1 do 3 mm o průměru asi 35 cm byl krk této želvy posetý osteodermálními trny a žebra, i když široká, nebyla zcela srostlá s krunýřem. Vědci dokonce navrhli, že krunýř želvy je složitá struktura vytvořená z plátů kožního brnění, které se během evoluce zvětšovaly, postupně splývaly navzájem, stejně jako s žebry a páteří.

Obecně měly želvy možnost zakrýt si trup něčím pevným, aniž by se odsoudily k nepříjemnostem způsobeným masivní a nepohyblivou hrudí. Dr. Lyson a jeho jihoafričtí kolegové navrhli, že široká žebra se nevyvinula kvůli ochraně, ale jako adaptace na životní styl norování [3]. Tento nápad je inspiroval při studiu zkamenělých pozůstatků. Eunotosaurus africanus, objevený v povodí Karoo v Jižní Africe. Hlavní, osudový objev, bez kterého by nemohla vzniknout hypotéza o norovacím životním stylu prvních želv, učinil osmiletý chlapec Kobus Snyman, který objevil dokonale zachovalou kostru Eunotosaura se všemi končetinami a prsty na statku svého otce (obr. 3).

Eunotosaurus je považován za předka všech želv. Navenek připomínal ještěrku, která spolkla talířek, žil u vodních ploch, ale na souši. Struktura kostry a kostí Eunotosaura má rysy, které mohly vzniknout jako adaptace na životní styl norování (obr. 4). Při kopání je důležité, aby tlapky vyhazovaly z díry zeminu, nikoli tělo zvířete. Široká mohutná hruď se stala spolehlivou základnou, ke které byl připevněn kopací mechanismus předních končetin. Také to dalo dodatečnou sílu páteři spojující přední tlapky se zadními, které sloužily jako rozpěrky při kopání.

Je také pohodlné opřít hlavu a krk. Eunotosaurus má krátkou lebku s lopatkou, schopnou odolat velkému mechanickému zatížení, a k široké týlní oblasti lze připojit silné krční svaly. Krční obratle jsou krátké a mohutné, navzájem pevně spojené a krční žebra dávají tělu vřetenovitý tvar. Kosti předních končetin mají také speciální výrůstky pro úpon objemných svalů, ruce jsou široké, větší než na zadních nohách, prsty mají krátké články článků, poslední články jsou rozšířené. Soudě podle struktury kostní tkáně předních končetin mohly odolat silnému stlačení, to znamená, že byly určeny speciálně pro kopání. Stejné kosterní rysy se nacházejí u Odontochelys a starověkých želv, které žily později, což naznačuje, že kopání hrálo významnou roli v evoluci želv. Mají je i moderní hrabavé želvy gopher. (Gopherus).

Vědci poznamenávají, že mnohé rysy předních končetin, které hovoří ve prospěch norování, jsou podobné těm, které se vyvíjejí při plavání. Široké drápovité falangy na koncích prstů jsou však jasně určeny k rýpání a trhání substrátu. Při plavání nepomohou a nekopající taxony takové falangy nemají.

Vědci mají k dispozici vzácný nález – lebku eunotosaura se zachovalým sklerotickým prstencem. Toto je kostěná struktura, na které oko spočívá: viditelná duhovka je umístěna na vnější straně a čočka je na vnitřní straně, takže zornice nemůže být větší než centrální otvor sklerotického prstence. Nález umožnil odhadnout velikost očí eunotosaurů (asi 1 cm v průměru) a jejich citlivost na světlo. S průměrem zornice 1,41 mm byla citlivost oka na světlo velmi nízká, podobně jako u moderních norujících zvířat, včetně želv gopher, amphisbaenus a cecilians. Ale na rozdíl od cecilianů a amfisbaenů, kteří tráví většinu času pod zemí a mají malé oči, eunotosauři měli oči velké: zjevně používali díry jako úkryty a lovili na povrchu.

Soudě podle anatomických rysů kostry, struktury kostní tkáně a ložisek, ve kterých byly tyto kosti nalezeny, eunotosaurus žil na souši, poblíž vysychajících nádrží. První želvy, které mají skutečný krunýř Proganochelys и Paleocherse, i když žili na březích rybníků a jezer, byli také suchozemští. Snad prvním zástupcem mořských želv byl Odontochelys. Vědci se domnívají, že struktura jeho rycích předních tlapek, která usnadňuje plavání, mu pomohla zvládnout vodní prostředí.

Během středního a pozdního permu byla pánev Karoo suchým místem a na začátku triasu se stala ještě sušší. Eunotosauři žili přímo na rozhraní těchto dvou období (obr. 5). Mnoho moderních obyvatel vyprahlých míst uniká horku a dehydrataci zavrtáním do země. S největší pravděpodobností totéž udělali eunotosauři. Vědci se domnívají, že život v norách umožnil želvám přežít masové vymírání druhů na konci permu – začátku období triasu. Příčinou vyhynutí mohla být náhlá změna klimatu, která se stala velmi suchou a horkou. Želvy tento stres prožily ve svých norách.

Časné stádium norování evoluce želv určilo jejich budoucí osud. Široká žebra, která měla zpočátku dodávat karoserii stabilitu a tuhost, narostla natolik, že vytvořila skořepinu. Nová konstrukce získala nové funkce a nyní krunýř chrání želvy na souši i ve vodě. Existují však dravci, kteří vědí, jak to zlomit.

1. Lyson TR a kol. Původ unikátního dýchacího aparátu želv // Nat. Commun. 2014. 5. 5211. doi: 10.1038/ncomms6211.
2. Joyce WG a kol. Plaz s tenkou skořápkou z pozdního triasu v Severní Americe a původ želvího krunýře // Proc. Biol. Sci. 2009. S. 507–513. doi: 10.1098/rspb.2008.1196.
3. Lyson TR a kol. Fossorial Origin of the Turtle Shell // Současná biologie. 26. 1–8. doi: 10.1016/j.cub.2016.05.020.