Paweł Bała
Podziwiając wyjątkowość ryb jezior afrykańskich powinniśmy spróbować poznać przyczynę z której ta unikalność wynika. Dlaczego możemy obserwować tak ciekawe zachowania muszlowców i piękno ubarwienia trofeusów? Co się za tym kryje? Z wiedzy o ewolucji biosfery oraz geologii Afryki możemy z absolutną pewnością wywnioskować że bioróżnorodność jezior afrykańskich wynika z ich historii geologicznej i jest nierozerwalnie z nią związana, bowiem dzięki izolacji geograficznej możliwa była izolacja genetyczna, która doprowadziła do powstania wielu nowych i unikalnych gatunków zwierząt i roślin. Jaka jest zatem historia wielkich jezior afrykańskich a przede wszystkim jeziora Tanganika?
Krótka lekcja geologii
Geneza istnienia wielu jezior jest bardzo zróżnicowana – przytłaczająca większość jezior w Polsce ma charakter polodowcowy, czyli powstała w wyniku bezpośredniej albo pośredniej działalności lodowców. Tanganika jest natomiast niesłychanie rzadkim rodzajem jeziora, a mianowicie jeziorem tektonicznym powstałym w skutek działania ruchów skorupy ziemskiej. Co to oznacza? Nie wgłębiając się w szczegóły budowy geologicznej Ziemi, możemy porównać naszą planetę do pomarańczy. Wyobraźmy sobie, że skórka pomarańczy jest skorupą Ziemi, czyli tym co widzimy jako skały, góry, równiny i co sięga kilometry poniżej naszych stóp, a co przede wszystkim ma konsystencję stałą. Pod tą stała skorupą Ziemi, pod tą skórką pomarańczy, mamy jak gdyby morze półpłynnej substancji, która ma konsystencję mazi, a która w naszym porównaniu jest soczystym owocem. Teraz wyobraźmy sobie, że skórka pomarańczy jest pocięta na wiele kawałków, które swobodnie mogą się przemieszczać po oceanie półpłynnej mazi. Poruszającymi się fragmentami skórki pomarańczy, czyli skorupy ziemskiej są tzw. płyty tektoniczne, których ruch wymuszany jest przez ciepło dochodzące z wnętrza Ziemi powstałe w początkach formowania się naszego układu słonecznego. Używając wielkiego skrótu myślowego, można powiedzieć, że w momencie, gdy płyty tektoniczne stykają się, powstają wypiętrzenia skał skorupy ziemskiej, które widzimy na powierzchni jako np. góry. Natomiast w momencie oddalania się płyt od siebie dochodzi do powstania różnego rodzaju zapadlisk, obrazowo mówiąc dziur w Ziemi, które tworzą się między oddalającymi się płytami. W ten właśnie sposób powstał Wielki Rów Afrykański będący takim „wgłębieniem” w skorupie ziemskiej .Wraz z powolnym rozsuwaniem się płyt, dochodziło do pogłębiania się rowu i w wyniku działania siły grawitacji zbierania się w nim wody, która utworzyła system Wielkich Jezior Afrykańskich w tym Tanganikę.
