Jeden z hlavných vývojových procesov - prírodný výber - sa odohráva priamo pred našimi očami. V poslednom polstoročí sa na Zemi objavil hmyz, ktorý sa nebojí pesticídov, myši, ktoré nie sú citlivé na jed, a baktérie, ktoré sú rezistentné na antibiotiká. Kto a ako sa prispôsobuje nepriaznivým podmienkam.
Pozostalí z hurikánu
V lete 2017 skupina vedcov z Harvardskej univerzity pozorovala populácie malých jašteríc, Anolis scriptus, žijúcich na ostrovoch Turks a Caicos v západnej Indii. Štyri dni po ukončení expedície hurikány Irma a Maria zasiahli súostrovie. O šesť týždňov neskôr sa tam biológovia vrátili, aby znovu zhromaždili údaje.
Ukázalo sa, že po prírodnej katastrofe sa jašterice výrazne zmenili - prežívajúce prsty boli v priemere dlhšie, predné končatiny boli väčšie, telo bolo kratšie a kosti stehien boli menšie. Vedci tvrdia, že tieto príznaky pomohli plazom prežiť hurikán a teraz získajú oporu v ďalších generáciách Anolisovho písma žijúceho na ostrovoch.
Po hurikánoch Irma a „Maria“; v roku 2017 sa vzhľad jašteríc Anolis scriptus žijúcich na ostrovoch v západnej Indii zmenil - u prežívajúcich zvierat boli prsty na labkách v priemere dlhšie, predné končatiny boli väčšie, dĺžka tela bola kratšia / Rian Castillo / Anolis scriptus femelle.
Umelá evolúcia
Propagačné video:
Výskumníci tak vďaka prírodným prvkom prvýkrát pozorovali prírodný výber v prírode. Pred tým sa v laboratóriách umelo simulovali procesy adaptácie živých organizmov na meniace sa podmienky prostredia a špekulácie.
Najčastejšie sa stali predmetom štúdia baktérie - množia sa pomerne rýchlo a ich genóm je malý, čo umožňuje pomerne krátky čas na štúdium procesov, ktoré trvajú tisíce rokov v zložitejších organizmoch. Najslávnejší experiment, ktorý sa začal v roku 1988 a pokračuje dodnes, predstavila skupina vedcov z University of Michigan, ktorú viedol evolučný biológ Richard Lensky.
Vo februári 1988 vedci vytvorili dvanásť populácií jediného kmeňa Escherichia coli (E. coli) a umiestnili ich do umelého prostredia, kde jediným zdrojom potravy bola glukóza. Ďalej bol v roztoku prítomný citrát, ale E. coli ho nemohla živiť.
Dvanásť populácií baktérií E. coli, ktoré vedci pozorovali 30 rokov. Foto: Brian Baer a Neerja Hajela.
Za tridsať rokov (zmenilo sa viac ako 68 tisíc generácií Escherichia coli), baktérie vo všetkých populáciách rástli a naučili sa lepšie absorbovať živiny vrátane citrátu. Mutácie, ktoré E. coli umožnili prispôsobiť sa prostrediu, boli rôzne vo všetkých populáciách, vyskytovali sa však v rovnakých génoch - každá bakteriálna komunita sa pokúsila nájsť svoju evolučnú cestu.
Silnejšie zuby, väčšie hlavy
Niekedy sa zložité organizmy prispôsobujú podmienkam prostredia nie miléniu, ale oveľa rýchlejšie. Napríklad múr jašterica Podarcis sicula žijúca na jednom z ostrovov v Jadranskom mori zmenila veľkosť, tvar hlavy a štruktúru tráviaceho traktu iba za 36 rokov, aj keď sú geneticky stále nerozoznateľné od príbuzných žijúcich inde.
V roku 1971 vedci prepravili päť párov dospelých z Podarcis sicula z ostrova Pod Kopiste do susedného Pod Markaru. Podmienky na novom mieste sa podobali zvyčajnému biotopu, ale prakticky neexistovali dravci na pevnine a po tridsiatich rokoch sa plazy, ktoré sa šírili po celom ostrove, odlišovali od svojich kongenérov na Pod Kopist.
