Przedmowa

Wszystkie formy życia mają swój początek w morzu. Zwierzęta wielokomórkowe niebędące kręgowcami - bezkręgowce, pojawiły się w oceanach około 700 milionów lat temu i przez następne 200 milionów lat były jedynymi zwierzętami na Ziemi. Na lądzie nie istniało jeszcze żadne życie zwierzęce, a kręgowce, w postaci ryb, dopiero miały się pojawić. W ciągu tego niezwykle długiego okresu ewoluowały istoty wyglądające często jakby pochodziły z innego świata, ale niektóre z nich dały początek znanym nam dziś morskim zwierzętom: ukwiałom, rozgwiazdom, ślimakom, koralowcom, małżom, krabom i robakom. Były one więc świadkami bardzo wczesnych, owianych tajemnicą etapów ewolucji biologicznej na naszej planecie - i nawet nazywanie ich "starożytnymi" nie w pełni oddaje ten kontekst. Choć moment pojawienia się pierwszego zwierzęcia ginie w mrokach czasu, wszystkie te stworzenia trwały i rozwijały się przez co najmniej 580 milionów lat od momentu, gdy ich pierwotne formy wyodrębniły się w erze kambryjskiej, a z każdej z tych grup wyewoluowały niezliczone nowe gatunki. Wystarczająco dużo czasu i okoliczności pozwoliło im udoskonalić zdumiewające przystosowania, jakich nie obserwujemy nigdzie na lądzie. Są zwierzęta, które fotosyntetyzują jak rośliny, takie, które przetwarzają światło z inżynieryjną precyzją, i takie, które budują prawdziwe pałace ze szkła lub wapienia, korzystając przy tym tylko z wody morskiej. Istnieją też takie, które potrafią tworzyć niezwykłe aktywne biologicznie substancje chemiczne, z których dziś wytwarzamy leki. Czasami pozwalam sobie porównywać te zdumiewające zjawiska do magii, bo mimo ogromnych wysiłków nauki, wiele kluczowych elementów tych procesów wciąż pozostaje niejasnych, kontrowersyjnych lub owianych tajemnicą.

Gdy pierwsze bezkręgowce pojawiły się w oceanach ponad 600 milionów lat temu, ich wyjątkowa, wielokomórkowa biologia całkowicie zmieniła układ sił pod wodą. Wcześniej życie w oceanach przez miliardy lat zdominowane było przez jednokomórkowe bakterie i pierwotniaki. Gdy pojawili się pierwsi więksi, wielokomórkowi mieszkańcy mórz - przodkowie dzisiejszych meduz, ukwiałów i gąbek - przekształcili świat. Dzięki swoim wyjątkowym przystosowaniom te zwierzęta nie tylko trwale zmieniły morskie ekosystemy, ale trwają w nim niezmiennie przez setki tysiącleci aż do dziś.

Jak napisał E.O. Wilson: "Miłość do Natury jest formą religii, a przyrodnicy odgrywają rolę jej duchowieństwa (...). Zapewnijmy naturze wieczność na tej planecie, a my jako gatunek również ją zyskamy"[1]. Jako profesor Uniwersytetu Cornella, prowadząca kursy bioróżnorodności bezkręgowców i ekologii morskiej, a także kuratorka kolekcji szklanych bezkręgowców Blaschków, miałam zaszczyt podróżować po oceanach świata w poszukiwaniu najbardziej niezwykłych stworzeń. C.S. Lewis radził przyszłym pisarzom, by pisali o tym, co znają i kochają[2]. Morskie bezkręgowce są pasją mojego życia, a najbardziej fascynują mnie te najstarsze i pozornie najprostsze: gąbki, koralowce, meduzy i ślimaki nagoskrzelne. Choć mniej znane niż tak uwielbiane wieloryby i delfiny, to właśnie bezkręgowce morskie utrzymują równowagę w oceanach, tworząc siedliska takie jak rafy koralowe i kontrolując przepływ energii przez całe sieci troficzne, ciągle prezentując rozwiązania techniczne, które zadziwiają naukowców.