Większość stref w których zachodzi rozsuwanie się krawędzi płyt tektonicznych jest związana z oceanami. Dlaczego tak się dzieje? Dlaczego oceany są w tym procesie wyróżnione? Pozornie mogłoby się wydawać, że strefy ryftingu, czyli miejsca, w których rozsuwają się płyty tektoniczne, z jakiś bliżej nie wyjaśnionych przypadkowych przyczyn upatrzyły sobie za miejsce swojego istnienia oceany. Geolodzy jednak zauważyli, że strefy ryftingu występują w centralnej części oceanów. To zasugerowało badaczom, że ich rozsuwanie może mieć swój związek z powstawaniem oceanów. Hipotezę tą potwierdziły dalsze badania geologiczne, które wykazały, że w strefach ryftingu, w miejscu rozsuwania się płyt tektonicznych siłą ciepła powstałego we wnętrzu Ziemi, magma, czyli upłynniona masa skalna dostaje się przez szczeliny skorupy oceanicznej na powierzchnie i tam zastyga. Jest to proces ciągły, dlatego w momencie gdy nowa magma napływa pod starą już zastygłą dochodzi do rozsuwania się powstałych mas skalnych na boki i w uwolnionym miejscu tężeje nowa porcja magmy tworząc skałę. W ten właśnie sposób strefy ryftingu umiejscowione w środku oceanu poszerzają go z każdej ze stron prowadząc do jego powiększenia. Tak m.in. powstał Atlantyk, rozdzielający obie Ameryki od Europy i Afryki. Jak dokładnie przebiegał ten proces? Ok. 250 mln lat temu istniał na naszej planecie jeden wielki superkontynent nazywany Pangeą, który pod koniec paleozoiku zaczął się rozpadać. Pangeę tworzyły współcześnie znane nam kontynenty, które łączyły się w jeden wielki ląd. W późnym paleozoiku rozpoczął się proces tworzenia strefy ryftingu w mniej więcej centralnej części tego kontynentu. Podzielił on Pangeę na dwie części, północną – Laurazję obejmującą obecną Amerykę Pł., Europę i Azję oraz południową – Gondwanę ( Ameryka Południowa , Afryka, Indie, Australia, Antarktyda, Nowa Zelandia i południowo-wschodnia część Azji). Dzięki ciągłemu napływowi magmy z warstw ziemi leżących niżej dochodziło do oddalania się obu tych kontynentów od siebie, a pomiędzy nimi powstawał Ocean Atlantycki. Dalsze tworzenie się Atlantyku następowało przez rozpad Gondwany i Laurazji.
Wracając do Afryki…
W przypadku Wielkich Rowów Afrykańskich mamy właśnie do czynienia z początkiem tworzenia się nowej strefy ryftingu, która w tym przypadku umiejscowiona jest we wschodniej Afryce. Jest ona w bardzo początkowej fazie tworzenia. Przed ok. 20mln lat, czyli we wczesnym miocenie nie istniało Morze Czerwone ani Zatoka Adeńska, a Afryka połączona była z Półwyspem Arabskim. Dzięki dopływowi ciepła z wnętrza ziemi w tzw. plamie gorąca znajdującej się pod Affarem doszło do wypuklenia się skorupy ziemskiej i wzmożonej działalności wulkanicznej, która w tym przypadku znamionowała powstawanie nowej strefy ryftingu .W wyniku tego doszło do powstania trzech linii tzw. dolin ryftowych, czyli zapadlisk tektonicznych spowodowanych rozsuwaniem się mas skorupy ziemskiej. Jedna linia wyznacza obecnie rejon Morza Czerwonego, druga Zatokę Adeńską, a trzecia wbija się we wschodnią Afrykę i tworzy system Wielkich Rowów Afrykańskich. Dzięki plamie cieplnej pod Affarem, Afryka oddzieliła się od Półwyspu Arabskiego a w dolinie ryftowej powstały Morze Czerwone i Zatoka Adeńska, które wraz z rozwojem tych dolin znalazły połączenie z oceanem. Nas interesuje najbardziej ta trzecia linia, w wyniku której powstał system Wielkich Rowów Afrykańskich, a także jeziora z nim związane, w tym Tanganika.
Zdjęcie satelitarne z nałożoną siatką kartograficzną oraz z granicami płyt. Żródło: NASA World Wind.
