Evoluční bloudění a vzrůst komplexity

Zvyšuje se v průběhu evoluce složitost organismů? Při pohledu na tradiční evoluční stromy života je zřejmé, že v nejstarších dobách žily na Zemi organismy mnohem jednodušší než ty, které vznikly později. Je opravdu vzrůst komplexity inherentní vlastností evoluce? Jak vůbec definovat komplexitu?

Pohleďme nejdříve na definici komplexity. Není vůbec jednoduchá, třebaže nejčastěji komplexitu definujeme pomocí počtu genů v genomu, počtu buněčných typů anebo pomocí morfologie. Fyzik Charles H. Bennett ji dokonce definuje jako „to, co vzrůstá, pokud se samoorganizující systémy samy organizují“. Avšak samoorganizací vzniká organizovanost, ne automaticky komplexita. Vztah těchto dvou pojmů je komplikovaný, organizovanost není synonymem komplexity. Každopádně je těžké u vzrůstu komplexity argumentovat pro nebo proti, když nevíme, jak přesně komplexitu měřit.

Lákavé je snažit se o funkční a strukturní definici komplexity organismu pomocí komplexity jeho genomu. Tím otázku možná zpřehledníme, nicméně vztah komplexity genomu ke komplexitě na funkční a strukturní úrovni celého organismu není přímočarý. Výhodou genomů je skutečnost, že jejich komplexitu lze díky digitálnímu charakteru zápisu genetické informace měřit lépe než u celých organismů. Ale třebaže můžeme pozorovat jistou globální závislost vzrůstu komplexity na velikosti genomu, tato korelace neplatí zdaleka vždy. Ve hře je tzv. paradox hodnoty C (velikost genomu nekoreluje s komplexitou). V genomech existují mnohá hluchá místa a cesta od genu k funkci je složitá a křivolaká, navíc je odlišná u každého znaku organismu.

Nahoru a dolů

Je všeobecně přijímáno, že v průběhu evoluce docházelo k určitým kvalitativním skokům. Nejznámější je asi kniha Johna Maynarda Smithe a Eörse Szathmaryho The major transitions in evolution (1995), která popisuje některé evoluční přechody, jako například od prokaryot k eukaryotům, jednobuněčných k mnohobuněčným, vznik sexuality a podobně. O tom, že maximální komplexita se na úrovni vyšších taxonů v průběhu evoluce skutečně zvyšuje, není v odborné komunitě sporu.

Biologům je také dobře známo, že u řady organismů docházelo v evoluci k jejich zjednodušování, tedy k poklesu komplexity. Zejména v případě parazitů, kteří se vzdali mnoha funkcí, jež už nemuseli zajišťovat a udržovat sami, ale získávali je od svého hostitele. Toto zjednodušení parazitům následně umožnilo rychlejší reprodukci, produkci více potomstva, což je oproti konkurentům samozřejmě zvýhodňovalo. Podobné zjednodušování pod selekčním tlakem pozoroval již v roce 1965 molekulární biolog Sol Spiegelman, když ve zkumavce zkoumal evoluci bakteriofága Qβ, z jehož genomu, tvořeného RNA o délce 4500 nukleotidů, zbylo po 74 generacích jen krátké vazebné místo pro RNA replikázu (tzv. Spiegelmanovo monstrum).

Vzrůst komplexity v evoluci. V případě pasivního trendu vzrůstu komplexity (vlevo) vidíme na počátku evoluce života nízký vrchol počtu druhů s nízkou variabilitou komplexity, zatímco v průběhu evoluce je zřejmé nejen zvyšování vrcholu, tedy počtu druhů, ale také zvětšení šířky distribuce, tedy objevení se druhů s vyšší komplexitou. Pod určitou minimální komplexitu (zeď minimální komplexity) nemohou organismy jít, protože by nebyly funkční. V případě aktivního trendu (vpravo) lze pozorovat nejen zvyšování a rozšiřování distribuce, ale také posun celého vrcholu doprava, k vyšší komplexitě, v důsledku zde popsaných evolučních procesů.