Pomysł na napisanie tej książki zrodził się wiele lat temu, w czasach, gdy rozpoczynałam studia i po raz pierwszy zakochałam się w życiu morza. Zafascynowały mnie różnorodne kształty, formy i barwy organizmów, które widziałam, badając bogate płycizny pacyficznego wybrzeża podczas pierwszych nurkowań. Spotykałam zwierzęta bez głów, nóg i oczu. Stworzenia, które wyglądały bardziej jak kwiaty niż jak zwierzęta. Takie, które miały pancerze i potężne szczypce, by się bronić, a także te pozornie bezbronne, a jednak nasycone najbardziej toksycznymi związkami na naszej planecie. Ta fascynacja zaprowadziła mnie na studia doktoranckie z ekologii morskiej, a potem na stanowisko profesora w Uniwersytecie Cornella. Im więcej dowiadywałam się o bezkręgowych mieszkańcach oceanów, takich jak koralowce, gąbki, robaki, meduzy, małże, kraby i ośmiornice, które stanowią 99 procent morskiej różnorodności, tym większy podziw czułam dla ich wspaniałych przystosowań do zdobywania pożywienia, rozmnażania się i unikania drapieżników w tętniącym życiem środowisku. Spędziłam tysiące godzin pod wodą, badając, jak bezkręgowce zarządzają gospodarką podmorskiego świata, i relacjonując to naukowcom. Jako zapalona czytelniczka pragnęłam dzielić się tą wiedzą i fascynacją z szerszym gronem odbiorców.

W 2014 roku, po tym jak The New York Times opublikował kilka moich esejów o badaniach podwodnych w Indonezji [1-5], zrobiłam wreszcie pierwszy krok w stronę pisarstwa. Temat przez lata był właściwie na wyciągnięcie ręki - jako kuratorka kolekcji szklanych bezkręgowców Blaschków na Uniwersytecie Cornella opiekowałam się niemal sześciuset figurkami przedstawiającymi konkretne gatunki morskich bezkręgowców odtworzone precyzyjnie we wszystkich naukowo wiernych detalach. Te szklane arcydzieła stworzyli w drugiej połowie XIX wieku ojciec i syn, Leopold i Rudolf Blaschkowie. Historia Blaschków i skonstruowana przez nich swoista kapsuła czasu, pozwalająca nam ocenić zmiany bioróżnorodności stref tropikalnych i umiarkowanych oceanów, stały się tematem mojej pierwszej książki, A Sea of Glass, wydanej w 2016 roku [6].

Kolejna książka narodziła się z przerażającego doświadczenia: byłam świadkiem tego, jak moje ukochane i zdawałoby się niezniszczalne bezkręgowce zostały dziesiątkowane przez epidemię, która bez ostrzeżenia rozprzestrzeniła się wzdłuż zachodniego wybrzeża Ameryki Północnej w 2014 roku. Jako specjalistka od chorób morskich i liderka dużej sieci naukowców byłam głęboko zaangażowana w badania nad tą epidemią i jej skutkami. Z tego doświadczenia narodziła się książka Ocean Outbreak (2019), poświęcona morskim epidemiom i ich konsekwencjom dla życia oceanicznego w ocieplającym się i coraz bardziej obciążonym środowisku, wydana tuż przed naszą własną wielką pandemią [7].

Po jej publikacji powróciła myśl, która dojrzewała we mnie od pierwszych nurkowań: niemal każda grupa bezkręgowców morskich dysponuje jakąś niezwykłą zdolnością, przystosowaniem, które mieści się pomiędzy czymś całkowicie niemożliwym a walorem magicznym, stanowiąc często wyróżnik ich tożsamości. Zachwyca mnie rozmach biologicznych innowacji prezentowanych przez te stworzenia i cudowna różnorodność powstałych w toku ewolucji form, nieobecnych na lądzie. Bardzo często nawet podstawowe przystosowania biologiczne wielu bezkręgowców są owiane tajemnicą. Jeśli się nad nimi przez chwilę zastanowić, to można dojść do wniosku, że bledną przy nich nawet papierowi bohaterowie komiksów Marvela. Co więcej, ten zbiór osobliwości biologicznych inspiruje całe nowe kierunki w inżynierii i medycynie. A im więcej odkrywamy, tym wyraźniej dostrzegamy, że to dopiero początki wykorzystywania ich potencjału. Ta książka stanowi podróż przez katalog planów budowy moich ulubionych morskich bezkręgowców, opowieść o spektaklu różnorodności życia, tajemnicy działania ich niezwykłych biologii i obietnicy nowych innowacji, które z nich mogą wyniknąć.