Historia Tanganiki
Kiedyś szacowano wiek jeziora Tanganika na ponad 20 a nawet 30 mln lat, jednak dzisiaj wiemy, że jest to nieprawdą, ponieważ wiele niezależnych od siebie datowań określiło wiek Wielkiego Rowu Afrykańskiego na co najwyżej 20 mln lat. Zatem niemożliwe jest aby jezioro Tanganika powstało przed tym okresem. Kiedy więc doszło do utworzenia się tego jeziora? Możemy się tego dowiedzieć badając wiek osadów, które zostały zdeponowane na dnie jeziora. Najstarsze osady jakie tam znaleziono mają 12mln lat. Dzięki temu wiemy, że historia geologiczna jeziora Tanganika nie jest aż tak długa, jednakże należy pamiętać, że większość współcześnie występujących jezior powstała ok. 10 tys. lat temu, zatem Tanganika należy i tak do najstarszych jezior świata. Niestety, ze względu na silne procesy erozyjne towarzyszące powstawaniu dolin ryftowych nie jest możliwe pełne odtworzenie historii geologicznej Tanganiki od jej powstania do czasów współczesnych. Wiemy z całą pewnością, że Tanganika nie zawsze wyglądała tak jak teraz. Chociażby jej wielkie fizyczne gabaryty takie jak długość sięgająca dzisiaj ponad 600km były znacznie mniejsze.
Obecnie jezioro Tanganika składa się z trzech basenów połączonych ze sobą. Wyróżniamy basen północny, środkowy i południowy, z tym, że północny i południowy odznaczają się najbardziej. Basen południowy jest najstarszą, a zarazem najgłębszą częścią jeziora Tanganika, który przez miliony lat był niezależnym zbiornikiem i stanowił jego pierwszą część. Dla historii Tanganiki jest on bardzo ważny bo to właśnie w jego obrębie doszło do kolonizacji jeziora przez organizmy żywe z systemu rzecznego rzeki Kongo, który to system powstał znacznie wcześniej(…), oraz do pierwszych zmian ewolucyjnych, które doprowadziły do ogromnej różnorodności biologicznej obserwowanej obecnie.
Jak on wyglądał? Przykładowo współczesne badania wskazują, że to prajezioro tanganikańskie ok. 5 do 3,6 mln lat temu miało długość 400km i moim zdaniem niewiele różniło się chemizmem swoich wód od dzisiejszej Tanganiki. (…)Pomijając osady jeziorne, podłoże skalne, na którym istniało, było takie jak obserwowane obecnie, czyli złożone w przeważającej części z prekambryjskich skał granitowych oraz zasadowych skał magmowych bogatych w magnez, żelazo i glin, co determinowało i nadal determinuje wysokie stężenie tych pierwiastków w wodzie jeziora Tanganika. Takie podłoże jest wynikiem położenia Wielkich Rowów Afrykańskich na bardzo starych skałach tworzących pierwsze kontynenty na Ziemi, które we wschodniej Afryce występują na powierzchni. Natomiast zasadowe skały magmowe są efektem zasadowego charakteru wulkanizmu dolin ryftowych, który jest związany z doprowadzeniem na powierzchnię ciężkiej magmy pochodzącej z płaszcza ziemskiego. Skały otaczające Tanganikę oraz tworzące jej dno to przeważnie granity, skały metamorficzne platformy prekambryjskiej, bazalty oraz skały powstałe w wyniku ich erozji i oczywiście osady jeziorne i rzeczne.
Zdjęcie satelitarne jeziora Tanganika z zaznaczonym podziałem na trzy baseny. Żródło: NASA World Wind.
Pierwotny basen Tanganiki utrzymał swój charakter do ok. 2mln lat temu kiedy miał miejsce intensywny proces rozsuwania się płyt tektonicznych i połączony z nim wulkanizm w prowincji geologicznej Kivu, czego rezultatem było powstanie jeziora Kivu i północnej części Tanganiki. W tym samym czasie na południu doszło do zmian tektonicznych w obrębie ryftu jeziora Tanganika, co spowodowało powstanie środkowego basenu tanganikańskiego. W tym okresie wykształciła się też ostateczna forma i morfologia tego jeziora, która przetrwała do dzisiaj. Od tamtego czasu geologia Tanganiki zmieniała się jedynie nieznacznie, nie oznacza to jednak, że inne parametry tego jeziora pozostawały stabilne. Ze względu na globalne zmiany klimatyczne, które również dotyczyły Afryki, dochodziło do obniżania i podwyższania się poziomu wody w korelacji z ogólnoświatowymi wahaniami temperatury.
