Jak se dělá evoluce

Jan Zrzavý, David Storch, Stanislav Mihulka

Diverzita – část pátá

GALAPÁGY A AFRICKÁ JEZERA
Charles Darwin dorazil roku 1837 na Galapágy na své lodi Beagle a zjistil mimo jiné, že zde žijí tzv. zemní pěnkavy rodu Geospiza a několik příbuzných druhů. Ptáci byli očividně blízce příbuzní, ale každý druh měl jinak přizpůsobený zobák k získávání potravy. Dnes víme, že šlo o jednoho předka, který pocházel ze Střední či Jižní Ameriky zhruba před 2,3 miliony let, tedy v době, kdy v této oblasti probíhaly drastické klimatické změny a vznikala Panamská šíje.
Diverzita je snad nejnápadnějším rysem života na zemi. Můžeme ji pozorovat všude – od rozmanitosti molekulárních mechanismů zajišťujících životní funkce až po rozmanitost typů ekologických společenstev na zemském povrchu.

CO JE TO DRUH
Existuje několik desítek definic druhu, ale žádná z nich není úplně vyhovující. Pokud říkáme v evoluční biologii “druh”, myslíme tím jakousi nejmenší skupinu jedinců, kteří prošli společnou evolucí odděleni od ostatních druhů. Ale jak můžeme vědět, že to tak opravdu je? Jak poznáme, že skupina jedinců prošla evolucí oddělenou od jiné skupiny jedinců? Všechny tyto problémy se pokusil vyřešit zoolog Ernst Mayr, který na dlouhá desetiletí určil, jakým směrem půjde bádání o biodiverzitě. Podle něho je společná evoluce u sexuálně se rozmnožujících druhů je zajištěna výměnou genetické informace mezi nimi. Druh je potom taková skupina jedinců, kteří se mezi sebou mohou křížit a mají plodné potomstvo. Tato teorie je sice dobrá, ale ani ona nezahrnuje vše. Třeba zanedbává nepohlavně se rozmnožující organismy.
Mnohem větším problémem je ale to, že to často nelze aplikovat na reálné organismy, které v přírodě pozorujeme. Pokud totiž dva druhy žijí na úplně odlišných místech, tak je jasné, že se mezi sebou křížit nemohou, ale máme je tedy rovnou klasifikovat jako odlišné druhy? Je totiž možné, že pokud by překážka mezi nimi zmizela, tak by možná bez problémů splynuly. Takže to vypadá, že k určení, zda se jedná o dva druhy, potřebujeme laboratoř. Zde ale vystává další problém, neboť v laboratoři jde zkřížit kdeco. Tedy i druhy, které by se ve volné přírodě nikdy nekřížily. Problém je i v tom, že každý druh vykazuje jistou vnitrodruhovou variabilitu. Ve většině případů jde o pozvolné změny nějakého znaku napříč jeho areálem rozšíření (tygr směrem na sever je větší, světlejší a má menší tělní výrůstky). V praxi se tyto problémy řeší tak, že se za druhy považují ty skupiny jedinců, které se od sebe nějak liší, přesto že žijí sympatricky a mohou se setkávat. V poslední době se proto vžívá odlišné pojetí druhu, takzvaný fylogenetický druh. Jde o skupinu jedinců (různého věku a pohlaví) sdílejících určitý unikátní znak, který se u jiných jedinců nevyskytuje. V praxi to vede k tomu, že alopatrické populace, odlišené jen drobnými, zato unikátními znaky, se stávají samostatnými druhy.

DRUHOVÉ BOHATSTVÍ ZEMĚ
Je všeobecně známo, že se neví, kolik druhů žije na Zemi. Je jich popsáno asi 2 miliony a dlouho se považovalo, že jich celkem o moc víc není. Roku 1982 však entomolog Terry Erwin odhadl celkový počet druhů členovců na 30 milionů. Toto číslo by pak pravděpodobně představovalo i celkový počet všech druhů na Zemi, protože až do nedávna se předpokládalo, že většinu druhů tvoří právě členovci. Erwin k tomuto počtu došel tak, že postříkal 19 stromů v tropickém lese v Panamě insekticidem, následně spadané brouky sesbíral a poté už jen počítal. Následovalo 20 let dohadů, dokud se jeho výzkum nepodařilo ověřit. To se povedlo ekologické stanici v Nagadě na severním pobřeží Papuy-Nové Guineje, kterou řídí Češi. Ukázalo se, že jeho odhady byly velmi přehnané, protože některý hmyz, který on počítal, tak jen korunami stromů prolétal a plno dalších věcí. Nakonec se ukázalo, že se jedná asi o 4 až 6 milionů druhů suchozemských členovců. Poslední dobou se ale objevily názory, že členovci nejsou nejpočetnější druh organismů, ale jsou jím hlístice. O nich bohužel ale nevíme skoro nic, a tak nemůžeme s jistotou říct, zda je to pravda. Obecně ale platí, že čím menší je organismus, tím méně druhů u něj známe.
To vše platí pro pohlavně se rozmnožující eukaryotní organismy, u nichž jsme schopni vůbec druhy rozlišovat. U nepohlavně se rozmnožujících organismů jako jsou různé skupiny bakterií, určujeme druhy jen podle povrchních kritérií. Navíc narážíme na další problém a to, že se o existenci takových druhů skoro nemůžeme dozvědět. Dají se zkoumat až tehdy, pokud se nám je podaří kultivovat v laboratoři. To ale není vůbec lehké a u mnoha druhů nám to nejde. Zajímavé je, že například v 1 gramu půdy se nachází 4 000-5 000 druhů mikroorganismů.
Naše hluboká neznalost skutečného složení zemské biodiverzity však netkví jen v neznalosti počtu druhů. Druhy jsou také různě staré a tím pádem různě „cenné“ pro poznání světa. Pokud například zjistíme, že bodlíni a zlatokrti nejsou příbuzní ježků a krtků, ale slonů, tak zjistíme, že diverzita savců je větší, než jsme čekali bez toho, abychom museli objevit nový druh.