Rozpoczynam tę opowieść jako studentka badająca ślimaki morskie w zimnych wodach Morza Salish, w odległym laboratorium Uniwersytetu Waszyngtońskiego na Wyspach San Juan. Przełom w mojej karierze nastąpił w czasie studiów doktoranckich, kiedy zaproszono mnie do udziału w poważnej ekspedycji badawczej, by przez tydzień mieszkać pod wodą na karaibskiej rafie koralowej. Później, już jako profesor Uniwersytetu Cornella, prowadziłam wyprawy badawcze w wielu oceanach, od Meksyku po Trójkąt Koralowy, poszukując żywych odpowiedników naszych szklanych arcydzieł Blaschków. Ostatnio seria niefortunnych zdarzeń oraz czar Morza Salish sprowadziły mnie z powrotem do tych samych zimnych, północnych wód, gdzie wszystko się zaczęło. Ich piękno nigdy nie zatarło się w mojej pamięci, tak jak i piękno wszystkich miejsc napotkanych po drodze.

Jako studentka w 1979 roku, szukając zajęcia, znalazłam swoje miejsce - i przypadkiem także nowy sposób życia - tam, gdzie spotykają się medycyna, biologia i nauki morskie. Trafiłam do tętniącej życiem naukowym badawczej stacji terenowej, gdzie setki studentów, doktorantów i naukowców z całego świata pracują w rytmie wyznaczonym przez księżycowe pływy i okołodobowe cykle morskich stworzeń. Każdy z dziesięciu budynków laboratoryjnych wyposażony jest w system świeżej, napowietrzanej wody morskiej, pompowanej do ogromnych akwariów, w których żyją wszystkie wyobrażalne stworzenia: ukwiały, rozgwiazdy, jeżowce, meduzy, ślimaki, rekiny, babki, trawy morskie, rozmaite wodorosty i mikroskopijne glony. W jednych laboratoriach w okrągłych zbiornikach wielkości małego basenu pływają rekiny, płaszczki i chimery, w innych - w ciemnych pomieszczeniach, przypominających ich naturalne nocne siedliska - czają się olbrzymie ośmiornice z Pacyfiku. Jeszcze inne laboratoria, zaprojektowane tak, by uchronić cenny sprzęt przed korodującym wpływem wody morskiej, wyposażone są w mikroskopy i skanery o najwyższej rozdzielczości oraz sekwenatory DNA. Friday Harbor Laboratories Uniwersytetu Waszyngtońskiego to jedno z najbardziej znanych na świecie laboratoriów biologii morskiej. W ciągu następnych czterdziestu lat, jako studentka, doktorantka, stażystka, badaczka i wykładowczyni, obserwowałam, jak dokonuje się odkryć naukowych, jak rozwijają się zespoły badawcze i jak zacieśniają się przyjaźnie. Praca i życie w tej jednocześnie zdyscyplinowanej i zadziwiająco swobodnej społeczności naukowców pozostaje dla mnie przywilejem.

Po raz pierwszy przyjechałam tu jako studentka, by badać ekologię larw pewnych bezkręgowców. Ślimaki, koralowce czy pąkle mają w swoim rozwoju osobniczym, na samym jego początku, stadium larwalne. Larwy te są bardzo małe, niewidoczne bez mikroskopu. Mimo to wyruszają one w podróż przez ocean, czasem liczoną w tysiącach kilometrów, nieustanne walcząc o przetrwanie. Gdy znajdą właściwe miejsce, opadają na dno morza i przeobrażają się w formę dorosłą, o ograniczonej zdolności do przemieszczania się. Jak te mikroskopijne larwy potrafią się orientować w tej niesamowitej podróży oceanicznej? Skąd wiedzą, gdzie osiąść?