Klimat i jego wpływ na jezioro Tanganika
Jak wiemy w ciągu ostatnich kilku milionów lat dochodziło do sukcesywnego spadku temperatury (epoki lodowcowe). Nie był to proces ciągły i liniowy ale skokowy; chłodniejsze okresy były poprzecinane cieplejszymi, a w tych zimniejszych dochodziło do rozprzestrzeniania się lądolodów z biegunów na niższe szerokości geograficzne. Oczywiście zlodowacenie nigdy nie dotknęło równika ani obszarów położonych w jego pobliżu, w tym Tanganiki, jednakże globalne ochłodzenie miało wielki wpływ nawet na obszary którego bezpośrednio nie dotyczyły. W okresach zimniejszych parowanie z powierzchni wody i ziemi jest znacznie mniejsze co w efekcie daje wolniejszą cyrkulację wody i obniża ilość opadów, a do tego woda w dużych ilościach jest wiązana w lodowce i lądolody. Dochodzi zatem do osuszania i ochładzania klimatu, które prowadzi do obniżania się poziomów wód śródlądowych. Proces ten dotyczył również Tanganiki. Dzięki badaniom geologicznym udało się określić, że między 150 a 50 tys. lat poziom wody w jeziorze opadł na tyle, że woda zbierała się jedynie w tych trzech najgłębszych basenach, o których pisałem wcześniej. W wyniku tego Tanganika została podzielona na trzy odrębne zbiorniki. Taka niezależność sprzyjała ewolucji świata żywego i przez izolacje genetyczną doprowadziła pewnie do powstania wielu nowych przystosowań. Czy do takiego podziału Tanganiki dochodziło wcześnie? Niestety nie udało mi się uzyskać odpowiedzi na to pytanie w dostępnej dla mnie literaturze, ale oczywiście nie jest to do końca wykluczone. Jednak od ostatnich 2 800 lat poziom wody utrzymuje się na mniej więcej stałym poziomie i oscyluje jedynie w granicach 10m.
Geologia vs. Biologia
Omówiliśmy pokrótce geologiczną historię jeziora Tanganika jednak nie skorelowaliśmy jej z ewolucją biosfery, a przede wszystkim ryb w tym zbiorniku, co nas najbardziej interesuje jako akwarystów.
Pierwszą myślą jaka nasuwa się rozpatrując ten temat jest oczywiście bardzo długa izolacja genetyczna organizmów żyjących w tym jeziorze, które nie mogły kontaktować się z innymi osobnikami danego gatunku i wymieniać z nimi genów, a co w biegu czasu warunkowało powstanie izolacji płciowych i tym samym nowych gatunków. Pomijając zmiany geologiczne, które omówiłem powyżej, a które pozornie mogą się wydawać bardzo burzliwe, Tanganikę charakteryzuje względnie stałe środowisko abiotyczne, przecież nigdy w jego historii nie doszło do całkowite wyschnięcia zbiornika, ani szybkich i drastycznych zmian np. chemizmu wody, czego dowodem mogłoby być jakieś masowe wymieranie, którego ślady znaleźlibyśmy w osadach jeziornych. Taka stałość środowiska umożliwiała długotrwałe działanie różnorodnych, selektywnych presji ekologicznych, co w efekcie zaowocowało powstaniem bardzo wielu nowych przystosowań. Jednak nie oznacza to, że środowisko fizyczne Tanganiki nie oferuje organizmom żywym wielu niszy ekologicznych. Przykładowo ze względu na tektoniczny charakter tego jeziora większość wybrzeża jest typu kamienistego, a dno idąc parę metrów od brzegu często obrywa się pionową skarpą, dzięki temu wyewoluowały takie ryby jak np. naskalniki, które doskonale przystosowały się do życia w takich warunkach. Z tektonicznym charakterem Tanganiki związana jest jeszcze jedna kwestia. Bentoniczne organizmy, czyli takie, które są związane z dnem mają ograniczony zakres występowania do strefy przybrzeżnej, ponieważ dno opada bardzo stromo, a na głębokości poniżej 200m większość organizmów nie może bytować. Dlaczego, przecież nawet w głębinach oceanicznych żyją i rozwijają się różnorodne ekosystemy? Powód jest związany z kolejną relacją łączącą geologię i biologię Tanganiki. Ze względu na swoje położenie w niskich szerokościach geograficznych z hydrologicznego punktu widzenia Tanganika jest jeziorem meromiktycznym. Co to oznacza? Gdy w naszych polskich jeziorach jesienią dochodzi do ochłodzenia powierzchniowej warstwy wody, zimna i tym samym cięższa od niżej leżących cieplejszych warstw, woda zaczyna siłą grawitacji opadać na dno mieszając się z tą cieplejszą. Dzięki temu dobrze natleniona woda z powierzchniowej warstwy jeziora dostaje się w pobliże dna transportując tlen i tym samym umożliwiając życie na dnie wielu organizmom żywym, a nie tylko nielicznym mikroorganizmom beztlenowym. Jako że wahania temperatury w rejonie Tanganiki są bardzo niewielkie nie dochodzi do mieszania się wód, a tym samym natleniania przydennych warstw, przez to tak w zasadzie większość wody w tym jeziorze jest nie zamieszkana, a życie tlenowe, czyli np. ryb jest związane z warstwą wody do 200m w głąb jeziora.
