Aktuální číslo:

2017/12

Téma měsíce:

Kontakty

Když je neadaptabilita adaptivní

aneb Co nám mohou povědět dnešní modely evoluce o vzniku sexuality
 |  22. 7. 2010
 |  Vesmír 89, 414, 2010/7

Darwinův rok máme úspěšně za sebou, můžeme se vrátit na ramena velikánů a pokračovat v odhalování tajů evoluce. Mohlo by se zdát, že většinu otázek zodpověděl již Darwin, spojení s genetikou jeho teorii jen posílilo a vědci druhé poloviny 20. století pouze dopilovali poslední detaily. Spíš opak je ale pravdou. Stále objevujeme další nejasnosti a vidíme, že problém je mnohem složitější.

U dvou domén života na Zemi (archaea a eubacteria, dohromady prokaryota) může evoluce probíhat postupným a plynulým hromaděním změn, tedy gradualisticky. Druhy jsou neustále „plastické“, jak si představoval Darwin a jak nás učili na střední škole. U třetí a poslední domény (eukaryota, de facto vše živé kromě „bakterií“) to však zřejmě neplatí. Mnohé nasvědčuje tomu, že eukaryotní druhy podléhají selekci jen krátký čas při svém vzniku. Evoluce zde má punktuacionalistický charakter, postupuje v jakýchsi skocích a po zbytek času je druh ve svých vlastnostech spíš „elastický“. Jinými slovy, na selekční tlak reaguje sice rychle, ale jen dočasně, a po jeho skončení se vrací do původního stavu. Důvodem pro tento jev je s největší pravděpodobností existence pohlavního rozmnožování.1)

Jak je možné, že eukaryotické, pohlavně se rozmnožující druhy dosáhly takového úspěchu i přes tuto zjevnou nevýhodu? Vždyť již dávno víme, že nepohlavní rozmnožování je dvojnásobně rychlé oproti pohlavnímu. Navíc je zde mnoho překážek druhotných, kupříkladu nutnost vyhledávání partnera spojená s rizikem parazitace či predace. Ani z pohledu druhu to není lepší: Jakou výhodu by přinášela neschopnost podvolit se po většinu doby své existence selekci? Jak to, že pohlavnost nevymizela jako nějaký nepovedený evoluční experiment?

Biologové navrhli řadu hypotéz. Když pomineme evoluční past nebo působení parazitů, zbývá řada více méně slučitelných modelů od nutnosti oprav mutací přes udržení variability či diploidie až po omezení kompetice potomků. Tyto modely mají bohužel jednu výraznou vadu. Pro udržení sexuality jsou nepochybně příznivé, ale na první pohled jaksi druhotné. Něco ve stylu tvrzení „počítače nám pomáhají řešit problémy, které bychom bez počítačů neměli“. Projeví se až po vzniku pohlavního rozmnožování a je otázkou, zda by mohly být příčinou jeho vzniku.

Tajemství úsvitu pohlavního rozmnožování nám však může poodhalit pohled z pozice punktuacionalismu. Je možné, aby neschopnost podvolovat se selekčnímu tlaku byla výhodná? Jistě – v prostředí s množstvím krátkodobých či cyklických změn. Zde mají pohlavní druhy nezanedbatelnou výhodu. Nejenže se „slepě nevrhají“ do změn při krátkodobých výkyvech prostředí, ale navíc si udržují daleko větší zásobu genetické variability. Tento pohled nám nabídl již G. C. Williams a z poněkud jiného úhlu i J. Maynard Smith v hypotéze Božích mlýnů.

Kde se takové proměnlivé prostředí nachází? Právě že všude kolem nás. Doslova na každém kroku narážíme na cyklické změny denního, sezonního či delšího rázu. K této proměnlivosti musíme připočíst i biotické vztahy a vazby, jež jsou podle některých autorů nejvýznamnějším selekčním faktorem. Oceán a zemský povrch se najednou jeví jako velice nehostinná místa a eukaryotické druhy přizpůsobené právě jim. V tomto prostředí je důležitější, jak rychle se organismy dokážou přizpůsobit, ne jak dobře; takže elasticita (tj. schopnost rychlých a zároveň vratných odpovědí na selekční tlaky) je zde přínosem, nikoli nevýhodou.

