Teorie evoluce
Tento příspěvek nese název Teorie evoluce. Většina z nás, kteří si tento nadpis přečteme, jej pochopíme v jednotném čísle. Mým záměrem však bylo vytvořit souhrnný článek přehledu evolučních teorií. Tímto provokativním názvem chci ukázat, že evoluční teorie není jen jedna, ale že jich je několik, a že slovo teorie má ve vědeckém výkladu odlišný význam než jaký známe z hovorové řeči. V diskusích se často setkáme s argumentačním faulem: "je to jen teorie". Vyřčením této věty dáváme najevo, že plně nerozumíme výkladu slova teorie. Ostatně, nikdy jsem se nesetkal s větou "je to jen hypotéza". Ve vědě se termín teorie užívá v souvislosti s vůbec nejlépe vysvětlenými jevy - je to soubor základních myšlenek (hypotéz) snažících se jednoduše, ale co nejvýstižněji popsat nějaký jev, případně nějaký jev předpovědět. Hypotéza je následně podrobena opakovanému prověřování nejen ze strany autorů, ale i ze stran dalších odborníků na dané téma. Pokud hypotéza odpovídá pozorování, výpočtům či experimentům, stává se z ní teorie. Z nejlépe prověřených hypotéz se stávají teorie. Jsou to tedy vůbec nejlépe prověřené myšlenky doplněné výpočty, pozorováním a případně i experimenty. Příkladem teorií může být právě teorie evoluce, heliocentrismu, (speciální a obecná) teorie relativity, teorie gravitace, desková tektonika, teorie chorob a podobně. Jak v dalších odstavcích zjistíme, teorie mohou být s příchodem pokročilejších vědeckých metod dále upřesňovány. Tak jako byly Newtonovy pohybové zákony doplněny speciální teorií relativity pro rychlosti blízké rychlosti světla. Základní myšlenka, kterou vybudoval Isaac Newton, však platí. Teorie jsou tedy neustále vylepšovány.
Život na Zemi je nesmírně rozmanitý a vděčíme za to evoluci. Biologická evoluce je jev, který se týká živých organismů. Pozorujeme, že potomek se od svého nejbližšího přímého předka v něčem odlišuje. O tom, že evoluce proběhla již několik desítek let žádný biolog ani paleontolog nepochybuje. K dispozici máme doklady geologické (paleontologie) i biologické (genetika). Otázkou diskusí ovšem zůstává, jak přesně evoluce probíhá a proč. Myšlenkou evoluce je znám především Charles Darwin. Nebyl však zdaleka prvním, kdo o biologické evoluci uvažoval. Mezi prvními takovými mysliteli byli starověcí Řekové Anaximandros a Aristoteles. Domnívali se, že organismy na Zemi se vyvíjely postupně. Ještě před Darwinem se objevila myšlenka nazývaná transformismus (lamarckismus). Vypracoval ji Jean-Baptiste Lamarck. Evoluci života si vysvětloval tak, že živý organismus pociťuje změny v prostředí, vlastní silou se snaží na tyto změny přizpůsobit a získané vlastnosti jsou dědičné. Ještě za života Lamarcka přišel Alfred Russel Wallace s myšlenkou evolucionismu. Poprvé se objevila myšlenka přírodního výběru, která platí dodnes.