Paradoksalnie, zadawałam te pytania, gdy sama podejmowałam pierwsze wielkie życiowe decyzje, badając larwy morskiego ślimaka nagoskrzelnego jako stażystka przed doktoratem w Friday Harbor Laboratories na wyspie San Juan, w sercu Morza Salish, na północ od Seattle. Zarówno larwy, jak i ja byłyśmy takie młode. Skąd one miały wiedzieć, gdzie w bezkresnym oceanie powinny przestać płynąć? Po przemianie w dorosłe osobniki nigdy już nie wyruszą w podróż. Czasem myślałam, że jedna zawodowa decyzja może być takim samym punktem zwrotnym na mojej własnej drodze. Ale każda podróż musi przecież kiedyś po prostu się zacząć.

Larwy do wykrywania odpowiedniego środowiska wykorzystują zdolności sensoryczne [8, 9]. Ślimak morski, którego badałam - nagoskrzelny z rodzaju Onchidoris - to wysoce wyspecjalizowany drapieżnik: żeruje ma przedstawicielach tylko jednego gatunku zwierzęcia. Nie mógłby przetrwać bez ich odnalezienia. Tak więc przetrwanie tego ślimaka zależy od zdolności jego mikroskopijnej larwy do wykrycia swojego jedynego żywiciela - mszywioła, Membranipora membranacea, porastającego plechy brunatnic. Gdy larwa odnajdzie delikatną, białą, wapienną koronkę kolonii mszywiołów, przechodzi metamorfozę i staje się dorosłym ślimakiem, zmienia przy tym wygląd, upodabniając się do swojej ofiary. Pozwala to ślimakowi swobodnie ją konsumować, pozostając praktycznie niewidocznym.

Ale ofiara nie jest bezbronna. Cała moja praca doktorska [10] dotyczyła niezwykłego przystosowania tego wyjątkowego przeciwnika - morskiego mszywioła, który potrafi unikać swojego drapieżcy.

Mszywioły to zwierzęta osiadłe, luźno spokrewnione z mięczakami, które pod pewnymi względami przypominają koralowce [11]: to organizmy kolonijne złożone z setek drobnych polipów mieszkających w sztywnych, wapiennych pudełkach (zooecjach). Trochę podobnie jak koralowce, ich przodkowie 400 milionów lat temu, w okresie dewońskim, budowali nawet rafy. Choć nie mogą się przemieszczać, mszywioły mają mechanizmy obronne, których biologiczne podstawy wydają się przekraczać nasze oczekiwania. Miałam swój wkład w rozwój tej dyscypliny badań, opisując dramatyczną konfrontację między atakującym ślimakiem a broniącym się mszywiołem. Ten pozornie prosty projekt wytyczył kierunek moich badań nad tego typu interakcjami międzygatunkowymi i ujawnił głębsze procesy biologiczne - chemicznie indukowane mechanizmy obronne - które ostatecznie przyniosły mi stanowisko profesorskie.

Pracując na odludnych, zimnych brzegach Morza Salish, prowadziłam niewielką hodowlę mszywiołów. Połowę z nich wystawiłam na kontakt z nagoskrzelnym drapieżnikiem. Już po trzech dniach zauważyłam coś, co zapoczątkowało moją ścieżkę odkryć - mszywiołom wystawionym na obecność drapieżcy zaczęły wyrastać długie kolce. Z każdym dniem kolców było coraz więcej. Te maleńkie stworzenia zmieniały swój kształt na moich oczach, jakby z jednego gatunku przekształcały się w zupełnie inny, w zaledwie kilka dni. Jak to możliwe?

Odkrycie, jak to się dzieje, że mszywioły potrafią dzięki chemicznym detektorom przekształcać się w formę tak różną, iż przypomina inny gatunek - uderzające zdawałoby się w samo sedno biologicznego pojęcia gatunku - było punktem zwrotnym w mojej karierze. Pokazało mi, że natura jest pełna tajemnic i zjawisk pozornie tylko niemożliwych. Udowodniło, że eksperymenty mogą odsłaniać te tajemnice i że da się wyjaśnić szczegóły biologicznych interakcji rozgrywających się w morskim świecie. Od tej pory chciałam szukać takich odkryć wszędzie pod wodą.

