Zapis kopalny przypomina układanie ogromnych puzzli. Z pojedynczych kości, muszli, minerałów i struktur skalnych paleontolodzy próbują odtworzyć całe ekosystemy sprzed setek milionów lat. Prof. Michał Zatoń, geolog i paleontolog z Uniwersytetu Śląskiego w Katowicach, od 2025 roku członek korespondent Polskiej Akademii Nauk, opowiada, jak wygląda ta detektywistyczna praca

Academia: Kiedy mówimy „paleontolog”, większości ludzi od razu przychodzą do głowy dinozaury. Pan zajmuje się organizmami znacznie mniej spektakularnymi.

Prof. Michał Zatoń: Paleontologia zajmuje się organizmami, których już nie ma, ale które przez setki milionów, a nawet miliardy lat uczestniczyły w ewolucji biosfery, od bakterii po dinozaury. Problem polega na tym, że zapis kopalny jest niepełny. Żeby organizm stał się skamieniałością, po jego śmierci musiało zajść wiele sprzyjających okoliczności. Ogromna część organizmów nie pozostawiła po sobie żadnego śladu, szczególnie jeśli nie posiadałytwardego szkieletu. Najczęściej znajdujemy więc muszle, kości czy pancerze.

Dinozaury są oczywiście spektakularne. Były wielkie, bardzo odmienne od współczesnych zwierząt i działają na wyobraźnię, szczególnie dzieci. Czasem żartuję, że przeciętny sześciolatek wie o dinozaurach więcej niż profesor paleontologii zajmujący się zupełnie inną grupą. Tyle że szczątki dinozaurów są rzadkie. Najczęściej znajdujemy pojedyncze kości, fragmenty szkieletów czy zęby. 

Czasami zachowuje się coś tak niezwykle delikatnego, jak tkanki miękkie.

To wyjątkowe przypadki. My, paleontolodzy zajmujący się bezkręgowcami, mamy o tyle dobrze, że znajdujemy stosunkowo dużo muszli czy pancerzy, ale z punktu widzenia biologii najciekawsze bywają struktury miękkie, bo mogą powiedzieć znacznie więcej o budowie organizmu i jego pokrewieństwie z innymi grupami. Istnieje na świecie kilka wyjątkowych stanowisk, w których zachowały się niemal kompletne organizmy: nie tylko części twarde, lecz także skrzela, serca, a nawet elementy układu nerwowego, oczywiście zastąpione różnorodnymi fazami mineralnymi. Na tej podstawie można już badać ewolucję całych układów anatomicznych.

Ogromną rolę odegrał też rozwój technik badawczych. Kiedyś tomografia komputerowa była dla paleontologa trudno dostępna. Dziś coraz więcej ośrodków ma taki sprzęt. Techniki tworzone na potrzeby fizyki czy medycyny zaczynają służyć paleontologii, dlatego cały czas pojawiają się rzeczy, których jeszcze niedawno nie spodziewaliśmy się zobaczyć.

Dlaczego zajął się pan paleontologią?

Już jako dziecko oglądałem programy o archeologii i paleontologii. W szkole średniej zacząłem zastanawiać się nad studiami i pomyślałem, że praca geologa może być ciekawa: wyjazdy w teren, zbieranie próbek, a później laboratorium. Lubiłem geografię, a w pierwszej klasie miałem dużą porcję elementów geologii, która mnie bardzo zainteresowała. Wybór więc był naturalny, wybrałem geologię. Na pierwszym roku studiów natomiast trafiłem na prowadzącego ćwiczenia z paleontologii, który świetnie potrafił zainteresować studentów. Wtedy zostałem „kupiony”. 

Od pracy magisterskiej, przez doktorat i habilitację, cały czas pozostaję w tej dziedzinie, choć zmieniają się problemy, które badam, od morfologii niewielkich szkieletów bezkręgowców, po ich relacje względem zasiedlonego podłoża oraz innych organizmów. Paleoekologia jest głównym obszarem, którym zajmuję się już od dłuższego czasu swojej kariery naukowej. To zresztą jedna z przyjemniejszych rzeczy w tej pracy. Jedziemy w teren nastawieni na rozwiązanie jednego problemu, a przy okazji znajdujemy coś zupełnie innego, co okazuje się jeszcze ciekawsze. I nagle taka przypadkowa próbka zamyka człowieka na następne miesiące w swoim gabinecie czy laboratorium.

A dlaczego padło akurat na bezkręgowce?