Charles Darwin v té době začal sepisovat své důkazy, které objevil na dobrodružných výpravách na lodi HMS Beagle, se kterou se pět let plavil po mořích a oceánech a shromažďoval fosilní i biologické důkazy. V roce 1835 se vydal na Galapágy, vulkanické ostrovy mladší než 5 milionů let. Byl překvapen tím, že ostrovy jsou obydleny podobnou faunou a flórou jako Jižní Amerika. Ovšem nalezl zde i endemické druhy, které nežijí nikde jinde na světě. Nejnázornějším příkladem jsou tzv. Darwinovy pěnkavy. Ostrovy obývá několik druhů pěnkav, z nichž každý druh se liší velikostí a tvarem zobáku - podle toho, čím se živí. Pěnkavy s mohutnějším zobákem jsou schopny rozlousknout větší ořechy než ty s menším zobákem. Pěnkavy s úzkým a dlouhým zobákem se zase živí hmyzem. Každý ostrov je však mírně odlišný - mají různou topografii a rostou na nich různé plodiny. Darwin se prve domníval, že se jedná o vzdáleně příbuzné druhy pěnkav. Moderní výzkumy ukázaly, že pěnkavy obývající Galapágy jsou si vzájemně blíže příbuzné než vzhledem ke všem zbylým druhům pěnkav na Zemi. Galapágy musely být nejprve obydleny jedním druhem, který obydlel i další ostrovy, přizpůsobil se zvláštním podmínkám na těchto ostrovech a osamostatnil se zde jako nový druh. Každý druh pěnkavy má nejen odlišný zobák a jídelníček, ale i jinou velikost, zpívá jiné melodie a s ostatními druhy na ostrovech se nerozmnožuje. Jedná se o typický příklad jednoho biologického druhu, jenž se adaptoval na specifické životní podmínky a rozštěpil se na několik dílčích a samostatných biologických druhů.
Ilustrace různých druhů pěnkav lišících se tvarem a velikostí zobáku (Darwin 1845, p. 379).
Darwin ve své knize o původu druhů uvedl, že druhy se mění především vlivem přírodního výběru (darwinismus) a evolují pomalu a postupně (gradualismus). Byl si vědom toho, že k evoluci druhů mohou vést i další cesty. Richard Goldschmidt nebyl zastáncem tohoto přístupu. Byl názoru, že evoluce probíhá skokovitě (saltacismus). Myšlenka saltacismu byla přijata většinou paleontologů, protože fosilní záznam často ukazuje náhlé objevení druhů. Zastánci gradualismu tradičně oponovali tím, že fosilní záznam je děravý. V novějších pracích se dále objevovaly teorie, které se snažily myšlenku darwinismu (v níž je hlavním tahounem evoluce přirozený výběr) podepřít novými poznatky učiněnými na poli genetiky a populační biologie. Vznikl tak neodarwinismus, který však nedokázal plně a jednotně vysvětlit vývoj života. Ukázalo se, že je nutné doplnit naše představy o další mechanismy, které k evoluci vedou.
"Darwinismus (na rozdíl od lamarckismu) na první pohled nepřikládá žádný evoluční vliv chování (preferenci, přání, volbě) individuálního organismu. Takový dojem je však povrchní. Každá inovace chování u individuálních organismů mění vztah mezi organismem a prostředím: vede organismus k přijetí nebo vytvoření nového ekologického prostředí. To však obsahuje nové selekční tlaky příznačné pro toto zvolené prostředí. Organismus si proto svým jednáním a svými preferencemi částečně volí selekční tlaky, které na něj a na jeho potomky budou působit. Může takto aktivně ovlivnit směr, kterým se adaptace bude ubírat."
Karl Raimund Popper
Leigh Van Valen vypracoval teorii červené královny. Byla pojmenována podle slov Červené královny z knihy Za zrcadlem a co tam Alenka našla: "nyní běžíš, abys zůstala na stejném místě". Tato slova se vztahují k evoluci druhů, kdy všechny druhy jsou nuceny běžet (jsou nuceny k evoluci), aby byly schopny udržet krok s jejich konkurenty. "Gazela musí být rychlejší než gepard". Teorii červené královny dále propracoval Matt Ridley, který vyzdvihl roli selekčního tlaku vyvíjeného sexuálním výběrem a parazitů, kteří evolují rychleji než jejich hostitelé a kladou na ně rovněž velký tlak.
"Gazela nemusí být rychlejší než gepard. Stačí, když bude rychlejší než ostatní gazely."
