Jak rychle probíhá evoluce?

Dá se měřit tempo evoluce? Některé druhy se mohou vyvíjet velmi rychle - jen několik generací. Některé se nevyvíjejí, jsou statisíce let stejné. Když Charles Darwin v polovině 19. století pracoval na své evoluční teorii, usoudil, že tento základní proces probíhá velmi pomalu v geologických časových měřítcích miliony let. Je to pravda, nebo může evoluce proběhnout rychleji? Jak rychle může evoluce postupovat?

Nejprve definujme evoluci: je to proces, při kterém se geny nebo fyzický vzhled druhu v průběhu času postupně mění. Hnací silou je přírodní výběr, ve kterém jedinci s prospěšnějšími vlastnostmi přežívají a rozmnožují se a předávají tyto vlastnosti další generaci. Pak je tu adaptivní evoluce, která je způsobena přirozeným výběrem a dědičnou variabilitou pocházející z náhodných změn v genomu (mutacemi). Tyto mutace jsou náhodné a mohou svému nositeli přinášet výhodu či nevýhodu. Projevy mutací poté omezí vývojový systém organismu. Kombinace přírodního výběru a adaptivní evoluce umožňuje druhu sledovat změny v jeho prostředí. Ve slavném příkladu Darwinových pěnkav na Galapágách si různé druhy během několika desetiletí vyvinuly různé tvary a velikosti zobáků, aby se specializovaly na krmení různými druhy ořechů a hmyzu. Toto zjištění vyvolalo vlnu zájmu po vydání Pulitzerovou cenou oceněné knihy "Zobák pěnkavy: Příběh evoluce v naší době" (Knopf, 1994). Pak je tu třetí složka: speciace. To je jev, kdy se jeden druh v průběhu času rozvětví na dva odlišné druhy. K tomu dochází mnohem pomaleji než v případě adaptivní evoluce.

Na počátku až v polovině 20. století si vědci uvědomili, že evoluce se může odehrát mnohem rychleji, než si kdy Darwin myslel. Použili teorii přírodního výběru k tomu, aby šlechtili různé plodiny - nové plodiny byly připravené za pouhých sedm let. Také domestikace psů proběhla zřejmě velmi rychle - několik generací. Změna, která se odehrává v měřítku několika generací, může být docela dramatická.

Šlechtění - umělý výběr - urychlilo evoluci, ale jak rychle může tento proces fungovat přirozeně?

Aby to zjistili, Timothée Bonnet, evoluční biolog z francouzského Národního centra pro vědecký výzkum a univerzity v La Rochelle, a mezinárodní tým vědců analyzovali desítky let genetických dat u 19 druhů ptáků a savců. Zjistili, že rychlost adaptivní evoluce byla dvakrát až čtyřikrát rychlejší než předchozí odhady. Přesněji řečeno, každá generace zvýšila své přežití a reprodukci v průměru o 18,5 %, za zcela stabilních podmínek.

Příklady

To znamená, že pokud by se přežití a reprodukce snížily o třetinu, adaptivní evoluce by pomohla populaci zotavit se za tři až sedm generací. Ovce tlustorohé (Ovis canadensis) si vyvinuly během 20 let, tedy tří generací, rohy o 2 centimetry kratší než dříve, protože lovci se zaměřovali na ty s delšími rohy. Sněžní hraboši (Chionomys nivalis) se zmenšili až o 0,1 unce (3 gramy) během 10 let, tedy osmi generací, pravděpodobně kvůli změnám ve sněhových srážkách.

V přírodě však podmínky nejsou nikdy stabilní

"Máme populace, které se přizpůsobují, ale nevíme, čemu se přizpůsobují," řekl Bonnet. Vysvětlil, že změny životního prostředí, konkurence, nemoci a lidé, to vše může podnítit rychlejší evoluci. "Evoluce je tu proto, aby stabilizovala, nebo alespoň trochu utlumila, změny, které se dějí v životním prostředí," dodal. Změna klimatu je další hlavní hnací silou adaptivní evoluce, říká Bonnet, ale vědci si nejsou zcela jisti, zda populace udrží krok. Životní prostředí se může zhoršovat rychleji, než může fungovat evoluce. Jak se měnily teploty, počasí a stoupala hladina moře, některé druhy reagovaly přesunem do chladnějších míst nebo přizpůsobením se slanějším podmínkám.

Evoluce probíhá nepřetržitě

Například James Stroud, evoluční biolog z Georgia Institute of Technology, a jeho kolegové zjistili, že přirozený výběr u tropických ještěrů v krátkých časových měřítcích (generace nebo roky) byl velmi dynamický, ale vymazal se v delších časových měřítcích (miliony let) – takže nevedl prakticky k žádné změně. Stroud a jeho kolegové z University v Miami nyní používají nepůvodní leguány zelené jako případovou studii rychlé evoluce. Ještěři přizpůsobení teplu jsou známí tím, že během občasných chladných období v Miami mrznou a padají ze stromů. "Viděli jsme, že někteří umírají, ale někteří přežívají - a ti, kteří přežijí, mohou skutečně tolerovat nižší teploty, než jaké jsme měřili dříve," řekl Stroud. "Takže to naznačuje, že i zde by mohla probíhat evoluce."