W skałach osadowych, szczególnie pochodzenia morskiego, jest ich bardzo dużo, a Polska jest przepełniona odsłonięciami tego typu skałami, między innymi dewońskimi i jurajskimi, którymi się szczególnie interesuję. Doktorat pisałem o jurajskich amonitach, czyli wymarłych głowonogach spokrewnionych ze współczesnymi kałamarnicami, mątwami czy ośmiornicami. Zbierając materiał do doktoratu, znajdowałem przy okazji mnóstwo innych organizmów. Okazało się, że w tych samych osadach kryje się bardzo wiele problemów badawczych. Część materiału wykorzystałem później przy habilitacji. Obecnie skupiam swoją uwagę na problemach paleoekologicznych, a zwłaszcza na relacjach symbiotycznych pomiędzy różnymi grupami kopalnymi. Dzięki mineralnemu szkieletowi, wiele grup bezkręgowców ma unikalną zdolność zachowywania w nich śladów po obecności różnorodnych “współmieszkańców”. Określenie natomiast czy były to nieszkodliwe komensale, czy też niepożądane pasożyty, stanowi nieraz nie lada problem. Ale to właśnie jest najciekawsze – rozwiązywanie tego typu zagadek.

Kiedy badacz zaczyna pracować nad określoną grupą, jego wiedza stopniowo się pogłębia. Początkowo patrzy na organizmy dość ogólnie, potem wchodzi coraz głębiej w szczegóły. Dzisiaj paleontolodzy przechodzą od skali makroskopowej właściwie do nanoskali. Badają już nie tylko kształt muszli, ale nawet mechanizmy biomineralizacji, czyli sposób, w jaki organizm tworzył swój szkielet. A im głębiej człowiek wchodzi w temat, tym więcej pojawia się pytań.

Badania nie kończą się na opisywaniu skamieniałości, a są raczej odtwarzaniem całych środowisk. Jak rekonstruuje się ekosystem sprzed setek milionów lat z tak fragmentarycznych danych?

To trochę jak składanie wielkich puzzli. Zaczynamy od profilu skalnego. Każdą warstwę trzeba opisać i spróbować zinterpretować środowisko, w którym powstała. Struktury zachowane w skałach mogą wskazywać na przykład, czy był to płytki zbiornik morski, strefa przybrzeżna, czy też środowisko rzeczne. Później pobieramy próbki do dalszych, szczegółowych badań. Paleontolog szuka w nich makro- i mikroskamieniałości. Geochemik bada zachowane związki organiczne i nieorganiczne. Ktoś inny analizuje skład mineralny. Pewne związki chemiczne i fazy mineralne mogą wskazywać choćby na niedotlenienie w zbiorniku. Ogólnie rzecz biorąc ważne, żeby różni specjaliści pracowali na materiale z tej samej warstwy. Po zebraniu danych następuje ich interpretacja i tworzenie najbardziej prawdopodobnego scenariusza tworzenia się danych osadów w zbiorniku i interpretacji warunków środowiskowych. Geolog ma to szczęście, że dzięki takim badaniom może zaobserwować zmiany środowiskowe w danym miejscu na przestrzeni setek tysięcy i milionów lat.

Ale jedna warstwa wcale nie musi oznaczać jednego momentu.

Mój kolega Michał Kowalewski, pracujący w Stanach Zjednoczonych, niejednokrotnie badał współczesne muszle leżące na plaży. Okazało się, że obok muszli stosunkowo świeżych, mogą znajdować się i takie, które mają tysiące lat. Skoro takie wymieszanie występuje na współczesnej plaży, proszę sobie wyobrazić, co może się dziać w trzydziestocentymetrowej warstwie skalnej.

Dlatego zajmujemy się również tafonomią, czyli badaniem tego, co dzieje się ze szczątkami organizmów po ich śmierci. Dzięki temu próbujemy rozpoznać, do jakiego stopniazespoły z różnych odcinków czasowych i różnych środowisk zostały ze sobą wymieszane. Ma to kolosalne znaczenie właśnie przy wysokorozdzielczych rekonstrukcjach zmian środowiska w czasie.

Co ciekawe jednak, takie wymieszanie różnych zespołów skamieniałości nie zawsze jest wyłącznie problemem. Dzięki temu możemy na przykład znaleźć razem organizmy typowe dla płytkiego i  głębszego morza. Jeżeli uda nam się je rozdzielić, to i tak zobaczymy, chociaż w bardzo ogólnym zarysie,historię zmian środowiska jakie nastąpiło na badanym obszarze, czyli na przykład stopniowe pogłębianie się zbiornika morskiego a wraz z nim zmiana zespołów organizmów. W jednym miejscu możemy więc z grubsza odtworzyć fragment ewolucji całego środowiska.

Tylko po co nam dzisiaj wiedza o tym, jak wyglądał ekosystem sprzed setek milionów lat?

Kiedy byłem studentem, często powtarzano zasadę aktualizmu geologicznego: teraźniejszość jest kluczem do przeszłości. Chodziło o to, że procesy obserwowane dzisiaj zachodziły również kiedyś. Wulkany wybuchały, poziom morza się zmieniał, narastały i topniały pokrywy lodowe. Dzisiaj można tę zasadę odwrócić i powiedzieć, że przeszłość jest kluczem do przyszłości. Jeżeli badamy historię Ziemi, widzimy, jak planeta i żyjące na niej organizmy reagowały na wielkie zmiany klimatu, ogromny wulkanizm czy uderzenia ciał kosmicznych.