Matt Ridley
John Maynard Smith byl názoru, že dostatečně složité systémy směřují ke stabilitě, a že adaptace druhu není ovlivňována tím, jak ovlivňuje zdatnost druhu (oponoval darwinismu). Jakmile v populaci daného druhu převládne konkrétní strategie, již nemůže být vytěsněna žádnou jinou strategií (evolučně stabilní strategie). Myšlenku dále rozvinul Richard Dawkins. podle nějž v evoluci nedochází k soupeření jedinců o zdroje ani o rychlé množení, ale o soutěž mutací jednotlivých genů o to, která se předá v co největším počtu do dalších generací (teorie sobeckého genu). Jen někdy je toto soutěžení totožné se soutěží o co největší zdatnost jedinců daného druhu. Genetika nám dnes napovídá, že nedochází ani k darwinistickému přirozenému výběru ani k dawkinsovské selekci mutací.
Ve fosilním záznamu pozorujeme střídání období bez významných změn s obdobími výrazných zvratů. Na základě toho formulovali Stephen Jay Gould a Niles Eldredge teorii přerušené rovnováhy. Jaroslav Flegr tuto teorii spojil s teorií evolučně stabilních strategií a formuloval teorii zamrzlé plasticity, podle které přírodní výběr platí pouze na počátku existence druhu (v jeho plastickém stádiu) s tím, že po evolučně krátké době se druh přestane vyvíjet. Evoluce tedy probíhá ve dvou etapách: v etapě "evolučního vzryvu" a "evoluční stáze".
"Pohlavně se rozmnožující druhy jsou evolučně plastické pouze v první etapě své existence. Důsledkem je vznik složité sítě vzájemně propojených a vzájemně se podmiňujících evolučně stabilních strategií schopných udržovat druh dlouhodobě ve stavu jakéhosi evolučního zamrznutí. V historii druhů, které vznikly z malé zakladatelské populace, se tak vystřídají dvě období: poměrně velmi krátké období evoluční plasticity, v němž druh může měnit své vlastnosti v odpověď na selekční tlaky prostředí a vytvářet například nové účelné tělesné orgány a nové účelné vzorce chování, a následné velmi dlouhé období zamrzlé plasticity, během kterého může druh pouze dočasně a velmi omezeně odpovídat na selekční tlaky, a v podstatě tak pasivně čeká na okamžik, kdy výrazná změna podmínek jeho životního prostředí způsobí jeho vymření."
Jaroslav Flegr (2006): Zamrzlá evoluce aneb je to jinak, pane Darwin (upraveno)
Evoluce se netýká pouze drobných úprav již existujících struktur. Evoluce dokáže vytvořit i struktury zcela nové. Některými z nejlépe prostudovaných evolučních kroků byly přechod rybovitých obratlovců z vody na souš (vznik čtyřnožců), vznik křídel u teropodních dinosaurů (vznik ptáků), přechod obratlovců ze souše zpět do vody (vznik kytovců) a vznik hominidů, primátů chodících po dvou nohou. Všechny tyto velké evoluční skoky jsou ve skutečnosti série menších evolučních krůčků. Darwin předpovídal, že všechny žijící druhy na Zemi mají jednoho společného předka. V jeho době však nebyly známy přechodné články mezi rybami a plazy nebo mezi dinosaury a ptáky. Ty byly nalezeny až mnohem později. A ukázaly nám, že některé znaky, které u žijících obratlovců dnes vidíme, nedokládají blízkou příbuznost mezi dvěma druhy.