Rychlost změny

Jak vědci vůbec měří evoluční rychlost? Philip Gingerich, paleontolog z Michiganské univerzity, vyvinul metodu, která používala měrnou jednotku příhodně nazvanou darwin. Zjistil, že evoluce funguje pomalu v dlouhých časových měřítcích a rychle v kratších. "Evoluce může být fantasticky rychlá díky neustálým změnám prostředí," řekl Michael Benton, paleontolog obratlovců z University of Bristol. "Čím kratší je časový rámec, tím rychlejší je tempo".

Některá vodítka obsahují fosilní záznamy

V období triasu (před 251,9 miliony až 201,3 miliony let), po permském vymírání, se velcí mořští plazi zvaní ichtyosauři vyvinuli do gigantických rozměrů za méně než 3 miliony let (rychleji než velryby), protože se stali hlavními predátory oceánu.

Faktory, jako je přizpůsobení se novým podmínkám, zaplnění nových nik, vyhýbání se predátorům a soutěžení s ostatními zvířaty, často zvyšují rychlost vývoje živočicha. "Možná je odpovědí, že nesmírně šíleně rychlé evoluce jsou schopné všechny druhy, pokud musí," řekl Benton.

Vrací se evoluce někdy zpět?

Evoluce vytvořila úžasně složité rysy, může se však někdy obrátit a vrátit složité tvory do předchozích, jednodušších forem? Evoluce se ve skutečnosti nevrací zpět v tom smyslu, že by se vracela po evolučních krocích, říkají odborníci. Extrémním příkladem jsou myxozoani, paraziti s velmi jednoduchou anatomií – bez úst, nervového systému nebo střev – a velmi malými genomy. Nejjednodušším typem jsou v podstatě jednotlivé buňky. Myxozoané, kteří byli dlouho klasifikováni jako jednobuněční prvoci, se nakonec ukázali jako vysoce regrední živočichové. Vyvinuli se z žahavců, skupiny, kam patří např. medúzy, a ztratili mnoho vlastností, které již nejsou potřebné v parazitickém životním stylu. Může se tedy zdát, že se myxozoané alespoň morfologicky vrátili do předchozího vývojového stádia. Přesto se evoluční proces nevrací zpět do svých minulých kroků. Jeskynní tvorové také často procházejí regresivní evolucí a ztrácejí složité rysy, jako jsou oči, které nejsou v tmavém prostředí potřeba. Ale například ztráta oka u jeskynních ryb neznamená přesný návrat k prvotnímu předkovi bez těchto orgánů. Místo toho se procesy, které dříve oko produkovaly, v polovině zastaví a zanechají zakrnělé oko zarostlé kůží. Ale nezaniklo, prostě přestalo jít kupředu.

Kromě toho může ztrátu složitosti doprovázet méně zřejmé zvýšení složitosti jinde, jako je např. biochemie, kterou paraziti používají k tomu, aby se dostali dovnitř hostitele. Nelze přemýšlet o evoluci z hlediska jen toho, co je viditelné (morfologické znaky). Existuje spousta dalších rysů na fyziologické a biochemické úrovni, které nevidíme.

U jeskynních ryb může ztráta očí vést k alternativní složitosti jinde. Ve velkém množství se u těchto ryb objevují orgány reagující na vibrace, což jim poskytuje jiný způsob vnímání v tmavém prostředí. A v již tak přeplněné hlavě našly tyto orgány dostupné místo v prázdných očních důlcích ryb.

Návrat přes složitost

Jedním z důvodů, proč se evoluce nevrací zpět ve svých stopách, je to, že adaptace vedou k dalším změnám. Například u jeskynních ryb mohl původní vývoj oka přijít se změnami nejen v proteinech potřebných pro oči, ale také ve struktuře lebky očního důlku. Mutace ovlivňující oční protein by nezpůsobila, že by se organismus vrátil do organismu bez očního lůžka.

Evoluce nespěje vždy jen ke složitosti

Odborníci varují, že termín "zpětná evoluce" může zavádějícím způsobem naznačovat, že evoluce má za cíl vytvořit složitější formy. Evoluce však upřednostňuje pouze vlastnosti, díky nimž je organismus vhodnější pro konkrétní prostředí. V tomto ohledu je regresivní evoluce jen evolucí jako obvykle. Ztráta složitosti může způsobit, že parazit nebo obyvatel jeskyně bude lépe přizpůsoben novému prostředí – například tím, že se eliminují náklady na energii na výrobu složitého orgánu. Evoluce je vždy progresivní v tom, že vybírá znaky, které zlepšují kondici jedinců, u kterých se tato variace projevuje. 

Zdroje: Jak rychle probíhá evoluce? | Živá věda (livescience.com)

Vrací se evoluce někdy zpět? | Živá věda (livescience.com)