Kontrowersje
Ze względu na bogatą i długą historię jeziora Tanganika istnieje wiele zagadek z nim związanych. Jedną z nich jest możliwość występowania połączenia pomiędzy Tanganiką a oceanem. Wskazuje na to kilka faktów głównie biologicznych. W 1883 roku odnaleziono w Tanganice gatunek słodkowodnej meduzy, co jest zaskakującym odkryciem, ponieważ do tego czasu występowanie meduz było zarezerwowane jedynie dla słonowodnych zbiorników. Obecnie wiemy jedynie o kilku innych gatunkach meduz odkrytych w wodach słodkich. Sugeruje to migrację meduzy z oceanu przez mityczne połączenie. Kolejnym biologicznym dowodem na dawną obecność kontaktu Tanganiki z oceanem jest specyficzna budowa tamtejszych ślimaków, które do złudzenia przypominają te morskie i oceaniczne. Tą hipotezę potwierdza jeszcze chemizm tego jeziora, a dokładniej występowanie w nim dużej zawartości soli mineralnych takich jak węglan magnezu. Mając takie dowody mogłoby się wydawać, że jest sprawą oczywistą połączenie jeziora Tanganika z oceanem, które występowało w jego geologicznej historii. Jednakże tak nie jest.
Nie ma żadnych geologicznych śladów takiego połączenia co jest najważniejszym argumentem za odrzuceniem tej hipotezy. Udało się wyjaśnić specyficzną anatomię tamtejszych ślimaków przez konwergencje, czyli zbieżność procesów ewolucyjnych, które doprowadziły do powstania oceanicznych i morskich ślimaków, a także tych z Tanganiki. Sugeruje się, że istniała taka sama presja ewolucyjna, która działała na te ślimaki, a była nią obecność drapieżników specjalizujących się w przegryzaniu miękkich skorup ślimaków, co prowadziło do swoistego wyścigu zbrojeń – ślimaki utwardzały swoją skorupę upodabniając się do tych słonowodnych, a drapieżniki udoskonalały swoje szczęki. Brak występowania tak zbudowanych ślimaków w innych akwenach śródlądowych wynika po prostu z tego, że te zbiorniki nie mają za sobą tak bujnej i długiej historii. A co z meduzą? Mogła się ona dostać do jeziora wykorzystując rzeki, które dopływają albo wypływają z Tanganiki, a które mają ujście pośrednie lub bezpośrednie w oceanie. Taka sytuacja obserwowana jest w przypadku rzeki Lukuga, która ma połączenie z rzeką Kongo, wpływającą bezpośrednio do Atlantyku. Meduza ta mogła przejść adaptacje najpierw w kierunku życia w słodkich wodach u ujścia rzeki Kongo, po czym przywędrować do Tanganiki. Oczywiście mogła wykorzystać nie tylko rzekę Kongo – podałem tutaj jedynie przykład. Mogła ona skorzystać z innych rzek, które miały połączenie i z oceanem i z jeziorem. Dodatkowo potwierdza tą hipotezę fakt, że inne gatunki słodkowodnych meduz są organizmami żyjącymi w rzekach w rejonie ich ujść.
