06.02.2014-10:00:00   |   Dušan Valent
#Evolúcia
#Živá príroda

Časť prvá: Problém druhu

Už prví prírodovedci si všimli, že v prírode prirodzene existujú zoskupenia zvierat a rastlín, ktorých jedinci sa navzájom podobajú viac ako so zástupcami iných takýchto zoskupení. Zrodil sa akýsi „ľudový“ koncept druhu. Tieto prvotné predstavy o povahe druhov sa zakladali na dvoch skutočnostiach: po prvé, na zlúčiteľnosti pri rozmnožovaní – mačky môžu mať plodných potomkov iba s mačkami (nie s veľrybami, komármi alebo pijavicami) a vždy plodia mačky (nie veľryby, komáre alebo pijavice); po druhé, od ostatných druhov ich delí akási medzera v premenlivosti – mačky môžu byť rozmanité, ale nevidíme jedince či populácie, ktoré by postupne prechádzali napríklad v levy, tigre alebo iné „nemačky“. Výskumy však ukázali, že niektoré z týchto pozorovaní boli len zdania a že problematika druhov nie je zďaleka taká jasná a jednoduchá, ako by sa na základe definícií mohlo zdať. Na vine je evolúcia.



Bez reprodukčnej izolácie


-

Opatrnejšia súčasná definícia (platná pre pohlavne sa rozmnožujúce organizmy) považuje druh za zoskupenie populácií, ktoré sú reprodukčne izolované od ostatných a v prírode zaberajú špecifickú ekologickú niku. Nemožnosť úspešného kríženia – najvyššiu formu reprodukčnej izolácie - neobsahuje. Zistilo sa totiž, že neschopnosť privádzať na svet plodné potomstvo síce dokazuje druhovú odlišnosť, no nie jej podmienkou. Nevyskytuje sa ani u mnohých tradične rozoznávaných druhov, ako sú napríklad vlky a kojoty, ktoré sa v prírode príležitostne úspešne krížia. Krížence však nenarušujú celistvosť týchto druhov, lebo nie sú úspešné ani v jednej z ekologických ník rodičovských druhov. Rovnako sú na tom druhy paviánov. Hoci podľa molekulárnych výskumov existujú samostatne takmer 4 milióny rokov, na miestach, kde sa ich výskyt prekrýva, sa krížia a na svet privádzajú zdravé, plodné krížence. Ani celistvosť týchto druhov nie je narušená, pretože gény znamenajúce výhodu v prirodzenom prostredí jedného druhu často znamenajú nevýhodu pre populáciu žijúcu v odlišnom type prostredia. A posledný príklad: bizóny sa môžu úspešne krížiť s dobytkom. Z takéhoto kríženia síce obvykle vzídu neplodné samce, ale takmer vždy plodné samice. Rôzna úroveň reprodukčnej izolácie znamená, že druhy nie sú nevyhnutne ostro vyhranené, a poukazuje, že existujú rôzne medzistupne medzi celkom vyhranenými, starými druhmi, a mladými druhmi, ktoré sa ešte celkom neoddelili od svojich predkov.



Nesúďte druhy podľa vzhľadu

Okrem nevyhnutnosti úplnej reprodukčnej izolácie tradičné definície druhu precenili aj vonkajšie odlišnosti. Výskumy na motýľoch, iskerníkoch, voškách, niektorých rybách a vtákoch ukazujú, že rozdiely medzi blízkymi druhmi väčšinou nie sú väčšie, než rozdiely medzi prirodzene sa vyskytujúcimi variáciami v rámci druhov. Výsledkom je niekedy kuriózna situácia. Mnohé ako vajce vajcu podobné druhy sa navzájom nedokážu úspešne krížiť, no naproti tomu navonok výrazne odlišné plemená psov privádzajú na svet plodných potomkov. Výrazné vonkajšie rozdiely nevyhnutne neindikujú veľké genetické rozdiely, a tak nie sú pre vznik druhov nevyhnutné (fyzicky mimoriadne odlišné psie plemená sú navzájom geneticky oveľa podobnejšie ako dva sesterské druhy, aj keď vyzerajú prakticky identicky).

