Energie dělá druhy

Proč je v tropech tak moc druhů? Tahle zdánlivě prostá otázka trápí generace přírodovědců. Jak se poslední dobou ukazuje, není to tím, že by se v tropech žilo líp. S trochou nadsázky to potvrdí každý – výlet do tropů je jedinečným, ale náročným zážitkem. Vše nasvědčuje tomu, že v tropech je takové množství druhů díky vyšší teplotě. Tropické klima urychluje metabolizmus tamějších obyvatel, díky čemuž „uvaří“ více genetických změn a ve svém důsledku i více nových druhů.

Andrew P. Allen z Kalifornské univerzity vytvořil se svými kolegy matematický model založený na velikosti těla organizmu a vztahu mezi teplotou a metabolizmem (viz D. Storch, Vesmír 83, 508, 2004/9). Na tento model posléze naroubovali fosilní a molekulární data planktonních dírkonožců. Dírkonožci (Foraminifera) jsou svérázní jednobuněční mořští prvoci, občas planktonní (plovoucí), častěji bentičtí (žijící na dně) a fylogeneticky příbuzní linii Cercozoa. Na rozdíl od mnoha jiných druhů planktonu mají krásné složité schránky z různých materiálů, a tak máme k dispozici rozsáhlý fosilní materiál.

Autoři studie získali ucelený pohled na rychlost změn DNA a rychlost vzniku nových druhů planktonních dírkonožců za posledních 30 milionů let. Potom sledovali, jak se mění rychlost mutací a speciace v závislosti na klimatu oceánu, daném zeměpisnou šířkou. Výsledky potvrdily, že hlavním motorem evoluční dynamiky je tok energie. Strohou řečí čísel lze vyjádřit, že tok energie 10¹³ J na gram tkáně vygeneruje jednu záměnu nukleotidu v jaderném genomu a že tok energie 10²³ J na populaci vygeneruje jeden nový druh dírkonožců. Pro představu: lidstvo spotřebuje za rok fosilní paliva o energetické hodnotě 10²⁰ J.

Pozoruhodné je především to, jak má zeměpisná šířka skrze teplotu vliv na rychlost speciace. Potvrzuje se tak „metabolické“ vysvětlení diverzity tropů navržené v roce 1992 K. Rohdem. Podle něj v teplejším klimatu rychleji běhají chemické reakce, a tak mají tropické druhy rychlejší metabolizmus. Intenzivnější metabolizmus vyrobí víc volných radikálů, které mutují DNA a zároveň urychlí replikaci DNA při buněčném dělení. Oboje pochopitelně zvyšuje frekvenci mutací a tím i rychlost molekulární evoluce v tropech.

Jak se zdá, o biodiverzitě bude možné mluvit v přísně fyzikálních termínech a jednotkách. Na druhou stranu k podobným studiím je dobré přistupovat s určitým nadhledem, poměrně jednoduché fyzikální modely mívají sklon opomíjet klíčové záležitosti. Pozitivní vztah mezi teplotou prostředí a rychlostí makroevoluce přináší i některé laškovné závěry. Stačí jen pomyslet, jak vlastně globální oteplování, tolik zatracované, zjevně podporuje tolik ceněnou biodiverzitu. Příroda má vytříbený smysl pro humor. (PNAS 103, 9130–9135, 2006/24)