Zdjęcie satelitarne jeziora Tanganika i rzek Lukuga i Kongo. Żródło: NASA World Wind.
Natomiast unikalny chemizm wód tanganikańskich może wynikać z podłoża geologicznego, na którym powstało to jezioro. Skały które stanowią podłoże Tanganiki zawierają duże ilości magnezu, żelaza i glinu, które w wyniku erozji mogły być wypłukiwane do wody determinując jej skład. Ponadto ekshalacje wulkaniczne, czyli skrótowo mówiąc podwodne gejzery, mogły dostarczać te związki do wody. Słabą stroną tych hipotez jest to, że jezioro Malawi ma również tektoniczny charakter, a co za tym idzie powstało na takiej samej bazie skalnej co Tanganika i mogą tam również występować ekshalacje wulkaniczne; jezioro Malawi jednak nie wykazuje takiego samego chemizmu wód co Tanganika, np. stężenie jonów magnezu i żelaza jest tam znacznie niższe. Zdecydowanie najmocniejszym argumentem pozostaje brak śladów geologicznych wskazujących na takie połączenie.
Podziwiając piękno i unikalność ryb tanganikańskich pływających w naszym akwarium pomyślmy czasem o złożoności procesów, które doprowadziły do takiego, a nie innego wyglądu i zachowania naszych podopiecznych. Barwa trofeusów, kształty naskalników czy terytorializm muszlowców zasługują na nasz podziw nie tylko przez to, że reprezentują w przyrodzie wszystko to, co najpiękniejsze, ale także dlatego iż pochodzą z najbardziej zdumiewającego i nietypowego jeziora na naszej planecie. Zatem udanego podziwiania!
Bibligrafia:
Bailey-Watts, A. (2000). Summary Technical Report. PollutionSpecial Study. Pollution Control and Other Measures to ProtectBiodiversity in Lake Tanganyika – żródło danych do tabelki
Biodiversity Assessmentand Conservationin Lake Tanganyika
Allison E.H., Paley R.G.T., Ntakimazi G. Cowan V.J., West K. 2000. Bioss final technical report.
Cohen, A.S., Soreghan, M.J. and Scholz, C.A. 1993. Estimating theage of formation of lakes: an example from Lake Tanganyika, EastAfrican Rift system
Cohen, A.S., Talbot, M.R., Awramik, S.M., Dettman, D.L. and Abell,P. 1997. Lake level and paleoenvironmental history of LakeTanganyika, Africa, as inferred from late Holocene and modern stromatolites.
Coenen, E.J., Hanek, G. and Kotilainen, P. 1993. Shoreline classificationof Lake Tanganyika Based on the Results of an Aerial FrameSurvey. FAO/FINNIDA Research for the Management of theFisheries on Lake Tanganyika.
Chain W.J. 1976Geotektonika Ogólna. Wydawnictwa Geologiczne
Stanley S.M. 2005. Historia Ziemi Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa,
Persits M. F., Ahlbrandt T. S., Tuttle M. L., Charpentier R. R.., Brownfield M.E., and Kenneth I. Takahashi 2001. Map showing geology, oil and gas fields, and geologic provinces of Africa
Tiercelin, J.-J. and Lezzar, K.-E. 2002. Geological and structuralsetting of the East African lakes. In: Odada, E.O. and Olago, D.O.(eds), The East African Great Lakes: Limnology, Palaeolimnology and Biodiversity.
UNEP, 2004. Odada, E.O., Olago, D., Kulindwa, K.A.A., Bugenyi,F., West, K., Ntiba, M., Wandiga, S. and Karimumuryango, J. EastAfrican Rift Valley Lakes, GIWA Regional assessment 47 University of Kalmar, Kalmar, Sweden.
World Wind 1.3 NASA 2006 r – żródło zdjęć satelitarnych.