Dlaczego warto to zgłębiać? Adaptacje morskie często wydają się tak niezwykłe, bo naginają reguły biologii znane z badań lądowych. Poprzez dostarczenie szerszego kontekstu pozwalają ujawnić pełniejszy potencjał życia. Ta perspektywa wciąż przyprawia mnie o dreszcz emocji. To uczucie najlepiej oddają słowa Lewisa Thomasa z The Medusa and the Snail: "(...) to wywołuje we mnie dziwne, niejasne skojarzenie z całością życia na Ziemi. Nie potrafię zmusić umysłu, żeby zatrzymał się i to przemyślał"[3].

Jeśli jednak zdołamy skłonić umysł do przemyśleń, możemy zacząć od pytania: jakie właściwie są reguły bycia zwierzęciem? Naukowcy zaliczają do zwierząt wszystkie organizmy od gąbek po rekiny i tygrysy. Co je łączy?

W dziejach nauki od dawna podejmowano próby zdefiniowania, czym jest zwierzę, a czym nie jest, i uporządkowania zwierząt w grupy odzwierciedlające historię ewolucyjną i współczesne cechy. Arystoteles podzielił zwierzęta na te z krwią i bez krwi. Karol Linneusz w 1758 roku [12] stworzył pierwszy hierarchiczny system klasyfikacji zwierząt w Systema Naturae, w którym wieloryby zaliczono do ryb, a wszystkie bezkręgowce (poza owadami) do grupy Vermes, tak zdefiniowanej: "Zwierzęta miękkie, bardzo żywotne, zdolne do odtwarzania (utraconych części), zamieszkujące środowiska wilgotne, bezgłowe, rozpoznawalne po czułkach".

W 1874 roku Ernst Haeckel [13] oddał bezkręgowcom należny im szacunek, dzieląc królestwo zwierząt na wielokomórkowe Metazoa (obecnie tożsame z Animalia) i jednokomórkowe Protozoa, które nie są już uznawane za zwierzęta. Wiele współczesnych typów zwierząt pojawiło się w zapisie kopalnym podczas lub tuż po eksplozji kambryjskiej, około 542 milionów lat temu. Zwierzęta definiuje się dziś jako wielokomórkowe organizmy jądrowe należące do królestwa Animalia. (Z ciekawości zapytałam ChatGPT, co charakteryzuje "zwierzę"; odpowiedział, że zwykle żywi się materią organiczną, oddycha tlenem i rozmnaża płciowo. Odpisałam mu, że to zbyt uproszczone, bo morskie bezkręgowce często łamią te zasady!)[4]. Współczesna klasyfikacja zwierząt opiera się na zaawansowanych technikach, takich jak filogeneza molekularna, która skutecznie odsłania ich dawne powiązania oraz ewolucję w obrębie i pomiędzy obecnie wyróżnianymi głównymi typami zwierząt [14].

Zwierzęta najczęściej dzielimy na kręgowce i bezkręgowce. Te pierwsze: ryby, gady, ptaki, ssaki, są dobrze znane i stanowią niewielką, dość jednolitą grupę. Wszystkie mają ten sam zasadniczy plan budowy: głowę z mózgiem i oczami, kręgosłup i zazwyczaj cztery kończyny rozmieszczone symetrycznie. Jest to grupa ewolucyjnie stosunkowo młoda, której lądowe linie wywodzą się z rybiego przodka i która uległa znacznemu zróżnicowaniu po wyjściu na ląd. Bezkręgowce - obejmujące wszystkie pozostałe grupy - eksplodują różnorodnością i niezwykłymi zdolnościami, ukształtowanymi przez setki milionów lat ewolucji. I właśnie wśród nich natrafiamy na wyjątki od klasycznych definicji "zwierzęcia", bo niektóre z nich nie spożywają materii organicznej, lecz czerpią energię ze słońca, jak rośliny [15]; wiele rozmnaża się bezpłciowo - zamiast lub oprócz - rozmnażania płciowego [16], a ostatnio znaleziono nawet przypadek sugerujący brak metabolizmu tlenowego [17].