Keď sa jaskyňa múr (Podarcis siculus) presťahovala na ostrov Pod Markaru, zmenila sa jej vzhľad: zväčšila sa, skrátili sa jej zadné končatiny a v ileocekálnej chlopni Kurt W. Becker / Lucertola sa v casti gastrointestinálneho traktu objavila caccia.
Usadeniny jašterice sa zväčšili, začali bežať pomalšie (ich zadné končatiny sa skrátili), hlavy vyzerali mohutnejšie a zuby mali silnejšie, pretože na ostrove Pod Markaru sa museli kŕmiť hlavne tvrdými a vláknitými rastlinami, a nie hmyzom, ako predtým. V dôsledku zmien v strave zvierat sa v gastrointestinálnom trakte objavila aj nová štruktúra - ileocekálna chlopňa, ktorá v tráviacom trakte vytvára určitý druh fermentačných komôr, v ktorých mikróby rozkladajú ťažko stráviteľné kúsky rastlinnej stravy.
Život na ostrove vás robí múdrejším
Všeobecne platí, že ostrovné zvieratá sú vedci viac zaujímavé ako vedci z pevniny - na ostrovoch je vývoj rýchlejší. Veľké zvieratá, akonáhle sú izolované, sa zmenšujú, malé sa naopak stávajú obrovskými a niekedy aj vo veľmi krátkom čase.
Život na ostrovoch niekedy poskytuje celkom neočakávané výhody. Ako medzinárodná skupina vedcov zistila, po analýze údajov o veľkosti mozgu jedenástich a pol tisíc vtákov patriacich do druhu 1931 je mozog ostrovných vtákov väčší ako mozog kontinentálnych príbuzných, čo je výsledkom evolúcie.
Nový Kaledónsky havran robí „menu“pre predajný automat. Foto: Jelbert a kol. / Vedecké správy.
Životné podmienky na ostrovoch sú menej predvídateľné a ak sa situácia zhorší, je ťažšie presunúť sa na iné miesto ako na kontinente. Preto je evolučnou výhodou veľký mozog schopný komplexnejšieho adaptívneho správania. Tieto zistenia podporujú pozorovania nového kaledónskeho havrana (Corvus moneduloides), ktorý je schopný používať nástroje a znovu ich vytvárať z pamäte, a lastúrnika strieborníka (Camarhynchus pallidus), ktorý môže používať nástroje a dokonca ich spracovať.
Myši, ktoré sa nedajú otráviť
Nepriaznivé životné podmienky nútia kontinentálne zvieratá rýchlo sa vyvíjať. To sa stalo s bežnými domácimi myšami. Od 50. rokov 20. storočia boli otrávení jedom warfarínu - niektorí jedinci rezistentní na tento pesticíd boli nájdení už v roku 1964 a do roku 2011 vedci opísali populáciu domácich myší (Mus musculus domesticus), na ktorú warfarín vôbec nepôsobí.
Takáto rýchla adaptácia (60-70 rokov nie je podľa evolučných štandardov ničím) bola spôsobená neuveriteľne rýchlou reprodukciou týchto hlodavcov. Ako zdôrazňujú nemeckí vedci, rezistencia voči jedu je výsledkom mutácie génu vkorc1, ktorý je prítomný v genómoch všetkých cicavcov a je zodpovedný za činnosť vitamínu K.
Neustále pokusy človeka zničiť určitých škodcov a parazitov spravidla idú bokom. Práve túžba poraziť smrtiace infekcie viedla k vzniku superbugov rezistentných na antibiotiká a túžba chrániť rastliny pred hmyzom viedla k šíreniu zvierat rezistentných na pesticídy. V poslednom polstoročí bolo zaznamenaných viac ako dva a pol prípadu adaptácie hmyzích škodcov na rôzne jedy.
Alfiya Enikeeva