Časť druhá: Vznikajúce druhy

Úplné počiatky


V divočine možno naraziť na novovznikajúce druhy vo všetkých štádiách vzniku, aj celkom zárodočných. Napríklad severoamerická mucha Rhagoletis pomonella až do príchodu Európanov obmedzovala svoj výskyt aj jedálničiek iba na hlohy. Vďaka privezeným jabloniam sa jej však začiatkom 19. storočia takpovediac na podnose ponúkol nový typ potravy. Niektoré muchy si všimli, že sa s ňou dokážu vysporiadať. Odštiepenie novej populácie a jej izolovanie zakrátko umožnila skutočnosť, že táto mucha sa spravidla rozmnožuje iba na stromoch, na ktorých sa vyliahla. Vďaka prirodzenej variácii v tomto sklone sa však hŕstka jedincov odhodlala rozmnožovať na jabloniach. Keďže väčšina ostatných jedincov tak neurobila, nová populácia sa stala reprodukčne izolovaná od materskej, hoci ju od nej miestami delilo iba pár desiatok centimetrov. Ako sa podarilo zistiť, oba typy v súčasnosti odlišuje aj rozličná rýchlosť dospievania a inak načasované obdobie rozmnožovania, prispôsobené obdobiu zretia ich potravy. A keď sa genetici koncom minulého storočia pozreli na ich DNA, zistili prítomnosť rozdielov. Nepochybne, zástupcovia tejto muchy sa vydali na dlhú cestu vedúcu k vznik nového druhu.



U hmyzožravého monarcha z druhu Monarcha castaneiventris zo Šalamúnových ostrovov sa stal príčinou oddelenia časti populácie vzhľad. Mutácia, ktorá sa pôvodne vyskytla iba u jedného vtáka a neskôr sa rozšírila u jeho potomkov, spôsobila vznik úplne čiernych jedincov, kým zostatok populácie si zachoval gaštanovo sfarbené bruchá. Hoci sú členovia pôvodnej aj zmutovanej formy naďalej schopní priniesť v divočine na svet životaschopné potomstvo, zástupcovia jednej skupiny považujú zástupcov tej druhej za cudzích. Agresívne teritoriálne samce si vôbec nevšímajú, keď im na ich teritórium vkročí sok z inej farebnej skupiny.

Reprodukčná izolácia čiernym monarchom aj jablká obľubujúcim muchám bráni v krížení so zástupcami materskej populácie, čo im umožní postupne si hromadiť rôzne mutácie, zväčša neutrálne ohľadom prežitia v divočine, ale viac a viac odlišujúce ich DNA. V konečnom dôsledku im tieto zmeny znemožnia úspešne sa rozmnožovať s členmi materskej populácie, čím sa zavŕši vznik nového, celkom vyhraneného druhu.

O krok ďalej


-


Podstatne viac pokročila evolúcia kosatiek dravých. Biológovia tradične rozoznávajúci iba kosatku dravú si všimli, že niektoré populácie sa od ostatných odlišujú sfarbením, správaním, zvukovými prejavmi, prostredím výskytu aj výberom potravy. Ak sa výskyt niektorých z nich prekrýva, navzájom sa vyhýbajú, pričom podľa molekulárnych analýz sa navzájom nekrížili tisíce rokov. Z piatich rozpoznaných podtypov kosatiek dravých zostáva stále neisté, ktoré možno považovať za samostatné druhy. Analýzy mitochondriálnej DNA naznačujú, že samostatnými druhmi by mohli byť prinajmenšom dva typy obývajúce vody v oblasti Antarktídy a jeden severopacifický typ otvoreného oceánu.

Prstencové druhy

Azda najnázornejšie demonštrujú evolúciu v akcii tzv. prstencové druhy, teda druhy, ktorých areál výskytu obkolesuje nejakú ekologickú alebo geografickú prekážku a preto pripomína prsteň. Susedné populácie sa bez problémov navzájom krížia, no tie vzdialené sa správajú ako osobitné druhy, pretože sú navzájom reprodukčne nekompatibilné.