Jednym ze sposobów, w jaki bezkręgowce przekraczają tradycyjne reguły biologii, są partnerstwa międzygatunkowe z przedstawicielami innych królestw życia. Najsłynniejsze z nich to symbiozy z bakteriami i mikroglonami [18]. Takie partnerstwa mogą prowadzić do spektakularnych efektów, jak bioluminescencja niektórych kałamarnic czy fotosyntetyczne możliwości koralowców. Wśród morskich bezkręgowców spotykamy także inne niezwykłe cechy - od świecenia małżoraczków po związki chemiczne gąbek, które stały się inspiracją dla leków przeciwnowotworowych.

Obecnie w biologii funkcjonuje stosunkowo nowe pojęcie, które ma uwzględniać wszystkich partnerów i zmieniać sposób myślenia o tym, czym w ogóle jest pojedyncze zwierzę. Termin holobiont oznacza organizm wraz z całym zespołem związanych z nim form życia. Holobiont koralowca obejmuje sam polip, jego fotosyntetyzujące glony, niezliczone bakterie, których rzeczywiste funkcje często pozostają jeszcze nieznane, a także - być może - symbiotyczne wirusy związane z tymi bakteriami lub glonami. Złożona sieć oddziaływań w obrębie holobiontu pozostaje w dużej mierze niepoznanym obszarem biologii.

Z biegiem lat zmieniły się zarówno morze, jak i ja sama. Niektóre z morskich gwiazd naszych oceanów zgasły. Narastające tempo zmian klimatu i działalność człowieka odmieniły życie w morzach i na lądzie. Moi współpracownicy i ja przeszliśmy drogę od odkrywców dziewiczych miejsc do obrońców mórz, walczących o zachowanie środowiska, w którym życie może nadal ewoluować.

Zapraszam cię w głęboką podróż, podczas której przyjrzymy się pradawnym biologicznym zdolnościom bezkręgowych zwierząt - od gąbek, koralowców i meduz po ośmiornice i rozgwiazdy.

Gąbki morskie obejmują ogromną różnorodność form, między innymi gąbki wazonowe, beczkowate, formy rozrastające się płasko po dnie oraz gąbki porastające kolonie koralowców

1Farmakopea gąbek

W upalny dzień na Bahamach w roku 1987, w rejonie zwanym Chub Cay, zdjęliśmy butle nurkowe ze statku badawczego "Columbus Iselin", długiego na 45 metrów, i przenieśliśmy je do niewielkiego pontonu Zodiac. Popłynęliśmy w stronę pobliskich skalistych wysepek, zakotwiczyliśmy, po czym założyliśmy maski, płetwy, fajki i butle tlenowe. Następnie w czwórkę opadliśmy tyłem z pontonu do płytkiej wody. Podzieleni na dwie pary, popłynęliśmy w przeciwnych kierunkach. Słońce świeciło wysoko, woda była ciepła i przejrzysta, a widoczność pośród płytkich raf sięgała wielu metrów. Rafy tętniły życiem - roiło się w nich od dużych i małych ryb, szybkich i barwnych, przemykających i nurkujących wśród koralowców. To był zachwycający widok, lecz zarazem rozpraszający uwagę, poszukiwaliśmy przecież nie ryb, a gąbek, i to po to, aby z nich uzyskać związki chemiczne mogące znaleźć zastosowanie w terapii chorób człowieka.

Płynęłam powoli nad dnem pokrytym mozaiką brązowych, zielonych i żółtych koralowców twardych, fioletowych i beżowych koralowców miękkich, czerwonych i brązowych gąbek płasko porastających podłoże oraz fioletowych gąbek wazonowatych. Wokół mnie wznosiły się potężne formacje koralowców twardych, ozdobione barwnymi gąbkami i osłonicami, oplecione czerwonymi i zielonymi glonami. Nieco głębiej zaczęły pojawiać się ogromne gąbki przypominające beczki - niektóre dorównujące wzrostem człowiekowi - majaczące w oddali niczym strażnicy rafy. Cieszyło mnie, że gąbki są tu tak liczne i różnorodne.

