Evoluce jako dialog

Článek kolegy Zrzavého ve Vesmíru 74, 145, 1995/3 přináší nekonvenční pohled na selekcionistické představy o původu evolučních inovací a ostrou logickou analýzou odstraňuje nános nepřesností a polopravd, které se u nás v nedávné minulosti nakupily vulgarizujícími výklady darwinizmu na různých těch politických školeních. Článek však vyznívá poněkud doztracena. Při jeho četbě se čtenář jistě dobře pobaví, ale sotva získá důvěru ve spolehlivost závěrů evoluční biologie; spíše si odnáší dojem, že jde o vyprávění vtipně vymyšlených příběhů, za jejichž pravdivost nikdo neručí.

Nechci tvrdit, že evoluční biologie bude kdy umět podat scénář jednotlivých evolučních dějů, i když jde o otázky tak otřepané a banální jako původ dlouhého žirafího krku, dvourohost některých druhů nosorožců atd. Ale to není důvodem ke skepsi: konečným cílem vědy totiž je nalezení obecných principů, kdežto objasnění konkrétních jevů, vybraných z jejich téměř nekonečné rozmanitosti, není samo o sobě cílem, nýbrž jen jedním z prostředků, jak se těchto obecných principů dopracovat. Jestliže se nám nezdaří některé evoluční jevy jednoznačně interpretovat, protože některé k tomu potřebné informace nám nejsou a sotva kdy budou dostupné, neznamená to selhání vědy.

Selekcionistický dialog mezi populací a jejím genofondem

Nejlepší způsob, jak ozřejmit průběh evolučních dějů, je představa dialogu mezi populací - souborem jedinců určitého druhu - a genofondem této populace. Dialog spočívá v tom, že genofond "nabídne" populaci určitou evoluční novinku ve formě mutace. Populace může nabídku buď přijmout, nebo odmítnout. Mutace, které znatelně oslabují účinnost zaběhaného životního stylu, jsou vždy odmítnuty. Naopak mutace, které přinášejí selekční výhodu oproti dřívějšímu stavu, tj. značně zvyšují účinnost životního stylu, jsou vždy přijaty. Kromě nich je přijímáno určité procento mutací neutrálních a mírně příznivých, popřípadě i mírně škodlivých (neutrální evoluce nahodilým genovým posunem podle Kimury).

Přijatá mutace, zpravidla zpočátku přítommá jen v jednom jedinci z celé populace, se ve sledu generací postupně rozšíří na celou populaci nebo její část; v druhém případě vznikne odlišná subpopulace, která se může vydělit vytyčením reprodukční bariéry a vyvíjet se pak samostatně (tzv. sympatrická speciace podle E. Mayra).

Evolucionistický dialog má svoje pravidla. Populace si může vybírat z nabídky genofondu, ale nemůže "objednat" určitou prospěšnou mutaci; např. populace hladovějících předků dnešních žiraf si nemohla vynutit vznik dlouhokrkého mutanta, jak se domníval Lamarck; musela čekat tak dlouho, až takový mutant v genofondu čirou náhodou vznikl.

Makroevoluční děj jako řešení ekologické krize

Strádající populace, ohrožená ve své existenci vysokou mortalitou, si však v genofondu může vynutit celkové zvýšení četnosti vznikajících mutací, příznivých i nepříznivých. Děje se to tak, že ekologický stres navodí genomový stres, který se projeví poruchami v přesné replikaci DNA. Dochází k celé kaskádě teleskopicky do sebe zapadajících duplikací a transpozic skupin genů, jednotlivých genů a postupně kratších úseků DNA ("témat" a "motivů"). Zdvojené úseky DNA se záhy od sebe odliší sérií velmi rychle za sebou následujících bodových mutací, což vede k jejich funkčnímu rozlišení.

Uvedený scénář se pravděpodobně uplatňuje hlavně tehdy, když zaniká ekologická nika, ve které populace dosud žila. Dosavadní osvědčený životní styl nemůže již zaručit další existenci populace v nových podmínkách, protože se stane stejně riskantním jako kterýkoli jiný způsob života, na nějž populace není adaptována. Populace se tak rozpadá na jedince, z nichž každý "řeší" ekologickou krizi po svém. Ale ekologickým stresem navozené duplikace a transpozice jsou nástrojem dalekosáhlých genomových přeměn (makroevoluce), jež otvírají mnoho možností nového způsobu života. Nositelé určité mutace se pak vyvíjejí podle nové škály selekčních hodnot, jež je určena právě novým životním stylem.