-

Ukážkovým prípadom prstencových druhov je kalifornská salamandra Ensatina eschscholtzii. Odlišnosti v DNA, enzýmoch, sfarbení a správaní svedčia o tom, že sa na rôznej úrovni zavŕšenia mení na nový druh hneď v siedmich ohniskách. Dva z týchto „poddruhov“ majú výrazne odlišné DNA a navzájom sa nekrížia. Napriek tomu, že by mohlo ísť o osobitné druhy, navzájom ich spájajú, tak ako si to definícia prstencového druhu vyžaduje, prechodné populácie.



Podobnú situáciu badať u kolibkárov zelených zo severnej Ázie a východnej Európy. Na Sibíri vznikli dva typy týchto vtákov, východný a západný, ktoré sa na úzkom prekryve populácií nekrížia. Okrem toho lákajú samičky na odlišné piesne a zdobí ich odlišné sfarbenie. Samce navyše vôbec nereagujú na piesne samcov druhého typu, ale agresívne reagujú na piesne členov vlastného. Napriek vzájomným odlišnostiam na úrovni osobitných druhov, oba typy na juhu prepája séria po stránke vzhľadu aj správania prechodných populácií, ktorých areál výskytu obklopuje Tibetskú náhornú plošinu.

Raketová evolúcia
Napriek široko rozšírenej mienke, že evolúcia prebieha pomaly, v skutočnosti niekedy postupuje dramaticky rýchlo. Demonštruje to napríklad populácia myší zavlečená na ostrov Madeira iba pred 500 rokmi. Za ten čas tu vzniklo šesť osobitných druhov, u ktorých došlo celkom ku deviatim chromozómovým fúziám (spojeniu dvoch chromozómov) – tieto druhy myší tak majú od 22 do 30 chromozómov. Pritom jediná, áno, jedna jediná chromozómová fúzia je najvýraznejšou genetickou odlišnosťou, ktorá človeka odlišuje od šimpanzov.


-

Dych vyrážajúce zmeny nastali u jašterie ruinovej, ktorých ani nie tucet sa v roku 1971 dostal na chorvátsky ostrov Mrčara. Jašterice sa tu rýchlo rozmnožili a prispôsobili miestnym podmienkam: viac nie sú všežravcami, ale bylinožravcami. Zmeny v stravovacích zvyklostiach zrejme nepriamo, prostredníctvom prírodného výberu, vyvolali relatívne zväčšenia hlavy týchto zvierat a väčšiu silu žuvacích svalov, čo sú kľúčové adaptácie pre konzumáciu tuhej listovej potravy. Podarilo sa pozorovať aj pomerne veľkú adaptáciu, vznik svalových prepážok, ktoré rozdeľujú časti hrubého čreva a spomaľujú priechod potravy útrobami zvieraťa. Takto majú črevá viac času na trávenie málo výživnej rastlinnej potravy a sú schopné z nej vydolovať viac živín. Došlo aj k zmenám v správaní. Menši ostrovný priestor zvýšil populačnú hustotu, čo malo za následok opustenie teritoriálneho spôsobu života. Všetky tieto zmeny sa odohrali za menej ako 40 rokov!

Zdá sa, že rapídna evolúcia je vcelku bežným javom u novopríchodzých či invazívnych druhov. Evolučné zmeny sa vtedy v prípade niektorých znakov podarilo pozorovať v priebehu menej ako 10 rokov!

Druhy zo skúmavky

Nové druhy už vznikli aj rukou človeka, napríklad zdomácnením, ako v prípade psa alebo ovce. Za oveľa kratšiu dobu sa podarilo dosiahnuť vznik nových druhov v laboratóriu, a to predovšetkým pri laboratórnych muškách octomilkách. Umelý výber zameraný na uprednostňovanie istých vlastností u partnera pre párenie octomilky z druhu Drosophila paulistorum napríklad medzi rokmi 1958 a 1963 vyústil do vzniku dvoch populácií, ktoré navzájom prejavovali sterilitu samčích potomkov, teda úroveň reprodukčnej izolácie na úrovni bizónov a dobytka! Octomilky aj vo voľnej prírode demonštrujú realitu evolúcie – patrí medzi ne paleta druhov s rozličnou úrovňou reprodukčnej izolácie.