"Zvláštní cestou evoluce je schopnost bioluminiscence. Bioluminiscencí disponují nejen světlušky, ale i mnozí další živočichové, některé houby, rostliny, protisté i bakterie. Vyvinula se u nich nezávisle na sobě (nedělá je blízkými přibuznými). U ryb se vyvinula celkem dvacetosmkrát. Přijde mi úžasné, že druhy světélkujících ryb vůbec existují. Vždyť to poslední, co byste si v hluboké temnotě přáli, je být na očích všem svým predátorům. Přesto se tato vlastnost rozšířila na další generace ryb, které zakládaly populace nových světélkujících druhů. Domnívám se, že bioluminescence umožnila těmto druhům ryb se ve tmě snáze najít, komunikovat spolu a rozmnožit se ve velkém počtu; stala se evoluční výhodou."
Z tohoto pohledu rozlišujeme znaky zděděné (homologické, apomorfní) a znaky nezděděné (analogické, plesiomorfní). Zděděným znakem může být například stavba končetin, která u všech obratlovců respektuje následující pravidlo: jedna kost, dvě kosti, drobné kůstky a článkované prsty. Tento znak najdeme u suchozemských obratlovců, u všech ptačích i netopýřích křídel i u savců, kteří se přizpůsobili životu pod vodou - kytovců. Do určité míry platí i u ryb - protože vznikal právě přeměnou rybích ploutví. Předkem všech suchozemských obratlovců (i některých vodních) jsou lalokoploutvé ryby. Po objevu moderních metod molekulární biologie, které nám umožnily porovnat míru příbuznosti mezi žijícími druhy, získaly tyto neuvěřitelně působící názory ještě pevnější oporu, dnes o nich již nikdo nepochybuje.
Bohužel, setkáme se i s analogickými (plesiomorfními) znaky, které se nám snaží namluvit, že některé organismy jsou si blízce příbuzné. Při pohledu na hydrodynamická těla žraloků a delfínů bychom se například mohli domnívat, že se jedná o blízké příbuzné ryboještěrů (ichthyosaurů). Podobný hydrodynamický tvar těla se však u těchto živočichů vyvíjel nezávisle na sobě, jako důsledek adaptace na vodní prostředí. Hydrodynamický tvar těla je pro ně výhodný, protože nemusejí vynakládat tolik energie k plavání. Vyvinul se u mnoha skupin živočichů skrze paralelní nebo konvergentní evoluci (paralelní pokud jejich nejbližší společný předek tímto znakem disponoval, konvergentní pokud nedisponoval). Ichthyosauři jsou dávno vyhynulou skupinou, která není blízce příbuzná prehistorické skupině žraloků ani moderních delfínů. Jejich nejbližším společným předkem byl jistě obratlovec uzpůsobený životu ve vodě, který hydrodynamickým tvarem těla disponoval. Pokud u několika organismů najdeme týž apomorfní znak, označujeme jej jako synapomorfní - jsou významné z hlediska hledání příbuznosti mezi různými skupinami organismů.
Podobně bychom mohli uvažovat o tom, že motýli a ptáci jsou příbuzní, protože mají křídla. Křídla jsou však znakem, který představuje pouze funkční analogii - křídla motýlů i křídla ptáků plní obdobnou funkci (umožňují létání), ale křídla hmyzu a křídla ptáků jsou od začátku budována zcela odlišným způsobem. Podobnost mezi některými organismy může být také speciální obrannou adaptací - typickým příkladem jsou gekoni z Madagaskaru, kteří mají dokonalé mimikry napodobující některé lišejníky, což se těmto plazům lezoucích po stromech velice hodí. A nemůžeme vyloučit, že některé podobnosti mezi některými organismy mohou být spíše dílem náhody. Například kresba na křídlech některých motýlů připomínající oči velkých zvířat mohou být spíše důsledkem přírodního výběru (kdy jejich predátor přednostně požíral motýly bez takové kresby, pokud se jí obával). A nebo mohou být spíše dílem náhody.
Doporučená literatura
- Darwin, C. (1845): Journal of Researches into the Natural History and Geology of the countries visited during the voyage of H.M.S. Beagle round the world. London.
- Flegr, J. (2006): Zamrzlá evoluce aneb je to jinak, pane Darwin. Academia, Praha.