Popsaný makroevoluční děj, vyvolaný ekologickým stresem, má některé atraktivní znaky lamarckizmu. Především, makroevolučně významné série duplikací a transpozic vznikají tehdy, když je jich nutně zapotřebí pro záchranu před vymřením, kdežto v obdobích evolučního klidu se tvoří většinou jen bezvýznamné neutrální mutace, takže populace netrpí genetickou zátěží. Další výhodou je, že makroevolučně významné mutace vznikají zdvojením již osvědčených sekvencí (modulů), jež splňují základní předpoklady funkčnosti, nikoli nazdařbůh ze sekvencí vzniklých z ničeho, z nichž velká část by nebyla schopna žádné funkce. Můžeme tedy kaskádu teleskopicky do sebe zapadajích duplikací a transpozic nazvat "semilamarckistickým" způsobem evoluce.

Adaptace na vysoce specializovaný životní styl může být vyvolána nutností vyrovnat se s genomovými defekty

Příčinou vynucující makroevoluční změnu nemusí být vždy jen zánik ekologické niky změnou prostředí (klimatické změny, invaze parazitů, predátorů nebo potravních konkurentů atd.). Ekologická krize může mít svou příčinu v dlouhodobých trendech autonomního vývoje genomu, který podléhá vlastním zákonům, jež nemají nic společného s prospěchem či záhubou populací. Existenci těchto nezávislých trendů prokazuje např. významný soudobý evolucionista Gabriel Dover. Mnohé druhy rostlin z čeledi Bromeliaceae se obejdou bez kořenů, protože žijí epifyticky, vodu čerpají přímo listy z dešťových srážek a nerostné živiny z prachu napadaného na listy. Je možné, že volbou epifytického způsobu života Bromeliaceae kořeny druhotně ztratily, protože je nepotřebovaly. Ale může tomu být i naopak - Bromeliaceae byly do nesnadné ekologické niky růstu bez zakořenění v půdě zahnány, protože je zradil vlastní genom, v němž nezadržitelně slábly geny určující tvorbu kořenů. Nemůžeme přímo rozhodnout, který z obou výkladů je pravdivý. Ale známe mnoho příkladů, kdy extrémní adaptace, která se jeví jako triumf evoluce, nevede k vyšší zdatnosti, nýbrž naopak - současnou ekologickou krizí, vyvolanou postupem civilizace, jsou ohroženy právě ti obdivuhodně adaptovaní specialisté, zatímco málo adaptovaní univerzalisté z ní mnohdy mají zisk.

Záznam evoluce v nukleotidových sekvencích genů

Abychom v konkrétních případech rozhodli, která z uvedených možností skutečně nastala, nemusíme nechat rozparovat ubohé tygry trkajícími nosorožci, jak položertem navrhuje autor. Naštěstí je průběh evoluce zapsán v nukleotidových sekvencích a nám zbývá tuto informaci rozšifrovat a přečíst. O účinnosti tohoto postupu svědčí skutečnost, že výše uvedený scénář makroevolučního procesu odvodil nedávno pisatel těchto řádků srovnávacím studiem sekvencí několika skupin myc-protoonkogenů různých obratlovců (publikace v tisku v Journal of Molecular Evolution). Jde o to, abychom konečně přestali o evoluci krasořečnit a pindat (abych použil výraziva Zrzavého) a spíše se věnovali dešifrování nesmírného množství informací skrytých v sekvencích homologických genů různých organizmů.

Pozn. aut.: Doufám, že čtenáři chápou personifikaci genů a populací jako metaforu, umožňující stručné a názorné vyjadřování. Nehodlám připisovat populacím volní úsilí ani vědomou snahu o řízení vlastní evoluce; kdyby tomu tak bylo, museli bychom o tom něco vědět především my sami. Rovněž považuji za nesmysl hovory o sobeckosti genů. DNA byla selektována jako hmotný nositel genetické informace pro svou stálost a schopnost neomezené replikace; je tedy samozřejmé, že tuto funkci plní a obsaženou informaci uchovává a všemožně šíří.