JAK JSOU DRUHY VZÁJEMNĚ ODDĚLENY
Druhy jsou soubory jedinců, jejichž společná evoluce je zajištěna vzájemným křížením, tedy předáváním genetické informace z jedince na jedince. K reprodukční izolaci mezi jedinci může dojít mnoha způsoby. Jedinci se musí potkat, rozpoznat se jako příslušníci stejného druhu a opačného pohlaví, jejich chování musí směřovat ke kopulaci. Kopulace také musí být mechanicky uskutečnitelná, neboť každý druh má jinak tvarované genitálie. Pokud je špatná komunikace mezi spermií a vajíčkem nebo pokud vajíčko odmítne spermii, tak také nedojde k oplození. Pokud už k oplození dojde, tak stále není vyhráno, protože zygota může zahynout, špatně se vyvíjet, či vzniklí hybridi jsou málo životaschopní nebo sterilní. K hybridizaci dochází velmi často u rostlin (například invazní druhy). Takové rostliny poté mají hybridní chromozomovou sadu, kterou nelze rozdělit na poloviny, ale když se udělá její dvojnásobek, čtyřnásobek nebo dokonce osminásobek, tak už rozdělit jde snadno. Jenomže i toto má háček a to, že se takto vzniklý hybrid nemůže křížit s obyčejnými (nehybridizovanými) rostlinami, ale zase jenom s hybridy. Rostliny ale zároveň mohou využívat i vegetativní rozmnožování a tím vzniká velké množství „nových druhů“ (jenom pampelišek je asi 100 druhů).
U alopatrické speciace je nejdůležitější geografická izolace populací. Například když jejich teritorium rozdělí moře a když se pak jedinci po nějaké době zase potkají, tak už se mezi sebou nemohou rozmnožovat. Druhým způsobem je speciace sympatrická, kdy se daný druh specializuje na nějaké využívání zdrojů více vzájemně neslučitelnými způsoby. Není to tak jednoduché jako předchozí případ, protože se ještě musí zajistit, aby se různě specializovaní jedinci mezi sebou nekřížili, když jejich rozdíly ještě nejsou tak velké.

JAK DOKONČIT SPEClACI
Je jasné, že by bylo lepší křížení druhů, pokud vznikají sterilní či málo životaschopní jedinci, zabránit, poněvadž se pak zbytečně plýtvá energií a samičími gametami. Evoluční problém tedy nepředstavují hybridi samotní, ale jejich rodiče, jelikož si špatně vybrali svého partnera. U některých druhů se vyhýbání se škodlivému křížení již prokázalo. Například u lejsků černohlavých jsou samci běžně velmi kontrastně zbavení (lákají tím samičky), ale na některých místech žiji i šedě zbarvení jedinci. Ve střední Evropě žije jim velmi podobný druh (také velmi kontrastně zbarvení samci) – lejsek bělokrký. V případě, že se tyto dva druhy mezi sebou zkříží, tak samice, co se vylíhnou, jsou neplodné. A proto tam, kde se jejich areály rozšíření překrývají, tak si samičky lejska černohlavého vybírají šedavě zbarvené samce, kteří nejsou tak výrazní, a u kterých mají jistotu, že jsou jejich druhu. Je to jediný spolehlivě dokumentovaný příklad, kdy pohlavní výběr vedl k vytvoření méně nápadnému zbarvení.

GEOGRAFICKÁ IZOLACE A ROZPAD DRUHŮ
Jisté je, že geografická izolace skutečně napomáhá zrodu nových druhů, a to téměř bez výjimky. Na dostatečné izolovaných místech nacházíme druhy endemické, které se nevyskytují nikde jinde. Areály rozšíření většiny druhů nikdy nejsou zcela kompletní, některá místa zůstávají vždy neosídlena. Právě v těchto periferních oblastech by měly nové druhy vznikat nejčastěji – populace zde jsou malé, a navíc jsou vystaveny jiným podmínkám. Problém je v tom, že není jednoduché zjistit, jestli tak nové druhy opravdu vznikají. Pokud blízce příbuzné druhy mají vzájemně se nepřekrývající areály rozšíření, tak to poukazuje na alopatrickou speciaci, pokud ale blízcí příbuzní žijí u sebe, tak jde nespíš o sympatrickou speciaci. Ukázalo se, že většina druhů vznikla alopatrickou speciací, ale existují vůbec nějaké doklady sympatrické speciace? Ukázalo se, že v jednom kamerunském jezeře žije devět druhů cichlid, které patrně vznikly ze společného předka až v tomto jezeře a nenamigrovaly tam zvenčí.

Kateřina Němečková