Jeden z hlavních evolučních procesů - přirozený výběr - se odvíjí přímo před našimi očima. Za poslední půlstoletí se na Zemi objevil hmyz, který se nebojí pesticidů, myši, které nejsou citlivé na jed, a bakterie, které jsou rezistentní na antibiotika. Kdo a jak se přizpůsobuje nepříznivým podmínkám.
Přeživší z hurikánu
V létě 2017 skupina vědců z Harvardské univerzity pozorovala populace malých ještěrek, Anolis scriptus, žijících na Turcích a na Caicos v západní Indii. Čtyři dny po skončení expedice zasáhly souostroví hurikány Irma a Maria. O šest týdnů později se tam biologové vrátili, aby znovu shromáždili data.
Ukázalo se, že po přírodní katastrofě se ještěrky znatelně změnily - přežívající prsty byly v průměru delší, přední končetiny byly větší, tělo bylo kratší a stehenní kosti byly menší. Vědci navrhli, že tato znamení pomohla plazům přežít hurikán, a nyní získají oporu v příštích generacích Anolis skriptů žijících na ostrovech.
Po hurikánech Irma a "Maria" v roce 2017 se vzhled ještěrů Anolis scriptus, žijících na ostrovech v západní Indii, změnil - u přeživších zvířat byly prsty na tlapkách v průměru delší, přední končetiny byly větší, délka těla byla kratší / Rian Castillo / Anolis scriptus femelle.
Umělá evoluce
Propagační video:
Takže díky zuřivým prvkům vědci poprvé pozorovali přirozený výběr v přírodě. Před tím byly v laboratořích uměle simulovány procesy adaptace živých organismů na měnící se podmínky prostředí a speciace.
Předmětem studia se nejčastěji staly bakterie - množí se poměrně rychle a jejich genom je malý, což umožňuje relativně krátkou dobu studovat procesy, které trvají tisíce let ve složitějších organismech. Nejslavnější experiment, který začal v roce 1988 a pokračuje dodnes, představila skupina vědců z University of Michigan, vedená evolučním biologem Richardem Lenským.
V únoru 1988 vědci vytvořili dvanáct populací jediného kmene Escherichia coli (E. coli) a umístili je do umělého prostředí, kde jediným zdrojem potravy byla glukóza. Kromě toho byl v roztoku přítomen citrát, ale E. coli ho nemohla živit.
Dvanáct populací bakterií E. coli, které vědci pozorovali 30 let. Foto: Brian Baer a Neerja Hajela.
Za třicet let (více než 68 tisíc generací Escherichia coli se změnilo), bakterie ve všech populacích rostly a naučily se lépe absorbovat živiny, včetně citrátu. Mutace, které E. coli umožnily přizpůsobit se jejich prostředí, byly ve všech populacích odlišné, ale vyskytly se ve stejných genech - každá bakteriální komunita se pokusila najít svou vlastní cestu v evoluci.
Silnější zuby, větší hlavy
Někdy se složité organismy přizpůsobují podmínkám prostředí ne po tisíciletí, ale mnohem rychleji. Například ještěrka Podarcis sicula žijící na jednom z ostrovů v Jaderském moři změnila velikost, tvar hlavy a strukturu zažívacího traktu za pouhých 36 let, i když jsou geneticky stále nerozeznatelná od příbuzných žijících jinde.
V roce 1971 vědci přepravili pět párů dospělých z Podarcis sicula z ostrova Pod Kopiste na sousední Pod Markaru. Podmínky na novém místě se podobaly obvyklému prostředí, ale prakticky neexistovali dravci na pevnině a po třiceti letech se plazi, kteří se rozšířili po celém ostrově, odlišili od svých kongenerů na Pod Kopist.
Zeď ještěrka (Podarcis siculus) se při přemístění na ostrov Pod Markaru změnila ve vzhledu: zvětšila se, zkrátily se jeho zadní končetiny a v ileocekální chlopni Kurt W. Becker / Lucertola campestre se v gastrointestinálním traktu objevila caccia.
Ještěrky osadníků se zvětšovaly, začaly běžet pomaleji (jejich zadní končetiny byly zkráceny), jejich hlavy vypadaly mohutnější a zuby byly silnější, protože na Pod Markaru se museli živit hlavně tvrdými a vláknitými rostlinami, a nikoli hmyzem, jako předtím. V důsledku změn ve stravě zvířat vznikla v gastrointestinálním traktu nová struktura - ileocekální chlopně, která ve střevě vytváří určitý druh fermentačních komor, ve kterých mikroby štěpí nestravitelné kousky rostlinné stravy.
Život na ostrově vás činí chytřejší
Obecně platí, že ostrovní zvířata se zpravidla zajímají více vědců než jejich pevninští bratranci - na ostrovech je vývoj rychlejší. Velká zvířata, jednou izolovaná, se zmenšují, malá se naopak stávají obrovskými a někdy i ve velmi krátkém čase.
Život na ostrovech někdy přináší docela neočekávané výhody. Jak mezinárodní skupina vědců zjistila, po analýze údajů o velikosti mozku jedenácti a půl tisíce ptáků patřících do druhu 1931 je mozek ostrovních ptáků větší než mozek kontinentálních příbuzných, a to je výsledek evoluce.
Nový Kaledonský havran dělá „měnu“pro prodejní automat. Foto: Jelbert et al. / Vědecké zprávy 2018.
Životní podmínky na ostrovech jsou méně předvídatelné, a pokud se situace zhorší, je obtížnější přesunout se na jiné místo než na kontinentu. Evoluční výhodou je proto velký mozek schopný složitějšího adaptivního chování. Tato zjištění podporují pozorování Nového Kaledonského havrana (Corvus moneduloides), který je schopen používat nástroje a znovu je vytvářet z paměti, a pstruh obecný (Camarhynchus pallidus), který může používat nástroje a dokonce je zpracovávat.
Myši, které nelze otrávit
Nepříznivé životní podmínky nutí kontinentální zvířata k rychlému vývoji. Stalo se to u běžných domácích myší. Od 50. let 20. století byli otráveni jedem warfarinu - někteří jedinci rezistentní na tento pesticid byli nalezeni již v roce 1964 a do roku 2011 vědci popsali populaci domácích myší (Mus musculus domesticus), na kterých warfarin vůbec nefunguje.
Taková rychlá adaptace (60-70 let není podle evolučních standardů nic) byla způsobena neuvěřitelně rychlou reprodukcí těchto hlodavců. Jak zdůrazňují němečtí vědci, rezistence na jed je výsledkem mutace genu vkorc1, který je přítomen v genomech všech savců a je odpovědný za práci vitaminu K.
Neustálé pokusy člověka zničit určité škůdce a parazity zpravidla jdou stranou. Právě touha porazit smrtelné infekce vedla ke vzniku superbug rezistentních na antibiotika a touha chránit rostliny před hmyzem vedla k šíření zvířat rezistentních na pesticidy. Za poslední půl století bylo zaznamenáno více než dva a půl případů přizpůsobení hmyzích škůdců různým jedům.
Alfiya Enikeeva