Máme pro tyto domněnky nějaké doklady? Snad ano. Takzvané extremofilní organismy (přizpůsobené vysokým či nízkým teplotám, extrémní salinitě, kyselosti či zásaditosti, endolitickému životu atd. – viz např. Vesmír 79, 253, 2000/5) jsou převážně prokaryota. „Extrémní prostředí“, v nichž žijí, jsou však extrémní jen z našeho pohledu. Ve skutečnosti jsou to možná oázy klidu v okolním rozbouřeném světě. Záleží v nich na tom, jak dobře se organismus dokáže přizpůsobit, a to právě plastické nepohlavní prokaryotické druhy dokážou lépe než elastické pohlavní druhy eukaryot. Eubakterie se samozřejmě vyskytují i jinde, vždy ale v roli R-stratégů schopných rychle a často přechodně využívat narušené prostředí; avšak nedokážou jinak oponovat eukaryotům v jejich stabilním „domovském prostředí“. Nejstálejším habitatem je zemská litosféra, která je z hlediska života bohužel téměř neprobádaná. Přesto víme, že se v ní eukaryota téměř nevyskytují. Život je tam přítomen v podobě rozsáhlých prokaryotických ekosystémů s téměř zanedbatelnou diverzitou. Není se čemu divit, evoluční elasticita je výhodná v nestálém prostředí, nikoli v prostředí  takto klidném. Ještě hůře na tom jsme s průzkumem míst typu antarktických ledových jezer (Vesmír 79, 323, 2000/6). Přesto se zdá, že také v nich dominují prokaryotické organismy. Pěkným dokladem pro naši hypotézu by byl objev většího zastoupení druhotně nepohlavních eukaryot v podobném prostředí. To však zatím zřejmě nikdo nezkoumal.

S trochou nadsázky lze říct, že eukaryota jsou extremofilové nestálého prostředí a sexualita skvělou adaptací na něj. To vše velmi nahrává hypotézám okolo hluboké horké biosféry Thomase Golda, které umisťují původ života hluboko do litosféry.2) Pokud by se to potvrdilo, můžeme očekávat zajímavé důsledky. Například život na jiných planetách by mohl být častější, než bychom čekali. Projevoval by se však nejběžněji v podobě poněkud nudných pseudoprokaryot. Zůstává otázka, nakolik jedinečný je vznik sexuality a zda je podmíněn jen nestálostí prostředí. Zmíněné domněnky mohou působit velmi přitažlivě. Musíme však mít na paměti, že bez dalšího výzkumu pouhými domněnkami i zůstanou.

Poznámky

1) Případný zájemce se může dozvědět více o příslušných modelech genetické revoluce E. Mayra, genetické transilience A. Templetona a zamrzlé plasticity J. Flegra například v knize Zamrzlá evoluce (Academia, 2008) nebo v Biology Direct 5, 2, 2010. Punktuacionalistická evoluce má silnou podporu zejména v paleontologii, kde také byla poprvé pozorována (N. Eldredge a S. J. Gould).

2) Zajímavou polemiku s touto hypotézou napsal J. Lhotský (Vesmír 89, 53, 2010/1). Uvědomme si však, že (1) LUCA (poslední společný předek všeho života na Zemi) s velkou pravděpodobností nebyl první živý organismus, pouze poslední společný předek všech tří domén, a že (2) v litosféře je jistě mnoho zón s rozdílnými teplotami, takže život nemusel vzniknout v hypertermofilním prostředí. Stačila by „příjemně teplá“ oblast.

Ke stažení

OBORY A KLÍČOVÁ SLOVA: Evoluční biologie
RUBRIKA: Glosy

O autorovi

Jan Toman

Mgr. Jan Toman (*1988) je doktorandským studentem teoretické a evoluční biologie na Přírodovědecké fakultě Univerzity Karlovy v Praze. Zaměřuje se především na makroevoluční jevy, ale svými zájmy se dotýká i řady hraničních oborů včetně astrobiologie. Ve všech oborech svého zájmu se věnuje také popularizaci.
Toman Jan

Doporučujeme

Tajemná „Boží země“ Punt

Tajemná „Boží země“ Punt uzamčeno

Břetislav Vachala  |  4. 12. 2017
Mnoho vzácného zboží starověkého Egypta pocházelo z tajemného Puntu, kam Egypťané pořádali časté obchodní výpravy. Odkud jejich expedice...
Hmyz jako dokonalý létací stroj

Hmyz jako dokonalý létací stroj

Rudolf Dvořák  |  4. 12. 2017
Hmyz patří k nejdokonalejším a nejstarším letcům naší planety. Jeho letové schopnosti se vyvíjely přes 300 milionů let a předčí dovednosti všech...
Hranice svobody

Hranice svobody uzamčeno

Stefan Segi  |  4. 12. 2017
Podle listiny základních práv a svobod, která je integrovaná i v Ústavě ČR, jsou „svoboda projevu a právo na informace zaručeny“ a „cenzura je...

Předplatným pomůžete zajistit budoucnost Vesmíru

Tištěná i elektronická
verze časopisu
Digitální archiv
od roku 1994
Speciální nabídka
pro školy a studenty

 

Objednat předplatné