Dominujące gąbki, o barwie brunatnej, tworzyły zwarte kobierce na dnie, obrastały skały i pokrywały boki koralowców. Czerwone i żółte gatunki przybierały postać cienkich pasm i wstęg ciągnących się po dnie lub wyrastających pionowo w smukłe kolumny. Zatrzymałam się przy wyjątkowo pięknej fioletowej gąbce z rodzaju Verongia - miała ponad 30 cm wysokości, gładką, bladolawendową powierzchnię i idealnie wazonowaty kształt. Zawisłam nieruchomo w toni wodnej. Było tak, jakbym cofnęła się o ponad pięćset milionów lat, do zarania ewolucji zwierząt, kiedy to gąbki panowały w oceanach.

Skok od organizmów jednokomórkowych do wielokomórkowych był jednym z najbardziej przełomowych wydarzeń w ewolucji życia. Najpewniej dokonało się to więcej niż jeden raz, a każde takie wydarzenie zapoczątkowało odrębną linię ewolucyjną. Najwcześniejsze formy zwierzęce mogły jeszcze nie zasługiwać na miano "gąbek", lecz spośród wszystkich istniejących dziś linii zwierząt to właśnie gąbki i żebropławy uznaje się za najstarsze. Pierwotne gąbkopodobne organizmy z mórz prekambru były zapewne niewielkimi agregatami komórek o ograniczonej specjalizacji funkcji. Niedawno odkryta w Chinach skamieniałość sprzed 600 milionów lat [1] wydaje się śladem takiego organizmu. Dopiero w kambrze, około 520 milionów lat temu, w zapisie kopalnym pojawiły się gąbki o znacznych rozmiarach. Starożytna linia gąbek określana jako Archaeocyatha [2] dominowała w morzach dolnego kambru przez około 20 milionów lat, różnicując się w setki dwuwarstwowych gatunków o formach kielichowatych lub wazonowatych. Ich szkielety z kalcytu tworzyły pierwsze rafy na Ziemi. Rafy archeocjatowe sprzyjały ewolucji i dywersyfikacji bezkręgowców, zapewniając im złożone środowisko życia. W późniejszym kambrze archeocjaty wyginęły, ustępując miejsca licznym nowym formom gąbek, które się wtedy pojawiły, a wiele z nich przypominało współczesne gatunki.

Archeocjaty mogły być pierwszymi bezkręgowcami, które nawiązały symbiotyczne relacje z mikroorganizmami. Żyjąc w płytkich, dobrze naświetlonych wodach [3, 4], prawdopodobnie gościły w swych tkankach fotosyntetyzujące cyjanobakterie, w zamian za część cukrów wytwarzanych przez te drobnoustroje. Ta najstarsza linia bezkręgowców rozpoczęła zatem swoje dzieje od symbiotycznego partnerstwa z bakteriami. Był to model, który miał być później wielokrotnie powielany.

Brak zdolności przemieszczania się [5, 6, 7] czynił wczesne gąbki łatwym łupem dla drapieżników i konkurentów, wykształcenie skutecznych mechanizmów obrony chemicznej dało im zatem istotną przewagę adaptacyjną. Presja ze strony drapieżników mogła być jednym z powodów, dla których współczesne gąbki stały się mistrzami chemicznej innowacji. Innymi czynnikami mogły być ich niezwykle długa obecność w oceanie pełnym patogennych mikroorganizmów oraz specyficzna budowa ciała, w której wszystkie komórki są bezpośrednio narażone na kontakt z patogenami. Produkcja toksycznych substancji stanowiła zatem ogromne udogodnienie dla osiadłego organizmu, pozwalając mu pokonywać konkurentów, odpierać ataki drapieżników i bronić się przed patogenami.

Choć mówię o gąbkach tak, jakby wszystkie były takie same, współczesne gąbki tworzą grupę niezwykle zróżnicowaną - opisano dotąd ponad 5000 gatunków. Na samych tylko Karaibach występuje ponad 230 gatunków, a w wodach Indonezji i basenu Indo-Pacyfiku ponad 830.