Výraznú zmenu v páriacom správaní sa podarilo dosiahnuť iba po 15 generáciách chrobáka potemníka hnedého. Pomocou selektívneho výberu najťažších a najľahších kukiel pre ďalšie párenie sa dosiahlo, že vo dvoch zo štyroch experimentálnych populáciách si veľké, respektíve malé chrobáky za tento čas vyvinuli preferenciu pre párenie iba s veľkostným typom, do ktorého patrili. Inými slovami, dosiahlo sa najranejšie štádium reprodukčnej izolácie, a teda prvý krok ku vzniku nového druhu.

Mikro vs. makro

Pri prezentovaní zaznamenaných prípadov evolúcie sa niekedy objavuje námietka, že ide iba o prípady „malej“ evolúcie, mikroevolúcie, a nie evolúcie vo veľkom merítku, tzv. makroevolúcie. Takáto argumentácia je celkom chybná. Po prvé, makroevolúcia nie je podľa väčšiny biológov obvykle nič iné ako nakopenie viacerých mikroevolučných zmien. Po druhé, mikroevolúcia znamená vývoj v rámci druhu, vznik nových druhov už predstavuje makroevolúciu.

Ďalšie príklady

  • Domestikáciou nevznikli len nové druhy zvierat. Zo 40 najvýznamnejších poľnohospodárskych druhov kultúrnych plodín možno šesť až osem druhov považovať za celkom nových.

  • Komár piskľavý (Culex pipiens) sa prispôsobil na prostredie londýnskeho metra. Táto podzemná populácia sa viac nemôže krížiť s nadzemnou.

  • Fragmentácia lesného biotopu v strednej Amerike zrejme zapríčinila, že šidielko z druhu Megaloprepus caerulatus sa rozdelilo na niekoľko samostatných druhov.

  • Invázna ryba pichľavka siná (Gasterosteus aculeatus) prenikla do Bodamského jazera vo Švajčiarsku len približne pred 150 rokmi. Za tento kratučký čas sa v populácii objavili dva typy: väčší obyvatelia vôd samotného jazera s dlhšími pichliačmi a lepším pancierom a menší, menej pichľaví obyvatelia jeho prítokov. A hoci sa zástupcovia oboch typov rozmnožujú v tých istých tokoch a v rovnakom čase, výskumy zistili, že napriek občasnému kríženiu sa medzi nimi vyvinuli genetické rozdiely indikujúce, že ide o vznikajúce nové druhy.




  • Ak sa Vám dôkazov evolúcie v akcii napriek tomu máli, v druhom pokračovaní seriálu prinášame impozantné príklady prebiehajúcich "makro" zmien zo súčasnosti, a napokon, v treťom pokračovaní, evolučné medzičlánky z fosílneho záznamu, ktorých telesná stavba premosťuje dnes od seba výrazne odlišné živočíšne skupiny.
    -

    Výber z použitej literatúry:
    Dawkins, R.: The Greatest Show on Earth. Free Press, 2009.
    Futuyama, D.: Evolution (2. vydanie). Sinauer Associates Inc., 2009.
    Gould, S.J.: The Structure of Evolutionary Theory. Belknap Press of Harvard University Press, 2002.

    Príspevok je úryvkom z článku Meniaca sa divočina: Evolúcia v akcii, ktorý vyšiel v magazíne GoldMAN.

    Text bol doplnený a aktualizovaný, posledná aktualizácia 9. 9. 2016.

    Obrázky: http://www.vce.bioninja.com.au/, commons.wikimedia.org, www.biomedcentral.com, http://antarcticsun.usap.gov
    Páčia sa Vám naše články? Podporte nás

    Zdieľajte článok






    Za podporu ďakujeme

    Pridať e-mail