W historii Ziemi mieliśmy co najmniej pięć wielkich masowych wymierań i wszystkie pozostawiły ślady w zapisie kopalnym. Możemy badać ich przyczyny, przebieg i to, co działo zaraz po nich. Pod koniec permu doszło do jednego z największych wymierań w historii Ziemi. Wskutek ogromnego i długotrwałego wulkanizmu na obszarze dzisiejszej Syberii zniknęła ogromna część ówczesnej biosfery. Kiedy patrzymy na zapis kopalny tuż po tej katastrofie, pochodzący z wczesnego triasu, widzimy zupełnie przebudowane ekosystemy. W oceanach pozostało stosunkowo niewiele organizmów, często były to gatunki oportunistyczne, zdolne tolerować warunki dla innych absolutnie zabójcze. Bardziej wyspecjalizowane organizmy wracały stopniowo. Rafy koralowe pojawiły się dopiero miliony lat później.

To pokazuje skalę takich katastrof. Po bardzo dużym wymieraniu odbudowa sprawnie funkcjonującego ekosystemu może zająć kilka milionów lat. Z punktu widzenia życia człowieka jest to właściwie niewyobrażalny okres. Podobnie pod koniec kredy uderzenie wielkiego ciała kosmicznego w rejonie dzisiejszego półwyspu Jukatan doprowadziło do olbrzymich zmian środowiskowych i wymarcia między innymi nieptasich dinozaurów. 

Zapis kopalny pokazuje więc, że Ziemia nigdy nie była spokojną planetą. Wielokrotnie dochodziło na niej do zmian tak wielkich, że całe grupy organizmów znikały bezpowrotnie. A więc wracając do pytania, wiedza z przeszłości pozwala nam na pewną predykcję, lub chociażby na wyobrażenie sobie przyszłych zmian, które mogą zachodzić po różnorodnych katastrofach ekologicznych. Tyle się mówi o zachodzących zmianach klimatu. Wcześniejsze katastrofy, czy to wywołane wulkanizmem czy impaktem ciał kosmicznych, związane były przecież z późniejszymi zmianami klimatycznymi. 

Brzmi to trochę jak praca detektywa.

Bo paleontologia jest pracą detektywistyczną w naukach przyrodniczych. Mamy poszlaki i próbujemy zrekonstruować wydarzenia. Jeżeli badamy masowe wymieranie, można powiedzieć, że mamy do czynienia z „zabójstwem” na skalę globalną. Szukamy sprawcy, ale to dopiero początek. Chcemy jeszcze wiedzieć, co działo się przed katastrofą, jak dokładnie przebiegała i co stało się później.

Współczesna paleontologia nie polega już na samym oglądaniu skamieniałości. Jeżeli chcemy rekonstruować całe ekosystemy, musimy korzystać z wiedzy innych specjalistów: geochemików, sedymentologów czy ekologów. Trzeba współpracować ze specjalistami z innych dziedzin i połączyć wszystkie informacje w spójny obraz.

Do tego dochodzi praca terenowa. Geolog czy paleontolog potrafi spędzić tygodnie w terenie, a później kolejne miesiące w laboratorium czy przy przy mikroskopie. Jest też bardzo dużo współpracy z ludźmi. Dla ciekawskiego młodego człowieka, który lubi rozwiązywać problemy, pracować w terenie i ciągle poszerzać wiedzę, to fenomenalne zajęcie.

I jest jeszcze jedna niezwykła rzecz: jesteśmy pierwszymi ludźmi, którzy dowiadują się, co wydarzyło się w danymmiejscu setki milionów lat temu. Bierzemy do ręki skamieniałość czy próbkę skały, badamy ją i zaczynamy rozumieć historię, której wcześniej nikt nie znał. Nie każde odkrycie musi oczywiście wywoływać wielkie „eureka”. Czasem niewielki, pozornie mało interesujący okaz jest tylko jedną cegiełką, ale kiedy takich cegiełek przybywa, zaczyna z nich powstawać znacznie większy i spójniejszy obraz. W paleontologii nigdy do końca nie wiadomo, która skamieniałość okaże się tą ważną. A wiele z takich skamieniałości wciąż tkwi gdzieś w skałach, lub spoczywa, pokryta kurzem, w muzealnych zbiorach. 

Prof. Michał Zatoń – geolog i paleontolog związany z Instytutem Nauk o Ziemi Wydziału Nauk Przyrodniczych Uniwersytetu Śląskiego w Katowicach. Ukończył geologię na Uniwersytecie Śląskim, gdzie w 2007 roku obronił doktorat poświęcony jurajskim amonitom, a w 2013 roku uzyskał habilitację na podstawie badań organizmów zasiedlających twarde podłoża oraz ich paleoekologii i środowiska życia. Tytuł profesora otrzymał w 2020 roku. Był m.in. prodziekanem Wydziału Nauk o Ziemi UŚ i członkiem Akademii Młodych Uczonych PAN. W 2025 roku został wybrany członkiem korespondentem Polskiej Akademii Nauk.

• Nauki biologiczne i rolnicze
• Polska Akademia Nauk