Obserwując fioletową gąbkę wazonowatą, pomyślałam o ogromnej ilości wody, jaką przepuszcza ona przez swoje pory, filtrując pokarm i wyrzucając oczyszczony strumień przez otwór centralny. Prądy te trudno dostrzec, o ile w wodzie nie unoszą się cząstki. Moja partnerka nurkowa, stażystka z Uniwersytetu Cornella, płynęła obok. Szturchnęłam ją łokciem i skinęłam głową - gest ten znaczył: "patrz uważnie". Z kieszeni kamizelki wyciągnęłam strzykawkę z fluorescencyjnym zielonym barwnikiem i wypuściłam niewielką porcję barwnika u podstawy gąbki. Barwnik natychmiast został wessany przez boczne pory. Przez maskę widziałam, jak jej oczy rozszerzyły się ze zdumienia. Podniosłam palec w geście: "poczekaj". Po około czterdziestu sekundach z górnego otworu gąbki wypłynął ciągły, jasny strumień fluorescencyjnej zieleni. Podałam jej strzykawkę, by sama spróbowała. Przez kolejne kilka minut obie zafascynowane obserwowałyśmy przepływy wody przez ciało gąbki. Wkrótce zauważyła, że wokół znajdują się inne gąbki o różnych kształtach i rozmiarach, i zaczęła eksperymentować z barwnikiem, badając tempo i wzory przepływów. Cel został osiągnięty: chciałam, by doświadczyła czystej przyjemności obserwowania, jak efektywnie gąbki pompują wodę. Pozostali nurkowie odpływali już dalej, więc musiałyśmy przerwać zabawę z barwnikiem i rozpocząć zbieranie próbek. Nie lubię odłamywać fragmentów gąbek, ale regenerują się one szybko, więc każdy niewielki fragment, który pobrałyśmy, mógł łatwo odrosnąć.

Gąbki średniej wielkości, tworzące kilka wzniesionych kolumn przypominających kieliszki do szampana, łatwo było zebrać, odłamując u podstawy pojedynczą kolumnę. W przypadku większych gąbek beczkowatych używałyśmy noży nurkowych, aby oderwać fragment krawędzi. Najtrudniejsze do pobrania okazy stanowiły gąbki płasko przylegające do podłoża - silnie przytwierdzone, o tkankach przesyconych twardymi, igiełkowatymi strukturami przypominającymi kość.

Wiele zwierząt, takich jak tropikalne żaby czy gąsienice, charakteryzuje się jaskrawym ubarwieniem i wyraźnym rysunkiem, który stanowi ostrzeżenie dla drapieżników, że ich ciało zawiera substancje toksyczne lub niesmaczne. Gdy potencjalni napastnicy nauczą się kojarzyć dane barwy z nieprzyjemnym smakiem lub zatruciem, rzadziej atakują. Podejrzewaliśmy, że jaskrawe kolory tropikalnych gąbek pełnią podobną funkcję - ostrzegają głodne ryby, iż gąbka, którą traktują jako posiłek, może być szkodliwa. Ponieważ toksyny często wykazują także inne interesujące właściwości biologiczne, mogące mieć znaczenie medyczne, więc gąbki o niezwykłych, intensywnych barwach stanowiły główny cel naszych poszukiwań.

Niektóre z najjaskrawszych gatunków były niewielkie i ukrywały się w trudno dostępnych miejscach - w szczelinach i zagłębieniach pod zwartymi formacjami koralowców lub w ciemnych niszach pod nawisami skalnymi. Aby się do nich dostać, musiałyśmy sięgać nożami w głąb takich zakamarków, odrywając fragmenty gąbek. Rękawice chroniły nas zarówno przed toksynami i igiełkami w tkankach gąbek, jak i przed murenami, które często kryły się w tych samych miejscach. Każdej pobranej próbce towarzyszyły zapiski na podwodnych tabliczkach - o głębokości, lokalizacji i wyglądzie gąbki. Każdy worek z próbką otrzymywał numer, powiązany z notatkami, i trafiał do siatkowego worka zbiorczego. Płynęłyśmy wzdłuż krawędzi płytkiej rafy, na głębokości około dwunastu metrów. Po piętnastu minutach zauważyłyśmy, że mamy towarzystwo.